大跨径悬索桥桥面吊机设计制造及使用总结Word格式.docx

大跨径悬索桥桥面吊机设计制造及使用总结Word格式.docx

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在此基础上，通过临时张拉装置的张拉牵引将主桁架牵引到位，安装锚固永久吊索，最后安装正交异性钢桥面板。

一个标准梁段安装完成后桥面吊机行进两个节间，吊机锚固，进行后续梁段（2个节间）的架设安装。

如此循环直到全部桁架梁在跨中合龙。

移动防护平台随钢桁架安装单元逐步前移，作为钢桁梁安装的安全防护工作平台。

标准梁段架设工序见图1-4

标准节段安装工序图1

标准节段安装工序图2

标准节段安装工序图3

标准节段安装工序图4

桥面吊机过铰作业：

采用支垫方式使桥面吊机轨道以一定斜度（控制在10%以内）可靠地支撑并锚固在主横桁的横梁上，桥面吊机依靠自身的爬坡能力沿轨道走形到预定位置，调整并锚固。

3、桥面吊机设计要求

桥面吊机是本桥钢桁加劲梁架设安装的关键设备，桥面吊机的技术性能必须满足大跨径悬索桥钢桁加劲梁架设的使用要求，适应架设过程中的各种施工工况，满足钢桁梁架设过程中的线形变化，满足临时铰过铰作业，使钢桁梁架设施工安全、优质、快捷。

综合分析，桥面吊机设计主要技术要求有：

（1）需具备全回转功能，钢桁梁上走行功能；

（2）单榀钢桁梁梁段最大吊装重量70t（包括短吊索区的专用吊具重15t），相应吊距22m，桥面吊机起重力矩需达到1540t.m；

（3）钢桁加劲梁和永久吊索在桥面吊机工作支腿压力临时荷载作用下会产生较大的结构内力，为确保钢桁加劲梁和永久吊索的受力安全，吊机机身设计重量需受到限制，不得超过138t，由此需认真研究桥面吊机的机身重量和需满足的工作性能之间的对立关系，桥面吊机设计必须在满足使用要求的基础上优化机身结构设计，控制机身重量；

（4）桥面吊机设计中为控制机身重量取消配重部分，吊机工作时机身必须锚固在已安装好的钢桁加劲梁上，以确保吊机作业安全。

桥面吊机的安全及锚固措施需专项研究，同时在全桥没有贯通前，桥面吊机始终处于柔性及悬浮体系之上，其行走方式及安全措施必须安全可靠；

（5）在钢桁梁采用逐次无铰刚接法架设时，施工阶段永久吊索及主桁架杆件内力较大，超过了结构允许范围，为释放由于悬臂拼装引起的吊索及主桁架各杆件的过大内力，在主桁架上弦杆的四个节点（10#、20#、81#、91#）位置设置临时铰，临时铰处钢桁梁上弦杆设置φ150mm销轴，下弦杆断开，主桁架顶部成折线，坡度最大达到8.2%，由此需研究桥面吊机爬坡性能和过铰作业方式；

（6）根据运输及现场安装条件，设计上需充分考虑桥面吊机现场组装的可行性和方便性，控制杆件的单件尺寸和重量；

（7）桥面吊机设计在满足大桥架设施工要求的前提条件下，还综合考虑设备今后的综合改造和利用。

4.桥面吊机设计

4.1桥面吊机概述

70t-35m桥面起重机为单臂架全回转式起重机，用于大桥钢桁梁的吊装作业。

起重机回转部分通过回转大轴承支承在下车底盘上，底盘的四个支承腿和起重机的爬行装置连接，起重机在爬行机构（油缸）推动下可沿轨道移动。

考虑到运输和安装，起重机的各主要结构件按需要单元进行设计。

本工程施工结束后，经简单改造，可作为浮吊或其他起重机械使用。

本机采用卷筒水平位移补偿系统，经计算机优化计算，起重机在变幅过程中不仅货物水平性能好（全幅度范围内，货物水平高度差为600mm），变幅功率小，而且也改善了起重机的操作性能和安全性能。

起重机的主要工作机构有主起升机构、副起升机构、变幅机构、回转机构和爬行机构等，除了爬行机构采用液压油缸驱动外，主起升机构、副起升机构、变幅机构、回转机构均采用交流变频电动机驱动，可在较大范围内进行无级或有级调速，既能保证重载工况下的平稳和准确对位，又可提高空载及轻载工况时的工作效率。

由于起重机的作业范围受到限制，大桥悬索的轴线间距为28米，悬索猫道宽约4米，要求起重机的最小幅度≤10米，为了满足最小幅度的要求，在总体布置时，将臂架铰点后移至起重机回转中心线以后，不仅可满足最小幅度的要求，起重机在最小幅度时，臂架与水平的夹角仅为73度，提高了起重机在最小幅度工作的可靠性（货物的偏摆，臂架有向后倾倒的趋势）。

起重机臂架为钢管制作的桁架结构形式的单臂架，为提高臂架的抗扭转刚度，臂架的断面为矩形，可有效减轻自重和风载荷。

为了满足最小幅度时，起升钢丝绳不碰檫臂架结构，臂架头部为鹤嘴型。

起重机的人字架（A型架）采用空间桁架结构，前斜撑杆及中撑杆为钢板焊接而成的箱型结构，后拉杆采用无缝钢管。

为安装方便，前斜撑杆及中撑杆和转台采用铰接，后拉杆和A字架及转台均采用铰接。

起重机的转台是主要受力构件之一,其主梁和横梁为钢板焊接而成的工字梁结构,工字梁的翼缘根据其受力不同,采用不同的板厚。

转台上设置有臂架、A字架的前撑杆、中撑杆、后拉杆等的铰支座。

变幅机构、主起升机构、副起升机构、回转机构等工作机构和电气控制柜、司机室等装设在转台上。

其他的主要结构件，均为钢板焊接而成的箱型结构或工字型结构。

起重机下车总成由底盘、步履走行机构、锚固系统、液压系统等组成。

起重机的回转支承装置采用大型三排滚子式滚动轴承，工作平稳、可靠。

起重机设有起升负荷显示、限制装置，风速指示器以及防止臂架后倾止挡装置等。

起重机各机构都有相应的行程限位等保护装置。

起重机的轨道长度根据大桥钢桁梁横桁的间距设计为22.168m。

工作时轨道必须和大桥钢横桁梁可靠连接。

4.2桥面吊机设计依据

1、标准：

1.1中华人民共和国国家标准《起重机设计规范》〔GB3811-83〕

1.2中华人民共和国国家标准《起重机械安全规范》〔GB6067-85〕

1.3《港口门座起重机技术条件》〔GB/T17495-98〕

1.4《起重机试验规范与规程》〔GB5095〕

1.5《电气装置工程施工及验收规范》〔GBJ232-82〕

1.6《修造船厂门座起重机技术规定》〔GB/T8504-94〕

1.7《起重机电控设备》〔JB4315-85〕

1.8《通用桥式和门式起重机司机室技术条件》〔GB/T14405〕

1.9国际标准化组织标准〔ISO〕

1.10美国《钢结构焊接规范》〔AWS〕等相关标准及规范

2、大桥70t-35m桥面安装起重机技术规格书

3、大桥施工图设计（第五册部分）

4、计算风压：

qⅠ=150N/m2（Vf=15.64m/s）;

qⅡ=290N/m2（Vf=21.76m/s）

qⅢ=415N/m2（Vf=25.9m/s）

5、主要结构件许用应力值：

Q235-B[s]=176Mpa

16Mn〔Q345-B〕[s]=259Mpa

6、货物偏摆角：

αⅠ=0.6度αⅡ=2度〔R≤22米〕

αⅠ=0.9度αⅡ=3度〔R＞22米〕

4.3桥面吊机主要技术参数

1、起重量和幅度:

主起升Q25/70t;

R10-32/10-22m

副起升Q8tR12.2-35m

2、起升高度：

主起升轨上：

30m轨下：

10m

副起升轨上：

15m

3、工作级别：

起重机A4

主起升机构M4

副起升机构M4

变幅机构M4

回转机构M4

爬行机构M3

4、工作速度：

主起升机构：

当Q≥25tV=0.5-5米/分

当Q＜25tV=0.5-10米/分

副起升机构：

Q=8tV=0.5-10米/分

变幅机构：

V=0.5-3米/分

回转机构：

0.2-0.5转/分

爬行机构：

V=2米/分V=4米/分（移轨）

5、轨距×

基距：

14m×

10.8m

6、尾部回转半径：

≤11.7m

7、供电方式：

电缆（三相四线）

8、电源：

380V50HZ

4.4桥面吊机工作机构

4.4.1主起升机构

主起升机构（见图1）由交流变频电动机（YTSZ315M1-890kW，带编码器、超速开关等）驱动，经减速器、卷筒驱动起升钢丝绳和吊钩组及货物，实现货物的上升和下降运动。

卷筒为钢板卷制焊接而成，卷筒表面切有折线绳槽，采用四层卷绕。

卷筒轴的一端设置有机械式的起升高度及下降高度限位装置。

`

图5主起升机构

1、电机；

2、制动器；

3、联轴器；

4、减速器；

5、卷筒

在电动机和减速器高速轴设置有液压推杆制动器，为了适应钢桁梁吊装过程较长，为确保安全，在减速器高速轴的另一端也设置了制动器装置。

采用交流变频调速，可在较大范围内调速，并可有效降低起升机构起、制动时的冲击振动。

为确保安装对位要求，设置了微速控制开关。

各种幅度下的起重量严格按起重量曲线控制，调试时由起重负荷限制器的生产厂家调定。

起重量曲线如下图：

桥面吊机起重性能曲线图

4.4.2变幅机构

变幅机构为工作性变幅机构，其驱动型式为钢丝绳滑轮组传动，驱动臂架摆动以改变起重机的幅度。

变幅机构的卷筒包括两部分，一部分为变幅钢丝绳卷绕段，另一部分为主起升钢丝绳卷绕段（补偿卷筒），变幅钢丝绳和主起升钢丝绳的出绳方向相反，在变幅过程中，由补偿卷筒放出或收回一定量钢丝绳以补偿货物的升降，以使货物在变幅过程中，沿近似水平线移动，既减小变幅功率，也改善了操作性能。

经优化，变幅卷筒、补偿卷筒的直径相同，有效简化了结构。

主起升钢丝绳的一端固定在主起升卷筒上，经补偿滑轮、起升滑轮组、吊钩滑轮，另一端则固定在变幅及卷筒补偿机构的补偿卷筒上。

变幅机构（见图2）由一台交流变频电动机（YTSZ250M-837KW）驱动，经减速器、卷筒驱动钢丝绳滑轮组，拖动臂架摆动，从而改变起重机的幅度（工作半径）。

采用交流变频调速，可在较大范围内调速，并可有效降低变幅起、制动时的冲击振动。

为了适应钢桁梁吊装过程较长，为确保安全，在减速器高速轴的另一端也设置了制动器装置。

同时，在卷筒轴的一端设有限位开关，各用于最大幅度和最小幅度的减速及限位，此外，在A字架的结构上还设有机械止挡装置，以防止起重机臂架在小幅度时因坡度、惯性、风载等有可能出现的后倒意外。

图6变幅机构

1、制动器；

2、减速器；

3、联轴器；

4、变幅卷筒组；

5、电动机

变幅钢丝绳采用国产件，并和起升钢丝绳同一规格，以互为备件，同时统一滑轮规格，减少起重机的备件。

4.4.3回转机构

回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。

回转支承装置采用大型三排滚子滚动轴承（131.50.3150型，外啮合）。

回转驱动装置（见图3）共两台，对称布置，均采用立式交流变频电动机（YTSZ225S-822KW）驱动，减速器为四级立式行星减速器，经行星小齿轮驱动起重机回转部分回转。

图7回转机构

1、电动机；

3、极限力矩联轴器；

4、立式行星减速器；

5、锁定装置；

6、回转轴承；

7、制动操作系统；

8、行星小齿轮

回转驱动装置的传动系统中，设有极限力矩联轴器，以保证起重机在急剧起、制动时，以及起重机臂架在回转受阻时，保护传动系统的另部件。

回转驱动装置中的制动装置为常开式脚踏液压制动器，制动器的制动力矩可由司机控制，以保证制动平稳，并设有手动锁紧装置，防止起重机回转部分因风载而自行转动。

回转机构中还设有回转部分的锚定装置，以在起重机不工作时将起重机回转部分锁定。

采用交流变频调速，可在较大范围内调速，并可有效降低回转起、制动时的冲击振动。

4.4.4幅起升机构

起重机设有副起升机构一台，具有较高的起升速度，其结构和组成见图4。

副起升机构由电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒组、钢丝绳卷绕系统及吊钩组等部分组成。

交流变频电动机（YTSZ225S-822KW），经联轴器（带制动轮）、减速器、卷筒联轴器驱动绳索卷筒，驱动副起升滑轮组（倍率为2）、吊钩组，提升或下放货物。

减速器采用SEW（天津）产品，不仅其外型尺寸较小、重量较轻，使用可靠，使用寿命长，更重要的是其高速轴的允许转速高（3000转/分）。

电机和减速器高速轴处于高转速运转，采用高质量的硬齿面减速器较为合理。

卷筒为钢板卷制焊接而成，为单层卷绕，卷筒表面切有螺旋绳槽，有利提高钢丝绳的使用寿命，卷筒轴的一端设置有机械式的起升高度及下降高度限位装置。

在减速器高速轴设置两台液压推杆制动器。

图8副起升机构

1、卷筒组；

2、电机；

4、减速器；

5、制动器

4.4.5下车总成

下车总成结构和组成见图5。

由下车底盘、步履走行机构、锚固系统、液压系统等组成。

图9下车总成

1、走行轨道总成；

2、底盘

下车底盘主要由一个支承圆筒和四个双工字形截面的支腿组成。

支承圆筒为上车提供支撑和联接，圆筒周围有四个支腿，在每个支腿头部下面安装有一个带机械锁定的支顶油缸，在吊机工作时起调平和支承的作用。

支顶油缸的底座设有橡胶垫，以保证在与桥梁接触时不对桥梁产生伤害。

步履走行机构由轨道梁、走行油缸和滑靴等组成。

两根轨道梁在顺桥方向布置，间距为12m。

每个支腿下面有一个滑靴，在滑靴槽的导向作用下，整车可以沿轨道梁滑动。

步履轨道两端设有可纵向转动的铰支座，中部设有可伸缩的球形铰座，满足起重机纵向折线走行的要求。

折线走行的夹角最大可达9°

。

吊机通过四个支顶油缸支承在已架设好的钢桥横梁上，油缸提供支反力满足工作时的受力要求；

通过精轧螺纹钢筋把四个支腿锚定于步履轨道上，同时步履轨道通过精轧螺纹钢筋锚定于已架设钢桥的横梁上，保证工作时提供足够的拉锚力。

在底盘上设有一个小型液压站,通过一个22kw电动机带动一个齿轮油泵。

由一个六联手动换向阀控制，分别驱动车体两侧的走行油缸和支顶油缸。

液压站参数：

压力16MPa，流量68L/min，电机功率22kW。

油缸型号为：

走行油缸140/80-1000，16MPa，2件；

支顶油缸220/160-300，16MPa，4件；

油泵电机组在电机的驱动下，经过吸油管从油箱吸油后，向六联手动换向阀供油。

系统共有三条油路：

①卸荷油路：

液压油从泵输出进入手动阀组，当手动阀组任一手柄动作时，溢流阀保证回路的最高工作压力16MPa，给各执行机构提供高压油；

手动阀组全部手柄在中位时，系统卸荷，减少发热。

②支顶油路：

前推手动阀组相应的手柄，液压油从泵输出进入手动阀组,经过手动阀组、FD型平衡阀，进入油缸的无杆腔，活塞杆前伸；

后拉手动阀组相应的手柄，液压油从泵输出进入手动阀组,经过手动阀组，进入支顶油缸的有杆腔，活塞杆收缩。

FD型平衡阀可使支顶油缸停在任意位置，不会自行伸缩。

四个支顶油缸可单动也可联动。

③走行油路：

前推手动阀组相应的手柄，液压油从泵输出进入手动阀组,经过手动阀组，进入走行油缸的无杆腔，活塞杆前伸；

后拉手动阀组相应的手柄，液压油从泵输出进入手动阀组,经过手动阀组，进入走行油缸的有杆腔，活塞杆缩回。

两个走行油缸可单动也可联动。

下车工作原理

步履走行原理：

a.吊机通过支顶油缸支撑于钢桥横梁上。

支顶油缸顶起，轨道梁被悬吊于滑靴上。

b.走行油缸的行程最大为1米，通过走行油缸的多次伸缩动作和插拔销子，使轨道梁沿滑靴槽向前移动10.8m，到达支撑位。

c.回缩支顶油缸，使轨道梁放置于钢桥横梁上，此时整机自重通过滑靴全部承受在轨道上。

d.通过走行油缸的多次伸缩动作，吊机沿轨道梁向前移动10.8m，到达工作位，完成一个走行循环。

支顶作业原理：

a.吊机走行到达工作位置后，操作四个支顶油缸使整机上升并调平，此时滑靴应处于不受载状态，整机处于水平工作状态。

b.装上支顶油缸的垫块一、垫块二，并旋紧支顶油缸总成的螺母，使螺母压紧垫块。

c.把每个锚固点的精轧螺纹钢筋装上并拉紧。

下车支顶作业准备就绪。

下车总成主要技术参数如下：

最大支点反力163t（荷载情况下）

纵向支顶油缸间距10.8m

横向支顶油缸间距14m

步履轨道间距12m

步履走行速度2.2m/min

纵向爬坡能力9°

前支顶距回转中心3m

液压站电机功率22kW

3.4.6吊机的结构件

起重机的主要钢结构包括：

臂架、A型架、转台、底盘圈梁及支承腿。

1、一般原则

起重机的主要钢结构件的材料采用Q345B。

起重机钢结构件应满足强度、刚度和稳定性的要求。

主要承载结构的构件设计应力求简单，受力明确，传力直接，尽量降低应力集中的影响。

结构件的外形应便于维修、保养、除锈和油漆。

凡有可能积水之处均应有漏水孔排净积水。

所有需要检查，维修的地方应设置检查孔和检查通道。

应考虑工作环境对结构的腐蚀影响。

主要承载结构为焊接的结构，不宜焊接的部位，允许用铰制孔紧配合螺栓或高强度螺栓连接。

2、臂架

起重机的臂架为主要受力构件，结构形式为由无缝钢管焊接而成的桁架结构，臂架满足强度、刚度和稳定性的要求。

臂架轴线的直线度、各轴孔的平行度及和臂架轴线的垂直度等均应符合规范要求。

臂架铰轴、滑轮轴等均采用滚动轴承。

3、A型架

起重机的A型架采用空间桁架结构，前斜撑杆及中撑杆为钢板焊接而成的箱型结构，后拉杆采用无缝钢管。

4、转台

起重机的转台是主要受力构件之一,其主梁和横梁为钢板焊接而成的工字梁结构,转台上设置有臂架、A字架的前撑杆、中撑杆、后拉杆等的铰支座。

5、底盘圈梁

支承圆筒由钢板卷制焊接而成。

支承圆筒上部焊接有回转轴承的法兰，通过螺栓和回转轴承连接。

四周和八字腿连接。

4.5桥面吊机电气控制

4.5.1概述

本桥面吊的设计、制造、安装和调试均参照中华人民共和国国家标准GB3811－83《起重机设计规范》等一系列标准。

同时也相应满足国际标准委员会ISO，国际电工委员会IEC等国际相关标准。

本桥面吊的电气设计主要包括主、副起升机构，旋转机构，变幅机构以及大车爬行机构等设计内容。

4.5.2供电电源

本桥面吊采用AC380V三相四线电源。

电源从机下发电机到转台下开关柜，再经中心受电器上到上部总电源柜分配给各个驱动机构。

总电源柜内设置空气开关,具有短路、过载、失压脱扣等保护。

联动台、总电源柜以及门腿处均设有紧停按钮，紧急情况下用来分断总断路器，切断整机工作电源。

4.5.2.1负荷计算

整机装机容量：

90kW×

1

副起升机构：

22kW×

旋转机构：

2

变幅机构：

37kW×

爬行机构：

照明及其他设备:

≈30KW

考虑到各机构联动工作情况，整机的最大工作容量约为90+22×

2+37+30=201kW（主起升机构+旋转机构+变幅机构+照明及其他设备）。

4.5.2.2主要设备电源:

1）动力电源为AC380V50Hz三相

2）控制系统电源为AC220V单相或DC24V

3）照明及维修电源为AC380V50Hz三相四线

4.5.3驱动与控制

本机各主要机构均采用变频驱动，选用ABB公司变频器。

其中主、副起升机构，变幅机构均采用闭环矢量控制，系统具有足够的调速硬度和良好的低频转矩特性,即使在接近0Hz电机也能以150%额定转矩输出。

50Hz以下实现恒转矩调速,50Hz以上实现恒功率调速。

调速比达到1:

50，可以保证各机构微速运行的要求。

整机控制采用西门子S7300系列PLC，带Profibus通讯接口。

变频器与PLC之间采用Profibus通讯方式，PLC实时读取变频器的数据，并通过输入给PLC的主令控制器信号控制变频器的频率及电动机的转速。

4.5.4安全保护

本机各机构的电气保护有短路保护，过载保护，失压，缺相及零位保护等，另外各机构均设置了相应的机械保护开关。

5.桥面吊机荷载试验

桥面吊机荷载试验为大桥施工提供性能可靠、技术先进的施工设备，大桥施工工艺和保证措施达到国内外先进水平，确保成桥各项技术指标达到优良，满足设计使用耐久性要求，为同类桥梁设计施工积累经验。

试验检验项目

1）起重机金属结构检测

2）起重机结构变位检测

3）起重机各机构的检测和检查

4）起重机安全装置效能和有效性的检测和检查

5）起重机试验规范和程序规定的其他项目的检测和检查

通过对各种工况进行试验分析，结果表面桥面吊机的各种性能完全满足设计和施工要求。

6.桥面吊机的使用

桥面吊机经过检验试验和现场使用运行，证明吊机在步履走行、支顶作业、吊装作业、过铰等操作步骤中效果良好，达到预期使用要求。

步履走行：

1）吊机通过支顶油缸支撑于钢桥横梁上。

2）走行油缸的行程最大为1米，通过走行油缸的多次伸缩动作和插拔销子，使轨道梁沿滑靴槽向前移动10.8m，到达支撑位。

3）回缩支顶油缸，使轨道梁放置于钢桥横梁上，此时整机自重通过滑靴全部承