一种在狭窄空间条件下运行的重型搬运就位设备的研制

唐晓兵

（四川东方物流有限公司，四川 自贡 643000）

1 概述

山区桥梁施工现场平地少，许多地方都比较狭窄，要开挖出一块平地成本高，环保要求严格控制开挖规模。许多地方因地制宜，在桥位附近修建临时厂房，场内物流通道等级低，这就对搬运设备功能、性能提出了更高要求。要求搬运设备地面适应能力强，可原地90度转向，且90度转向后稳定性要好，设备自身能够升降，承载能力要强。

目前国内可供选择的方案有几种，一种是带动力的液压挂车SPMT（self-propelled modular transporter）自行式模块运输车，也称自行式液压平板车，这种车单台车转90度后横向稳定性变差，如图1所示。

图1 标准车辆横向行驶稳定性变化图

配上大功率动力单元模块，整个车组也较长，一般是两台车成组使用，对场地空间要求也较高，使用成本高。

二是针对桥梁施工等大型构建运输专门开发设计的运梁车，根据其结构和功能，其使用的施工场景各不相同，一般情况下其通用性比较强，但其不能满足一些特殊场景大型物件的转运工作。

三是自身不带动力的液压挂车，需要牵引车对其进行牵引，与牵引车配套才能使用。配上牵引车，整个车组长度增加，不能横向行驶，对作业场地空间要求较高，使用条件受限，实际施工中基本不被采用。

四是基于现场的实际条件和使用工况，有针对性的开发研制专用搬运设备，满足一些特殊施工条件下的作业需求，搬运设备需同时具备运梁车和SPMT车的部分功能。本文介绍的是第四种情况下重型搬运设备的设计研发。

2 设计思路和设计输入条件

结合现场的施工条件和使用要求，筛选出该设备应具备的一些基本性能，据此采用的一些设计思路综合分析如下：

（1）一般狭窄的施工现场运距短，搬运速度要求不高，速度对需求的影响不敏感，整个设备动力配置功率选择可以降低。

（2）承载平台连同走行模块可升降，走行模块能90度转向，转向90度后运行稳定性不能低于纵向行驶工况时的稳定性。

（3）整个搬运设备外廓尺寸尽可能小，满足在狭窄空间内作业的要求。

（4）整个设备采用模块结构，需要有较强的抗扭和对高低路面的适应能力，更换承载模块后可以提高能力。

（5）传动方式采用静液压传动，运行平稳，便于各模块间，模块与承载平台间相对位置发生变化时动力的传递。

（6）轮轴的输出扭矩要满足最大坡道行驶要求，且有一定的裕量。运行中制动力满足现场工况要求。

（7）选用的零部件以目前汽车，挂车的通用部件为主，互换性和成本可以兼顾。

3 设备的结构功能及主要技术参数

3.1 设备的结构

设备结构主要由承载平台、中支承模块、驱动模块、动力机组液压站、液压系统、转向系统、升降系统、制动系统等构成。结构如图2所示。

图2 搬运设备结构原理图

驱动模块和中支承模块由重型车辆的车桥、车辆板簧悬挂系统和焊接钢梁组成，多模板簧悬挂块结构能满足工地复杂路况的要求，承载平台与各模块间采用销套定位，在设备承载平台上装有四只升降油缸实现承载平台的升降。在驱动模块上装有低速大扭矩液压马达和转向油缸的作用端，驱动采用静液压传动，启动平稳，可实现驱动模块中的车桥在大扭矩作用下低速微动。

3.2 各系统的功能

承载平台起到连接各模块和系统的作用，是整个设备的骨架，也是整个设备连同货物升降的载体。中支承模块承担货物的大部分重力，并在90度转向后为整个设备的稳定性提供保障。驱动模块为设备走行提供牵引力并执行转向油缸给定的转向动作同时还承担部分货物重力。动力系统依靠柴油机提供的源动力，为整个设备提供一定压力的液压油和压缩空气，作为系统内相关执行环节的动力源输入。液压系统承担液压油从油箱开始到压力建立，传送到执行机构，最后回流到油箱的全过程控制。升降系统实现整个设备连同货物的升降及在中间某个位置的停留。转向系统实现设备运行静止状态下90度转向及运动状态下±15°的转向。制动系统实现设备从运动到静止状态或使设备静止状态的保持。

3.3 主要技术参数

自重：约12 000kg；

外形尺寸（长×宽×高）：8 600×3 230×1 470mm；

柴油机功率：47kW

运行速度：约8m/min；

单只顶升油缸顶升推力：700 000kN；

运梁车额定承载质量：100 000kg；

轮轴输出最大扭矩：33 750N·m；

最大转向角度：±15°（动态）/90°（静止起升状态）

允许最大坡道：10%；

最小转弯半径：16m（动态）。

4 设备工作原理

4.1 货物装卸

货物需要搬运转移时，设备运行到货物下部，找正位置，起升升降油缸，移开货物支垫物，起升油缸下降直到设备轮胎完全触地受力。设备连同货物移动到目标位置，重复前面顺序相反的动作，则可卸下货物。

4.2 纵、横向运行

设备在模块纵向定位状态下，液压驱动马达充油，驱动车桥，设备向前行驶；改变液压马达充油方向，液压马达反向输出扭矩，设备向后行驶。

横向运行时，各模块回转90度后定位锁紧，马达充油旋转，驱动车轴旋转，实现设备连同货物的运动。

4.3 转向

在设备纵向运行过程中，转向油缸充油，油缸推动前后驱动模块呈“八”字形转向状态，中支承模块随动转向，实现整个设备的转向运行；改变油缸充油方向，转向原理同前，实现设备向另一方向转向。如图3所示。

图3 搬运设备转向原理图

当设备静止状态时，起升油缸向上升起，设备连同货物被顶升离开地面，转向油缸充油，使下部模块转向90度，锁紧中支承定位销轴，升降油缸下降，模块轮胎触地受力，控制两端驱动模块的行驶速度差来实现设备横向行驶时的转向或横向移动。

4.4 设备运行制动

由于设备下部模块采用了重型汽车大速比驱动桥和重型挂车的承载桥，整个制动系统运用了汽车制动系统的原理，采用相关部件，制动系统通过动力源提供的压缩空气进行制动。

5 厂内试验现场应用效果

设备制造完成后在公司内进行了场地模拟试验，通过试验消缺后投入了施工现场的使用，从使用效果看，满足了现场的使用要求，达到了预期的效果。现场使用情况如图4所示。

图4 搬运设备现场作业图

6 结论

根据施工现场要求和作业条件情况，有针对性地开发研制的重型货物搬运设备满足了现场使用要求，设备各项指标达到设计要求，经过一年多的使用验证，该设备达到了设计的预期效果，受到用户好评，解决了西南山区桥梁施工现场场地狭窄条件下重型货物搬运的难题，为狭窄条件下重型物件的搬运给出了新的解决方案和路径。降低了施工单位临时施工场地的开挖建设工作量，对保持水土流失，植被和环境保护起到了一定的作用，同时还可以降低建设单位的施工作业成本。

本设备根据需求还可以进一步的改进，对模块进行改进后，搬运设备的搬运重量还有提升空间，转弯半径还可以减小，根据需求条件和工况要求也可用于其他类似的工作场景。