大件設(shè)備自卸方法在核電風電領(lǐng)域的應(yīng)用

侯敬宣 徐 恒

中國外運大件物流有限公司 濟南 250000

近年來，隨著核電風電行業(yè)的快速發(fā)展，大件運輸在其領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用；大件運輸SPMT/SPT液壓軸線車因其車板具有液壓升降的功能，在滿足常規(guī)大件運輸?shù)耐瑫r，利用運輸車板升降功能配合支墩、卸車橫擔梁等工裝，還可解決大部分核電風電設(shè)備在暫存場地、碼頭堆場的卸車及二次裝車問題，節(jié)省了項目成本、提高了裝卸車效率和安全性，為核電、風電大件設(shè)備的運輸裝卸帶來了極大便利。

1 液壓平板車

液壓平板車由模塊車單元組成，普通SPT 液壓平板車主要由2/3/4/5/6/8 軸線模塊單元拼裝組成，單軸線載荷約為25 ～30 t/軸。全轉(zhuǎn)向SPMT 液壓平板車主要由4/6 軸線模塊單元拼裝組成，單軸線最大允許載荷約為48 t/軸。液壓平板車可根據(jù)運輸貨物的長度隨機縱向拼接成所需的軸線數(shù)量，根據(jù)運輸貨物的寬度可進行橫向拼接成3 縱列及以上的車組形式。常見的液壓平板車基本參數(shù)如表1 所示，全轉(zhuǎn)向SPMT 液壓平板車示意圖如圖1 所示。

表1 常見的液壓平板車基本參數(shù)

2 液壓平板車升降原理

大件運輸液壓平板車主要采用液壓獨立懸架，依靠液壓缸進行支承，可獨立承載和轉(zhuǎn)向。懸架是支承平板車的最小獨立單元，1 個懸架可使車輪產(chǎn)生1 個垂直位移自由度和3 個旋轉(zhuǎn)自由度。

如圖2 所示，液壓懸架主要由懸架樞軸、懸架臂、懸架叉、擺動軸、懸架液壓缸等組成，懸架臂與懸架樞軸立軸相配合連接，2 個運動面由側(cè)向推力軸承相連接，端面由卡環(huán)定位，承受分配到懸架上的載荷，并在轉(zhuǎn)向橫拉桿作用下保證輪軸（擺動軸）旋轉(zhuǎn)一定角度。當懸架于轉(zhuǎn)向橫拉桿脫開時，能實現(xiàn)360o回轉(zhuǎn)，便于輪胎等的拆修維修。

圖2 液壓平板車懸架示意圖

懸架叉與懸架臂通過懸架臂軸相連接，并能繞懸架臂軸作相對懸架臂的旋轉(zhuǎn)運動，懸架叉另一端連接擺動軸（擺動軸連接輪胎系統(tǒng)）。懸架液壓缸兩端分別連接懸架臂和懸架叉，通過液壓缸升降實現(xiàn)懸架叉繞懸架臂軸的運動，并在輪胎相對地面垂直位置不變的情況下實現(xiàn)車架的升降。

3 自卸工裝的類型及選用

目前，核電風電領(lǐng)域大件自裝自卸設(shè)備質(zhì)量多為100 ～500 t，運輸時選用液壓軸線車型主要為2縱列、3 縱列、4 縱列車型，車輛寬度為3 000 ～6 300 mm。考慮自裝自卸時液壓軸線車板與支墩之間保持200 ～300 mm 安全距離，卸車橫擔梁工裝大多選用5.5 ～8.5 m 等長度類型的橫擔梁，額定承載為120 ～240 t，根據(jù)貨物的實際質(zhì)量，一般選用2 ～6 根卸車橫擔梁，可起到貨物支撐梁的作用。卸車橫擔梁可采用鋼板焊接、H 型鋼、工字鋼焊接而成。為了保證受載后的整體穩(wěn)定性，通常設(shè)計成箱形截面，貨物質(zhì)量較小時也可采用工字形截面。根據(jù)液壓軸線車板高度，支墩大多選用1 000 ～1 400 mm 高長方體、品字形鋼支墩、混凝土支墩，額定承載能力為100 ～300 t。支墩主要將上方的卸車橫擔梁、鞍座、托架的載荷傳遞到地面，由于卸車地面常為路基或夯實基礎(chǔ)，承載能力有限，支墩的底面積應(yīng)滿足地面的承載力要求，設(shè)計成上小下大品字形結(jié)構(gòu)，由受力特點看為壓彎構(gòu)件。

目前，在風電核電領(lǐng)域自裝自卸工作根據(jù)貨物自身情況特點大概分為以下幾種：1）貨物自身帶有鞍座、托架，長度方向探出運輸軸線車板，且強度滿足自卸要求的情況；2）貨物自身帶有鞍座、托架，但鞍座、托架長度不夠，未探出運輸軸線車板或鞍座、托架局部受載強度不夠 ；3）貨物自身沒有可利用支墊的鞍座或托架。

其中，情況1）只需根據(jù)貨物質(zhì)量選取相應(yīng)數(shù)量的支墩，與貨物自身鞍座或托架配合支墊即可完成自卸自裝工作。情況2）和情況3）需根據(jù)貨物尺寸質(zhì)量提前在裝車環(huán)節(jié)在運輸軸線車板上放置卸車橫擔梁，配合選用的支墩完成自卸自裝工作。

卸車橫擔梁和支墩根據(jù)應(yīng)用場景的不同一般可分為以下情況：1）橫擔梁和支墩完全分開獨立的形式，橫擔梁和支墩可根據(jù)不同貨物、軸線車組配車形式，選配不同尺寸、承載能力的橫擔梁和支墩，搭配靈活、適用場景多，可多項目多場地長時間調(diào)配使用；2）橫擔梁和支墩為一整體工裝的形式，此種工裝一般只適用于場景固定、貨物單一的情況，但其有更強的承載能力和穩(wěn)定性，同時節(jié)省了施工時劃線擺放的工序和時間，使用更便捷；3）可調(diào)節(jié)形式工裝，此種工裝專為某一類設(shè)備定制使用，其規(guī)格尺寸可根據(jù)不同尺寸設(shè)備調(diào)節(jié)工裝尺寸進行使用，一種工裝適用于同一機型不同尺寸設(shè)備使用，節(jié)省了項目成本，提高了工裝利用率。

4 大件設(shè)備自卸施工方法

目前，核電風電領(lǐng)域運輸大件貨物的運輸車板均為液壓軸線車，通過操控軸線車板的液壓系統(tǒng)升降運輸車板。因此，在實際操作過程中，可利用軸線車板的此性能配合自卸工裝的使用，對大件設(shè)備進行自裝和自卸。

4.1 大件設(shè)備自卸方法

1）如圖3 所示，運輸車輛到達暫存場地前，可根據(jù)設(shè)備鞍座、托架或卸車梁支放位置提前在暫存場地布置好支墩位置；

圖3 掛車自卸大件貨物過程示意圖

2）設(shè)備運抵指定暫存地點后，升高軸線運輸車板，使設(shè)備鞍座或卸車橫擔梁高于卸車支墩約200 mm；車輛沿兩側(cè)支墩中線緩慢駛?cè)耄嚢寰嚯x兩側(cè)混凝土支墩距離為300 mm；

3）當鞍座、托架或卸車梁位置與下方支墩中線重合時，停車并測量兩側(cè)距離支墩的距離是否一致；

4）液壓軸線運輸車板開始緩慢降低車板高度，待鞍座、托架或卸車梁剛與支墩接觸時停止落車，解除綁扎工具，在支墩上方鋪設(shè)橡膠墊或薄木板；

5）此時觀察運輸軸線車板各點壓力，并調(diào)整車板水平，車板調(diào)平后觀察設(shè)備鞍座、托架或卸車梁與支墩的間隙通過使用木板支墊方式進行找平；

6）軸線運輸車板繼續(xù)降低高度，將鞍座、托架或卸車梁落實到支墩上，車板下降時觀察支墩與鞍座、托架或卸車梁的接觸點，接觸位置是否合適，如有偏差，在叉車配合下進行支墩微調(diào)；

7）待支墩完全受力穩(wěn)定后方可降低車板，運輸車輛駛離卸車位置。

4.2 大件設(shè)備自裝方法

1）運輸方在接到2 次運輸通知指令后，準備好軸線運輸車板，將車板行駛到設(shè)備暫存堆場，準備裝車工作；

2）運輸車板倒入支墊設(shè)備下方前，需提前在運輸車板上畫好車輛裝載位置；

3）在運輸車板上墊好預(yù)計與鞍座、托架或卸車梁接觸位置的橡膠墊或薄木板，降低運輸車板高度駛?cè)霑捍嬖O(shè)備下方，倒車時車輛輪胎與支墩間應(yīng)保持安全距離，防止產(chǎn)生碰撞刮碰；

4）在運輸車板到達指定的裝載位置后，停止倒車，運輸車板制動停止；

5）操作軸線運輸車板液壓系統(tǒng)分別起升車板的支撐點，使車板緩慢升起，直至設(shè)備與支墩完全分離，停止車板起升；

6）檢查軸線運輸車板車況，查看液壓系統(tǒng)支撐壓力表，確保支撐壓力差在允許安全范圍內(nèi)；

7）對運輸大件設(shè)備進行綁扎加固，啟動運輸任務(wù)。

5 工裝校核方法

核電風電領(lǐng)域大件設(shè)備制造周期長、貨值高，對運輸裝卸安全要求嚴苛，在設(shè)備自卸前，需對選用的工裝進行校核，以確保自卸工作的安全性。對于自卸工裝的校核，應(yīng)用Solidworks 或Ansys 軟件進行有限元分析，對工裝承載后應(yīng)力、變形進行計算校核，或?qū)ψ孕逗蟮脑O(shè)備及工裝進行整體受力分析，得到圖4 所示結(jié)果圖。建立圖5 所示受力簡圖，對卸車橫擔梁、鞍座托架、支墩進行正應(yīng)力、切應(yīng)力、壓應(yīng)力以及局部穩(wěn)定性進行計算校核，橫擔梁截面形式如圖6 所示。

圖4 利用軟件對有限元進行受力分析

圖5 建立系統(tǒng)受力簡圖，計算彎矩和切應(yīng)力

1）最大正應(yīng)力校核

橫擔梁的最大正應(yīng)力超限會造成橫擔梁的永久變形或斷裂，是造成卸車橫擔梁承載失效的主要原因。一般等截面梁的最大正應(yīng)力發(fā)生在最大彎矩截面上下邊緣處，故有

式中：σmax為最大正應(yīng)力，[σ]為材料允許應(yīng)力，M為彎矩，ymax為橫擔梁上下翼緣板的最外端距離梁中性軸的距離，I為慣性矩。

2）最大切應(yīng)力校核

一般箱形梁的最大切應(yīng)力在梁的腹板中部，箱形梁截面切應(yīng)力的校核公式為

式中：τ為最大切應(yīng)力，[τ]為材料允許的切應(yīng)力，Q為最大切向力。

3）整體穩(wěn)定性校核

式中：l為卸車梁的長度，b0為腹板外側(cè)間距，fy為材料的屈服強度。

若滿足上述條件，則不需要進行整體穩(wěn)定性校核；若不滿足上述條件，則可能存在整體穩(wěn)定性問題。

4）支墩壓應(yīng)力校核

支墩主要受到橫擔梁對其的正壓力，考慮到設(shè)備可能偏載及現(xiàn)場支撐面不平的因素，計算時可取一定的偏載系數(shù)，計算公式為

式中：σc為支墩縱向豎板在與上面板交界處的壓應(yīng)力，[σc]為材料允許的壓應(yīng)力，F(xiàn)R為橫擔梁或整體支架對支墩的作用力，lq為壓應(yīng)力分布長度，tw為縱向豎板的厚度，n為縱向豎板的數(shù)量。

6 大件設(shè)備暫存場地承載力校核

如前所述，核電風電領(lǐng)域大件設(shè)備制造周期長，貨值高，對運輸存儲安全要求也高。在操作前，需對暫存堆場的承載能力能否滿足運輸和自卸安全要求進行分析校核。

1）液壓運輸平板車對地壓強計算

式中：P為液壓運輸平板車對地壓強，M1為液壓運輸平板車質(zhì)量，M2為貨物質(zhì)量，S為液壓運輸平板車有效壓載區(qū)域面積。

如圖7 所示，按照保守的傳統(tǒng)經(jīng)驗算法，液壓平板車45°擴散投影面法計算其有效壓載區(qū)域面積。

2）支墩對地壓強計算

式中：P支墩為支墩對地壓強，M2為貨物質(zhì)量，M3為貨物托架或卸車橫擔梁質(zhì)量，S支墩為各支墩有效壓載面積總和。

在大件設(shè)備運輸及自卸自裝工作中，絕大多數(shù)情況是存儲環(huán)節(jié)比運輸環(huán)節(jié)對暫存場地承載力要求高，尤其是長時間儲存的設(shè)備，需考慮安全系數(shù)。所以，核電風電大件設(shè)備自卸存儲場地一般選擇承載力較高的混凝土場地或經(jīng)過夯實硬化處理的砂石地面堆場，對較重的設(shè)備或場地不滿足承載要求的自卸情況，應(yīng)增加支墩數(shù)量或采用鋼板分載的方式，以便滿足工作需要。

7 設(shè)備在存儲期間的安全巡檢

1）設(shè)備巡檢

設(shè)備的巡檢應(yīng)做到以下幾點 ：1）檢查地面積水情況、若有積水及時進行排水；2）檢查現(xiàn)場通風情況，避免因潮濕出現(xiàn)的腐蝕情況，由于大多設(shè)備臨海存放，重點對裸露區(qū)域進行相關(guān)檢查，及時做好除銹防腐工作；3）檢查貨物托架、卸車橫擔梁等工裝固定螺栓是否有松脫、焊縫是否有開裂等情況；4）檢查相關(guān)防風措，檢查時進行相關(guān)緊固。

2）地面沉降監(jiān)測方法

為確保臨時存儲期間設(shè)備的安全穩(wěn)定，存儲前期需對存儲場地進行沉降監(jiān)測，一般采取水準儀監(jiān)測法，監(jiān)測設(shè)備有水準儀、三腳架、水準尺和水平尺。

3）監(jiān)測步驟

①在大件設(shè)備運輸前1 d，將支墩運至自卸暫存場地，按照方案支墩位置擺放圖進行擺放，用水準儀測量支墩頂面標高，確保在同一水平面上，誤差≤2 cm，否則需要對地面重新平整，使用水平尺測試支墩水平。

②選取邊角4 塊支墩作為檢測的標的物，做好標記，自卸車完畢后分別測量支墩頂面標高，并記錄數(shù)據(jù)。

③對支墩進行觀察，支墩不得有明顯下沉跡象。

④設(shè)備自卸車后的前7 d，每天都要用水準儀測量4 個支墩點與第1 次測量的結(jié)果進行比較，其余時間每周測量1 次，均勻下降≤3 cm。

⑤如果在觀測和監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)支墩下降超過誤差允許值，則立即采取應(yīng)急措施，應(yīng)急措施按照二次運輸?shù)牟僮鞒绦驁?zhí)行。

8 核電風電領(lǐng)域大件設(shè)備自卸方法應(yīng)用情況

近年來我國核電發(fā)展迅猛，到目前為止，商運核電機組54 臺，總裝機容量為5 682 萬kW，位列全球第三；在建核電機組24 臺，總裝機容量約為2 681 萬kW，繼續(xù)保持全球第一。每期2 臺核電機組配套200 多臺大件設(shè)備，其中約占一半以上大件設(shè)備可使用自卸自裝方法進行堆場暫存卸車以及裝車二次運輸工作，相比較一般的卸車裝車方法，極大地節(jié)省了項目成本，提高了工作效率和操作的安全性。

近年來全球海上風電市場呈現(xiàn)向榮狀態(tài)，裝機容量大幅度提升。風力發(fā)電是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要手段，全球減碳大趨勢下，風電行業(yè)發(fā)展確定性強。目前，海上風電機型單機容量從5.0 MW 大幅度提升至16 MW，配套風電產(chǎn)業(yè)園數(shù)量激增，風機產(chǎn)品如主機輪轂葉片等大件設(shè)備在碼頭港口堆場暫存出運也尤為關(guān)鍵，大件設(shè)備自裝自卸高效率的特點完美契合滿足了海上風電窗口期緊張、項目進度嚴格的特點要求。

9 結(jié)語

在核電風電領(lǐng)域大件設(shè)備自卸日趨增加的形勢下，通過對液壓軸線車升降原理、自裝自卸工裝類型及選用原則的簡述以及施工方法和自卸工裝校核計算方法的介紹，對核電、風電領(lǐng)域大件設(shè)備自裝自卸工作具有指導(dǎo)意義。