大件設(shè)備自卸方法在核電風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用

侯敬宣 徐 恒

中國(guó)外運(yùn)大件物流有限公司 濟(jì)南 250000

近年來(lái)，隨著核電風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，大件運(yùn)輸在其領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用；大件運(yùn)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(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，利用運(yùn)輸車板升降功能配合支墩、卸車橫擔(dān)梁等工裝，還可解決大部分核電風(fēng)電設(shè)備在暫存場(chǎng)地、碼頭堆場(chǎng)的卸車及二次裝車問(wèn)題，節(jié)省了項(xiàng)目成本、提高了裝卸車效率和安全性，為核電、風(fēng)電大件設(shè)備的運(yùn)輸裝卸帶來(lái)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(yùn)輸貨物的長(zhǎng)度隨機(jī)縱向拼接成所需的軸線數(shù)量，根據(jù)運(yùn)輸貨物的寬度可進(jìn)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(yùn)輸液壓平板車主要采用液壓獨(dú)立懸架，依靠液壓缸進(jìn)行支承，可獨(dú)立承載和轉(zhuǎn)向。懸架是支承平板車的最小獨(dú)立單元，1 個(gè)懸架可使車輪產(chǎn)生1 個(gè)垂直位移自由度和3 個(gè)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(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)軸）旋轉(zhuǎn)一定角度。當(dāng)懸架于轉(zhuǎn)向橫拉桿脫開時(shí)，能實(shí)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(guò)懸架臂軸相連接，并能繞懸架臂軸作相對(duì)懸架臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，懸架叉另一端連接擺動(dòng)軸（擺動(dòng)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(guò)液壓缸升降實(shí)現(xiàn)懸架叉繞懸架臂軸的運(yùn)動(dòng)，并在輪胎相對(duì)地面垂直位置不變的情況下實(shí)現(xiàn)車架的升降。

3 自卸工裝的類型及選用

目前，核電風(fēng)電領(lǐng)域大件自裝自卸設(shè)備質(zhì)量多為100 ～500 t，運(yùn)輸時(shí)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(shí)液壓軸線車板與支墩之間保持200 ～300 mm 安全距離，卸車橫擔(dān)梁工裝大多選用5.5 ～8.5 m 等長(zhǎng)度類型的橫擔(dān)梁，額定承載為120 ～240 t，根據(jù)貨物的實(shí)際質(zhì)量，一般選用2 ～6 根卸車橫擔(dān)梁，可起到貨物支撐梁的作用。卸車橫擔(dān)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(jì)成箱形截面，貨物質(zhì)量較小時(shí)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(zhǎng)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(dān)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(shí)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(jì)成上小下大品字形結(jié)構(gòu)，由受力特點(diǎn)看為壓彎構(gòu)件。

目前，在風(fēng)電核電領(lǐng)域自裝自卸工作根據(jù)貨物自身情況特點(diǎn)大概分為以下幾種：1）貨物自身帶有鞍座、托架，長(zhǎng)度方向探出運(yùn)輸軸線車板，且強(qiáng)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(zhǎng)度不夠，未探出運(yùn)輸軸線車板或鞍座、托架局部受載強(qiáng)度不夠 ；3）貨物自身沒(méi)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(yùn)輸軸線車板上放置卸車橫擔(dān)梁，配合選用的支墩完成自卸自裝工作。

卸車橫擔(dān)梁和支墩根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同一般可分為以下情況：1）橫擔(dān)梁和支墩完全分開獨(dú)立的形式，橫擔(dān)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(dān)梁和支墩，搭配靈活、適用場(chǎng)景多，可多項(xiàng)目多場(chǎng)地長(zhǎng)時(shí)間調(diào)配使用；2）橫擔(dān)梁和支墩為一整體工裝的形式，此種工裝一般只適用于場(chǎng)景固定、貨物單一的情況，但其有更強(qiáng)的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)省了施工時(shí)劃線擺放的工序和時(shí)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(jìn)行使用，一種工裝適用于同一機(jī)型不同尺寸設(shè)備使用，節(jié)省了項(xiàng)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(fēng)電領(lǐng)域運(yùn)輸大件貨物的運(yùn)輸車板均為液壓軸線車，通過(guò)操控軸線車板的液壓系統(tǒng)升降運(yùn)輸車板。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，可利用軸線車板的此性能配合自卸工裝的使用，對(duì)大件設(shè)備進(jìn)行自裝和自卸。

4.1 大件設(shè)備自卸方法

1）如圖3 所示，運(yùn)輸車輛到達(dá)暫存場(chǎng)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(chǎng)地布置好支墩位置；

圖3 掛車自卸大件貨物過(guò)程示意圖

2）設(shè)備運(yùn)抵指定暫存地點(diǎn)后，升高軸線運(yùn)輸車板，使設(shè)備鞍座或卸車橫擔(dān)梁高于卸車支墩約200 mm；車輛沿兩側(cè)支墩中線緩慢駛?cè)?，車板距離兩側(cè)混凝土支墩距離為300 mm；

3）當(dāng)鞍座、托架或卸車梁位置與下方支墩中線重合時(shí)，停車并測(cè)量?jī)蓚?cè)距離支墩的距離是否一致；

4）液壓軸線運(yùn)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(shí)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(shí)觀察運(yùn)輸軸線車板各點(diǎn)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(guò)使用木板支墊方式進(jìn)行找平；

6）軸線運(yùn)輸車板繼續(xù)降低高度，將鞍座、托架或卸車梁落實(shí)到支墩上，車板下降時(shí)觀察支墩與鞍座、托架或卸車梁的接觸點(diǎn)，接觸位置是否合適，如有偏差，在叉車配合下進(jìn)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(yùn)輸車輛駛離卸車位置。

4.2 大件設(shè)備自裝方法

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

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

3）在運(yùn)輸車板上墊好預(yù)計(jì)與鞍座、托架或卸車梁接觸位置的橡膠墊或薄木板，降低運(yùn)輸車板高度駛?cè)霑捍嬖O(shè)備下方，倒車時(shí)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(yùn)輸車板到達(dá)指定的裝載位置后，停止倒車，運(yùn)輸車板制動(dòng)停止；

5）操作軸線運(yùn)輸車板液壓系統(tǒng)分別起升車板的支撐點(diǎn)，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(yùn)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(duì)運(yùn)輸大件設(shè)備進(jìn)行綁扎加固，啟動(dòng)運(yùn)輸任務(wù)。

5 工裝校核方法

核電風(fēng)電領(lǐng)域大件設(shè)備制造周期長(zhǎng)、貨值高，對(duì)運(yùn)輸裝卸安全要求嚴(yán)苛，在設(shè)備自卸前，需對(duì)選用的工裝進(jìn)行校核，以確保自卸工作的安全性。對(duì)于自卸工裝的校核，應(yīng)用Solidworks 或Ansys 軟件進(jìn)行有限元分析，對(duì)工裝承載后應(yīng)力、變形進(jìn)行計(jì)算校核，或?qū)ψ孕逗蟮脑O(shè)備及工裝進(jìn)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(jiǎn)圖，對(duì)卸車橫擔(dān)梁、鞍座托架、支墩進(jìn)行正應(yīng)力、切應(yīng)力、壓應(yīng)力以及局部穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算校核，橫擔(dān)梁截面形式如圖6 所示。

圖4 利用軟件對(duì)有限元進(jìn)行受力分析

圖5 建立系統(tǒng)受力簡(jiǎn)圖，計(jì)算彎矩和切應(yīng)力

1）最大正應(yīng)力校核

橫擔(dān)梁的最大正應(yīng)力超限會(huì)造成橫擔(dān)梁的永久變形或斷裂，是造成卸車橫擔(dān)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(dān)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(zhǎng)度，b0為腹板外側(cè)間距，fy為材料的屈服強(qiáng)度。

若滿足上述條件，則不需要進(jìn)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(wèn)題。

4）支墩壓應(yīng)力校核

支墩主要受到橫擔(dān)梁對(duì)其的正壓力，考慮到設(shè)備可能偏載及現(xiàn)場(chǎng)支撐面不平的因素，計(jì)算時(shí)可取一定的偏載系數(shù)，計(jì)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(dān)梁或整體支架對(duì)支墩的作用力，lq為壓應(yīng)力分布長(zhǎng)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(chǎng)地承載力校核

如前所述，核電風(fēng)電領(lǐng)域大件設(shè)備制造周期長(zhǎng)，貨值高，對(duì)運(yùn)輸存儲(chǔ)安全要求也高。在操作前，需對(duì)暫存堆場(chǎng)的承載能力能否滿足運(yùn)輸和自卸安全要求進(jìn)行分析校核。

1）液壓運(yùn)輸平板車對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

式中：P為液壓運(yùn)輸平板車對(duì)地壓強(qiáng)，M1為液壓運(yùn)輸平板車質(zhì)量，M2為貨物質(zhì)量，S為液壓運(yùn)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(yàn)算法，液壓平板車45°擴(kuò)散投影面法計(jì)算其有效壓載區(qū)域面積。

2）支墩對(duì)地壓強(qiáng)計(jì)算

式中：P支墩為支墩對(duì)地壓強(qiáng)，M2為貨物質(zhì)量，M3為貨物托架或卸車橫擔(dān)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(yùn)輸及自卸自裝工作中，絕大多數(shù)情況是存儲(chǔ)環(huán)節(jié)比運(yùn)輸環(huán)節(jié)對(duì)暫存場(chǎng)地承載力要求高，尤其是長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的設(shè)備，需考慮安全系數(shù)。所以，核電風(fēng)電大件設(shè)備自卸存儲(chǔ)場(chǎng)地一般選擇承載力較高的混凝土場(chǎng)地或經(jīng)過(guò)夯實(shí)硬化處理的砂石地面堆場(chǎng)，對(duì)較重的設(shè)備或場(chǎng)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(chǔ)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(diǎn) ：1）檢查地面積水情況、若有積水及時(shí)進(jìn)行排水；2）檢查現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)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(diǎn)對(duì)裸露區(qū)域進(jìn)行相關(guān)檢查，及時(shí)做好除銹防腐工作；3）檢查貨物托架、卸車橫擔(dān)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(fēng)措，檢查時(shí)進(jìn)行相關(guān)緊固。

2）地面沉降監(jiān)測(cè)方法

為確保臨時(shí)存儲(chǔ)期間設(shè)備的安全穩(wěn)定，存儲(chǔ)前期需對(duì)存儲(chǔ)場(chǎng)地進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，一般采取水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)法，監(jiān)測(cè)設(shè)備有水準(zhǔn)儀、三腳架、水準(zhǔn)尺和水平尺。

3）監(jiān)測(cè)步驟

①在大件設(shè)備運(yùn)輸前1 d，將支墩運(yùn)至自卸暫存場(chǎng)地，按照方案支墩位置擺放圖進(jìn)行擺放，用水準(zhǔn)儀測(cè)量支墩頂面標(biāo)高，確保在同一水平面上，誤差≤2 cm，否則需要對(duì)地面重新平整，使用水平尺測(cè)試支墩水平。

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

③對(duì)支墩進(jìn)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(zhǔn)儀測(cè)量4 個(gè)支墩點(diǎn)與第1 次測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較，其余時(shí)間每周測(cè)量1 次，均勻下降≤3 cm。

⑤如果在觀測(cè)和監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)支墩下降超過(guò)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(yùn)輸?shù)牟僮鞒绦驁?zhí)行。

8 核電風(fēng)電領(lǐng)域大件設(shè)備自卸方法應(yīng)用情況

近年來(lái)我國(guó)核電發(fā)展迅猛，到目前為止，商運(yùn)核電機(jī)組54 臺(tái)，總裝機(jī)容量為5 682 萬(wàn)kW，位列全球第三；在建核電機(jī)組24 臺(tái)，總裝機(jī)容量約為2 681 萬(wàn)kW，繼續(xù)保持全球第一。每期2 臺(tái)核電機(jī)組配套200 多臺(tái)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(jìn)行堆場(chǎng)暫存卸車以及裝車二次運(yùn)輸工作，相比較一般的卸車裝車方法，極大地節(jié)省了項(xiàng)目成本，提高了工作效率和操作的安全性。

近年來(lái)全球海上風(fēng)電市場(chǎng)呈現(xiàn)向榮狀態(tài)，裝機(jī)容量大幅度提升。風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段，全球減碳大趨勢(shì)下，風(fēng)電行業(yè)發(fā)展確定性強(qiáng)。目前，海上風(fēng)電機(jī)型單機(jī)容量從5.0 MW 大幅度提升至16 MW，配套風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園數(shù)量激增，風(fēng)機(jī)產(chǎn)品如主機(jī)輪轂葉片等大件設(shè)備在碼頭港口堆場(chǎng)暫存出運(yùn)也尤為關(guān)鍵，大件設(shè)備自裝自卸高效率的特點(diǎn)完美契合滿足了海上風(fēng)電窗口期緊張、項(xiàng)目進(jìn)度嚴(yán)格的特點(diǎn)要求。

9 結(jié)語(yǔ)

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