PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機

周 罡

武橋重工集團股份有限公司技術中心 武漢 430056

0 引言

我國橋梁高塔安裝施工多采用塔式起重機節段吊裝方案。當塔高偏高、單塔節質量過大時，仍采用塔式起重機進行吊裝施工會使設備制造和租賃成本非常高。目前，國內塔式起重機額定起重量能達到200 t以上的非常少，設備制造和租賃費用都非常高，能同時滿足起重量大、幅度大的塔式起重機更是屈指可數?；诖?，一種滿足鋼塔節段吊裝的附壁自爬升式起重機正好滿足了這種需求。PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機（見圖1）不僅很好地滿足了施工需要，并可大大節省起重設備成本，也為同類爬塔起重機的研發提供有力技術支撐。

圖1 PD40附壁自爬升式起重機

1 PD40附壁自爬升式起重機主要功能及性能參數

PD40附壁自爬升式橋梁鋼塔安裝起重機通過布置在主塔順橋向塔身的2排軌道，借助步履式頂升系統來實現起重機沿塔身升降功能。在吊裝鋼塔節段時，主梁前端支腿與塔節段錨固聯接，起重機頂部起升機構通過步履頂推系統滑移到主梁懸臂端取梁區，在高塔橫橋向外側取梁。起升機構將塔節段提升到安裝高度后，縱移退回到鋼塔安裝區范圍內，通過起升機構的縱、橫移操作，配合鋼塔自身導向定位裝置，精確調整鋼塔節段安裝位，進行塔節段的安裝定位施工。

該起重機的主要性能參數為：額定起重量40 t，起重機速度（空載/滿載）5/2.5 m/min，自爬升速度1.5 m/min，最大起升高度100 m，設備自重95 t，裝機功率81.5 kW。

2 PD40附壁自爬升式起重機主要結構及特點

如圖2所示，PD40附壁自爬升式鋼塔安裝起重機主要由軌道系統、爬架、主梁、起升機構、前支腿、液壓系統、電氣系統等組成；金屬結構的主材采用Q345B；起重機爬架通過頂升座與軌道系統連接，爬架頂部和主梁尾部之間通過2根銷軸、2組法蘭連接；主梁上2根主縱梁上設置頂推軌道。起升機構2支腿橫梁置于主縱梁軌道面，在液壓缸作用下沿縱梁方向移動。主縱梁底部設置前支腿，前支腿在電動推桿作用下可沿主縱梁方向移動。

圖2 PD40附壁自爬升式起重機總裝示意圖

2.1 軌道系統

如圖3所示，軌道系統由2排3 m×3 m標準軌道、爬架頂升座、液壓缸座、導向座、頂升液壓缸等組成。2排3 m×3 m標準軌道間距為1.5 m，與塔壁上的錨固座通過高強螺栓連接。錨固座端面上開設剪力孔，軌道底部設置剪力塊，傳遞剪力。爬架與爬架頂升座之間通過高強螺栓連接，爬架端面上設置剪力孔，頂升座端面設置剪力軸，傳遞剪力。液壓缸座、爬架頂升座與標準軌道之間通過插拔銷連接。爬架上升時，液壓缸座與軌道之間插拔銷將液壓缸座鎖定，頂升座與軌道之間插拔銷退出，頂升液壓缸在油壓作業下推動頂升座上升從而帶動起重機上移。頂升液壓缸活塞桿伸出1個全行程后，頂升座與軌道之間插拔銷插入，將頂升座鎖定，液壓缸座與軌道之間插拔銷退出，頂升液壓缸在油壓作業下拉動頂升座上移。此后，往復上述動作，推動起重機步履上移。

圖3 軌道系統三維示意圖

2.2 爬架和前支腿

爬架是起重機爬升工況的主要傳力結構件，前支腿則是鋼塔節段吊裝工況的主要承力結構件。爬架上設有上下通道和多層工作平臺，便于液壓缸座、爬架頂升座的維護。

爬架上方設有2處耳軸座和2處法蘭座，用于和主梁的連接。這種設計的原因在于鋼塔中部有一段鋼混過渡段，此區域有一段曲率變化區間，吊裝鋼塔節段時需提前松開2處法蘭座螺栓，通過操作前支腿液壓缸將此處法蘭間的墊塊抽出，待主梁姿態調整至水平狀態后螺栓恢復。

前支腿通過反鉤機構倒掛在主梁底部，在電動推桿作用下可沿主縱梁前后移動。前支腿橫梁兩側底部各設置帶機械鎖的支頂液壓缸，并通過4根銷軸與鋼塔塔壁之間錨固座連接。當鋼塔節段吊裝時，前支腿液壓缸可方便地與錨固座銷接；當起重機爬升時，支腿液壓缸也可方便地與錨固座脫開。

2.3 主梁和起升機構

主梁為箱形梁結構，結構剛度較大。主縱梁尾部分別通過銷軸、法蘭與爬架連接，主縱梁頂部設有起升機構滑移軌道。起升機構為典型的門式起重機機構，與傳統軌道式門式起重機不同，起升機構大車行走為液壓缸步履式。起升機構底部設置導向和反鉤裝置，可確保整機高空作業具有很高的安全穩定性。

3 關鍵技術

1）液壓缸多點同步頂升

起重機上共設置了4組頂升液壓缸，每支液壓缸上均內置自帶4～20 mA模擬量輸出的位移傳感器。PLC可根據液壓缸上每支位移傳感器信號，采用PID算法，通過對電液比例換向閥供油量的控制，對各液壓缸的絕對位移進行實時調整，并對4支液壓缸之間的相對位移進行閉環控制，從而實現一個600 mm行程內0.2 mm的精度控制。

2）軌道系統插拔銷高精度自動對孔

實現高精度自動對銷功能的關鍵要在于：軌道自身的機加工精度、銷孔的加工精度和銷孔群的位置精度必須得到保證；軌道在鋼塔上的安裝精度必須得到保證，安裝軌道時應首先將軌道與錨固座連接，并通過臨時匹配件加固，最后整體定位軌道；在爬升過程中，液壓缸座和爬架頂升座存在力的體系轉換，故插拔銷進出時都必須處于卸力狀態。

3）爬升過程的安全保障

起重機上所有4組液壓缸座和4組爬架頂升座均設置液壓缸驅動的插拔銷。PLC通過設置的行程開關識別每個插拔銷是否全伸或全縮，該開關信號受控于PLC，并作為爬升動作的與門信號，從而確保整機安全。

4）吊重超限控制

起升機構支腿橫梁和前支腿上均設置拉線式位移傳感器，卷揚機構上設置稱重傳感器。PLC根據上述位置和荷載信號獲取荷載的實際力矩信息，并與整機吊重工況下的Ansys理論計算模型庫文件數據進行比較，從而實現力矩超載限動控制。

4 結束語

PD40附壁自爬升式鋼塔安裝起重機在福安棲云大橋的成功應用，填補了國內同類鋼塔安裝施工法的空白，相關關鍵技術的成功應用也給同類起重機的研發提供了有力的技術支撐。