基于自行式模塊運輸車的履帶起重機運輸工藝設計與分析

王 蒙

海洋石油工程（青島）有限公司 青島 266520

0 引言

履帶起重機（以下簡稱履帶吊）的優點是吊裝能力強，載重能力大，可以負重行走，穩定性好；缺點是行駛速度慢，拆裝麻煩。在大型工廠廠區內工作，不能在公共道路上行走。

履帶吊的轉場一般分為長距離運輸和短距離運輸2類。長距離運輸是指不同區域之間的轉場，需要將履帶吊拆卸成若干個部件，采用貨運卡車分別運輸至新場地后再進行組裝；短距離運輸是指同一廠區、臨近廠區之間的轉場，傳統的履帶吊短距離運輸依靠自身行走機構進行，由于其行駛速度慢的缺點，該項轉場耗費時間很長。

自行式模塊運輸車（SPMT）可應用于重、大、高、異型結構物的運輸，其優點主要是可自由拼接、運行靈活、同步性好、能自動對路面情況做出補償、載重量大等。基于其諸多的優點，研究基于自行式模塊運輸車的履帶吊整體運輸工藝。即在不拆卸履帶吊的情況下，利用自行式模塊運輸車將履帶吊整體馱運運輸，應用于同一廠區、臨近廠區的短距離運輸作業，大幅提高履帶吊的轉場效率。

1 通用工裝制作

SPMT托運貨物的一個特點是自裝自卸。裝車時，采用SPMT車板主動起升的方式逐步承受被運物質量；卸車時，采用SPMT車板主動下降的方式完成被運物質量轉移，應盡量避免使用吊機直接將被運物吊至/吊離SPMT車板的作業方式。因此，利用SPMT將履帶吊整體馱運運輸，需要先通過輔助工裝將履帶吊抬升地面一定距離，SPMT行駛至履帶吊下部，然后托起履帶吊進行運輸。

輔助工裝應具有通用性，即用于SPMT整體托運運輸履帶吊的輔助工裝應滿足廠區內不同履帶吊的應用，不受履帶吊規格的限制。

輔助工裝包含2個輔助平臺和2個輔助斜坡。輔助平臺結構示意如圖1所示，輔助斜坡結構示意如圖2所示。平臺為長方體結構，其長度和寬度分別不小于履帶吊的履帶長度及寬度，高度H設置為900 mm左右（為SPMT預留進車空間）。斜坡寬度等同于平臺寬度，較高的一端與平臺高度相同。平臺及斜坡的材質不限，但要求有足夠的強度和剛度，能夠支撐整個履帶吊。

圖1 輔助平臺結構示意圖

圖2 輔助斜坡結構示意圖

2 工藝實施流程

1）按照前文所述預制2個輔助平臺和2個輔助斜坡；

2）在廠區內一處較開闊且平坦區域并排擺放2個輔助平臺和輔助斜坡，如圖3所示。輔助平臺和輔助斜坡縱向并排擺放，2組之間的中心距L等于履帶吊2條履帶的中心距離，斜坡較高的一端與平臺緊貼；

圖3 輔助平臺及輔助斜坡擺放示意圖

3）在輔助斜坡上放置一些橡膠皮或者薄墊木用于防滑，并將履帶吊通過輔助斜坡行駛至輔助平臺上，如圖4所示。吊機爬坡之前，將起重吊臂回轉系統鎖死，待履帶吊履帶全部行駛至輔助平臺上之后，制動并關停發動機；

圖4 履帶吊通過斜坡行駛上平臺示意圖

4）在SPMT車板上鋪設墊木，保持SPMT車板高度H1并將SPMT行駛至履帶吊上車基座下方位置，如圖5、圖6所示，此時SPMT車板與履帶吊上車基座不接觸，履帶吊的質量在輔助平臺上；

圖5 SPMT進車前示意圖

圖6 SPMT進車后示意圖

5）提升SPMT車板高度至H2，使得履帶吊履帶完全脫離輔助平臺，此時整個履帶吊的質量從輔助平臺轉移至SPMT上，如圖7所示；

圖7 SPMT車板抬升后示意圖

6）保持SPMT車板高度H2并行駛SPMT，由SPMT馱運履帶吊至新場地，如圖8所示；

AP算法通過迭代更新各點的吸引度和歸屬度值，直到產生多個質量較高的聚類中心，并把余下的數據點歸類到相應的聚類中.由于參數更新在聚類時易產生震動，因此需引入阻尼系數damp進行收斂，即：

圖8 SPMT托運履帶吊轉場示意圖

7）待運輸履帶吊至新場地之后，按照2）的要求，在新場地布置輔助平臺和輔助斜坡；

8）SPMT托運履帶吊行駛至2個輔助平臺之間，降低SPMT車板高度至H1并撤出，此時整個履帶吊的質量從SPMT轉移至輔助平臺上；

9）將履帶吊通過輔助斜坡行駛至新場地的地面上，完成整個轉場運輸施工作業；

該工藝流程在不拆卸履帶吊的情況下，將履帶吊通過輔助斜坡行駛至輔助平臺上，將載有墊木的SPMT行駛至履帶吊下方，頂起履帶吊，運輸至新場地，再撤出SPMT，完成履帶吊的轉場。能夠解決履帶吊依靠自身行駛系統爬行轉場工期長、效率低的問題，大幅度縮短履帶吊運輸工期，節省費用支出。

3 工藝實施分析

SPMT運輸履帶吊作業時，為確保安全性，需要保證SPMT軸載利用率、各懸掛支撐組壓力差、運輸穩定性及車板強度滿足作業要求。

3.1 基礎數據及參數

以LIEBHERR 1400/K2 履帶吊、SCHEUERLE 4代SPMT為實例對工藝實施進行分析。其中LIEBHERR 1400/K2 履帶吊主臂為70 m、桅桿為28 m、主臂角度為50°、車體配重43 t、起重機配重135 t，通過LIEBHERR自身軟件計算得知自重340 t；SCHEUERLE 4代SPMT輪胎為空心胎，額定軸載40 t，單個PPU自重7.2 t，車板自重4 t/軸線。

圖9 SPMT 與履帶吊相對位置及履帶吊重心示意圖

3.2 支撐方式選擇

SPMT懸掛支撐方式的選擇需要考慮被運輸結構物情況及SPMT本身情況，最常見的支撐方式有三點支撐及四點支撐。

三點支撐與四點支撐的對比如表1所示。

表1 三點支撐方式與四點支撐方式對比

三點支撐能形成一個確定的支撐系統，優先使用三點支撐進行運輸。考慮到施工場地地面不平、履帶吊本身剛性較大且重心不高，此處運輸履帶吊選擇三點支撐方式。使用2掛10軸線車板，2個PPU，分組方式為：Group1-6軸線、Group2-7軸線、Group3-7軸線。三點支撐的分組示意圖見圖10。

圖10 SPMT運輸履帶吊三點支撐分組示意圖

3.3 軸載利用率

SPMT 運輸時，任意分組內靜態軸載與動態軸載之和不得大于額定軸載，靜態軸載利用率不得大于額定軸載的80%。動態軸載計算時考慮重心偏移（X、Y、Z三個方向150 mm偏移）、風載荷（風速為15 m/s）、路面傾斜（橫向、縱向為0.1°傾斜）、行駛加速度、轉向離心力等因素。其中運輸過程中SPMT啟停所造成的加速度及減速度，設計值為0.15 m/s2。轉向時運行速度為0.5 km/h，轉彎半徑應盡可能大。

按照上述設置條件，對SPMT馱運履帶吊進行軸載利用率計算，計算結果如表2～表4所示。軸載利用率最大為55.94%，小于80%，滿足作業要求；各分組軸載壓力差最大為2.2 t，滿足作業要求。

表2 SPMT運輸履帶吊重心信息計算結果

表3 SPMT運輸履帶吊軸載信息計算結果

表4 SPMT運輸履帶吊穩定性計算結果

3.4 運輸穩定性

SPMT運輸時，履帶吊的有效荷載重心必須位于傾覆線以內，當有效荷載的重心位于傾覆線以外時，會發生傾覆的危險。為保證安全，工藝實施時，要求最小動態穩定角不得小于7°。其中動態穩定角的計算考慮重心偏差、風載荷、路面傾斜等因素。

三點支撐動態穩定角示意如圖11所示。其中，G為被運輸結構物虛擬重心；G′為G在水平面內的投影；1、2、3分別為SPMT懸掛支撐中心，其之間的連線為傾覆線；α、β、γ為穩定角。

圖11 三點支撐動態穩定角示意

按照上述設置條件，對SPMT馱運履帶吊進行動態穩定角計算，計算結果見表2。動態穩定角最小為8.04°，滿足大于7°的作業要求。

3.4 SPMT車板強度

原則上需要對SPMT車板承受的彎矩及剪力情況進行核算，SPMT車板承受的各項載荷應在車板可承受的許可范圍之內。此外，也可根據SCHEUERLE 4代SPMT的使用說明書對車板強度是否滿足作業要求進行校核。使用說明書中對車板上支撐點的位置要求見圖12和表5。

圖12 SPMT車板上支持點位置示意

表5 SPMT車板上支持點位置要求

SPMT運輸履帶吊時，由圖8可以得出Amax和Bmax分別是4.6 m和3.1 m，由表2可以得出最大軸載荷為22.4 t，小于30 t。對比表3，可知4.6＜8 m，3.1＜18 m，滿足說明書要求，可以認為車板強度滿足運輸作業要求。

3.5 履帶吊的捆扎

為進一步保證運輸作業安全，SPMT車板高度提升至與履帶吊接觸后，需要將履帶吊與SPMT進行捆扎固定。在進行捆扎設計時，應考慮車輛的加速度、地面坡度及風載荷等因素的影響。每掛車板捆扎機具產生的力的方向盡量對稱。捆扎裝置最大拉力不得超過車板捆扎點許可拉力值。宜使用鏈條將履帶吊和車板捆扎在一起。

4 小結

本文將廣泛應用于大型工廠和大型工程的運輸設備SPMT和起重設備履帶吊聯系起來，闡述了一種基于自行式模塊運輸車的履帶吊運輸工藝。并選定LIEBHERR 1400/K2 履帶吊、SCHEUERLE 4代SPMT為實例，對SPMT的編點分組支撐方式、軸載利用率、運輸穩定性、車板強度、車輛捆扎等方面進行了計算驗證，證明了此運輸工藝安全可行。此工藝解決了履帶吊傳統運輸方式費時費力的問題。