大件设备自卸方法在核电风电领域的应用

侯敬宣 徐 恒

中国外运大件物流有限公司 济南 250000

近年来，随着核电风电行业的快速发展，大件运输在其领域发挥着越来越大的作用；大件运输SPMT/SPT液压轴线车因其车板具有液压升降的功能，在满足常规大件运输的同时，利用运输车板升降功能配合支墩、卸车横担梁等工装，还可解决大部分核电风电设备在暂存场地、码头堆场的卸车及二次装车问题，节省了项目成本、提高了装卸车效率和安全性，为核电、风电大件设备的运输装卸带来了极大便利。

1 液压平板车

液压平板车由模块车单元组成，普通SPT 液压平板车主要由2/3/4/5/6/8 轴线模块单元拼装组成，单轴线载荷约为25 ～30 t/轴。全转向SPMT 液压平板车主要由4/6 轴线模块单元拼装组成，单轴线最大允许载荷约为48 t/轴。液压平板车可根据运输货物的长度随机纵向拼接成所需的轴线数量，根据运输货物的宽度可进行横向拼接成3 纵列及以上的车组形式。常见的液压平板车基本参数如表1 所示，全转向SPMT 液压平板车示意图如图1 所示。

表1 常见的液压平板车基本参数

2 液压平板车升降原理

大件运输液压平板车主要采用液压独立悬架，依靠液压缸进行支承，可独立承载和转向。悬架是支承平板车的最小独立单元，1 个悬架可使车轮产生1 个垂直位移自由度和3 个旋转自由度。

如图2 所示，液压悬架主要由悬架枢轴、悬架臂、悬架叉、摆动轴、悬架液压缸等组成，悬架臂与悬架枢轴立轴相配合连接，2 个运动面由侧向推力轴承相连接，端面由卡环定位，承受分配到悬架上的载荷，并在转向横拉杆作用下保证轮轴（摆动轴）旋转一定角度。当悬架于转向横拉杆脱开时，能实现360º回转，便于轮胎等的拆修维修。

图2 液压平板车悬架示意图

悬架叉与悬架臂通过悬架臂轴相连接，并能绕悬架臂轴作相对悬架臂的旋转运动，悬架叉另一端连接摆动轴（摆动轴连接轮胎系统）。悬架液压缸两端分别连接悬架臂和悬架叉，通过液压缸升降实现悬架叉绕悬架臂轴的运动，并在轮胎相对地面垂直位置不变的情况下实现车架的升降。

3 自卸工装的类型及选用

目前，核电风电领域大件自装自卸设备质量多为100 ～500 t，运输时选用液压轴线车型主要为2纵列、3 纵列、4 纵列车型，车辆宽度为3 000 ～6 300 mm。考虑自装自卸时液压轴线车板与支墩之间保持200 ～300 mm 安全距离，卸车横担梁工装大多选用5.5 ～8.5 m 等长度类型的横担梁，额定承载为120 ～240 t，根据货物的实际质量，一般选用2 ～6 根卸车横担梁，可起到货物支撑梁的作用。卸车横担梁可采用钢板焊接、H 型钢、工字钢焊接而成。为了保证受载后的整体稳定性，通常设计成箱形截面，货物质量较小时也可采用工字形截面。根据液压轴线车板高度，支墩大多选用1 000 ～1 400 mm 高长方体、品字形钢支墩、混凝土支墩，额定承载能力为100 ～300 t。支墩主要将上方的卸车横担梁、鞍座、托架的载荷传递到地面，由于卸车地面常为路基或夯实基础，承载能力有限，支墩的底面积应满足地面的承载力要求，设计成上小下大品字形结构，由受力特点看为压弯构件。

目前，在风电核电领域自装自卸工作根据货物自身情况特点大概分为以下几种：1）货物自身带有鞍座、托架，长度方向探出运输轴线车板，且强度满足自卸要求的情况；2）货物自身带有鞍座、托架，但鞍座、托架长度不够，未探出运输轴线车板或鞍座、托架局部受载强度不够 ；3）货物自身没有可利用支垫的鞍座或托架。

其中，情况1）只需根据货物质量选取相应数量的支墩，与货物自身鞍座或托架配合支垫即可完成自卸自装工作。情况2）和情况3）需根据货物尺寸质量提前在装车环节在运输轴线车板上放置卸车横担梁，配合选用的支墩完成自卸自装工作。

卸车横担梁和支墩根据应用场景的不同一般可分为以下情况：1）横担梁和支墩完全分开独立的形式，横担梁和支墩可根据不同货物、轴线车组配车形式，选配不同尺寸、承载能力的横担梁和支墩，搭配灵活、适用场景多，可多项目多场地长时间调配使用；2）横担梁和支墩为一整体工装的形式，此种工装一般只适用于场景固定、货物单一的情况，但其有更强的承载能力和稳定性，同时节省了施工时划线摆放的工序和时间，使用更便捷；3）可调节形式工装，此种工装专为某一类设备定制使用，其规格尺寸可根据不同尺寸设备调节工装尺寸进行使用，一种工装适用于同一机型不同尺寸设备使用，节省了项目成本，提高了工装利用率。

4 大件设备自卸施工方法

目前，核电风电领域运输大件货物的运输车板均为液压轴线车，通过操控轴线车板的液压系统升降运输车板。因此，在实际操作过程中，可利用轴线车板的此性能配合自卸工装的使用，对大件设备进行自装和自卸。

4.1 大件设备自卸方法

1）如图3 所示，运输车辆到达暂存场地前，可根据设备鞍座、托架或卸车梁支放位置提前在暂存场地布置好支墩位置；

图3 挂车自卸大件货物过程示意图

2）设备运抵指定暂存地点后，升高轴线运输车板，使设备鞍座或卸车横担梁高于卸车支墩约200 mm；车辆沿两侧支墩中线缓慢驶入，车板距离两侧混凝土支墩距离为300 mm；

3）当鞍座、托架或卸车梁位置与下方支墩中线重合时，停车并测量两侧距离支墩的距离是否一致；

4）液压轴线运输车板开始缓慢降低车板高度，待鞍座、托架或卸车梁刚与支墩接触时停止落车，解除绑扎工具，在支墩上方铺设橡胶垫或薄木板；

5）此时观察运输轴线车板各点压力，并调整车板水平，车板调平后观察设备鞍座、托架或卸车梁与支墩的间隙通过使用木板支垫方式进行找平；

6）轴线运输车板继续降低高度，将鞍座、托架或卸车梁落实到支墩上，车板下降时观察支墩与鞍座、托架或卸车梁的接触点，接触位置是否合适，如有偏差，在叉车配合下进行支墩微调；

7）待支墩完全受力稳定后方可降低车板，运输车辆驶离卸车位置。

4.2 大件设备自装方法

1）运输方在接到2 次运输通知指令后，准备好轴线运输车板，将车板行驶到设备暂存堆场，准备装车工作；

2）运输车板倒入支垫设备下方前，需提前在运输车板上画好车辆装载位置；

3）在运输车板上垫好预计与鞍座、托架或卸车梁接触位置的橡胶垫或薄木板，降低运输车板高度驶入暂存设备下方，倒车时车辆轮胎与支墩间应保持安全距离，防止产生碰撞刮碰；

4）在运输车板到达指定的装载位置后，停止倒车，运输车板制动停止；

5）操作轴线运输车板液压系统分别起升车板的支撑点，使车板缓慢升起，直至设备与支墩完全分离，停止车板起升；

6）检查轴线运输车板车况，查看液压系统支撑压力表，确保支撑压力差在允许安全范围内；

7）对运输大件设备进行绑扎加固，启动运输任务。

5 工装校核方法

核电风电领域大件设备制造周期长、货值高，对运输装卸安全要求严苛，在设备自卸前，需对选用的工装进行校核，以确保自卸工作的安全性。对于自卸工装的校核，应用Solidworks 或Ansys 软件进行有限元分析，对工装承载后应力、变形进行计算校核，或对自卸后的设备及工装进行整体受力分析，得到图4 所示结果图。建立图5 所示受力简图，对卸车横担梁、鞍座托架、支墩进行正应力、切应力、压应力以及局部稳定性进行计算校核，横担梁截面形式如图6 所示。

图4 利用软件对有限元进行受力分析

图5 建立系统受力简图，计算弯矩和切应力

1）最大正应力校核

横担梁的最大正应力超限会造成横担梁的永久变形或断裂，是造成卸车横担梁承载失效的主要原因。一般等截面梁的最大正应力发生在最大弯矩截面上下边缘处，故有

式中：σmax为最大正应力，[σ]为材料允许应力，M为弯矩，ymax为横担梁上下翼缘板的最外端距离梁中性轴的距离，I为惯性矩。

2）最大切应力校核

一般箱形梁的最大切应力在梁的腹板中部，箱形梁截面切应力的校核公式为

式中：τ为最大切应力，[τ]为材料允许的切应力，Q为最大切向力。

3）整体稳定性校核

式中：l为卸车梁的长度，b0为腹板外侧间距，fy为材料的屈服强度。

若满足上述条件，则不需要进行整体稳定性校核；若不满足上述条件，则可能存在整体稳定性问题。

4）支墩压应力校核

支墩主要受到横担梁对其的正压力，考虑到设备可能偏载及现场支撑面不平的因素，计算时可取一定的偏载系数，计算公式为

式中：σc为支墩纵向竖板在与上面板交界处的压应力，[σc]为材料允许的压应力，FR为横担梁或整体支架对支墩的作用力，lq为压应力分布长度，tw为纵向竖板的厚度，n为纵向竖板的数量。

6 大件设备暂存场地承载力校核

如前所述，核电风电领域大件设备制造周期长，货值高，对运输存储安全要求也高。在操作前，需对暂存堆场的承载能力能否满足运输和自卸安全要求进行分析校核。

1）液压运输平板车对地压强计算

式中：P为液压运输平板车对地压强，M1为液压运输平板车质量，M2为货物质量，S为液压运输平板车有效压载区域面积。

如图7 所示，按照保守的传统经验算法，液压平板车45°扩散投影面法计算其有效压载区域面积。

2）支墩对地压强计算

式中：P支墩为支墩对地压强，M2为货物质量，M3为货物托架或卸车横担梁质量，S支墩为各支墩有效压载面积总和。

在大件设备运输及自卸自装工作中，绝大多数情况是存储环节比运输环节对暂存场地承载力要求高，尤其是长时间储存的设备，需考虑安全系数。所以，核电风电大件设备自卸存储场地一般选择承载力较高的混凝土场地或经过夯实硬化处理的砂石地面堆场，对较重的设备或场地不满足承载要求的自卸情况，应增加支墩数量或采用钢板分载的方式，以便满足工作需要。

7 设备在存储期间的安全巡检

1）设备巡检

设备的巡检应做到以下几点 ：1）检查地面积水情况、若有积水及时进行排水；2）检查现场通风情况，避免因潮湿出现的腐蚀情况，由于大多设备临海存放，重点对裸露区域进行相关检查，及时做好除锈防腐工作；3）检查货物托架、卸车横担梁等工装固定螺栓是否有松脱、焊缝是否有开裂等情况；4）检查相关防风措，检查时进行相关紧固。

2）地面沉降监测方法

为确保临时存储期间设备的安全稳定，存储前期需对存储场地进行沉降监测，一般采取水准仪监测法，监测设备有水准仪、三脚架、水准尺和水平尺。

3）监测步骤

①在大件设备运输前1 d，将支墩运至自卸暂存场地，按照方案支墩位置摆放图进行摆放，用水准仪测量支墩顶面标高，确保在同一水平面上，误差≤2 cm，否则需要对地面重新平整，使用水平尺测试支墩水平。

②选取边角4 块支墩作为检测的标的物，做好标记，自卸车完毕后分别测量支墩顶面标高，并记录数据。

③对支墩进行观察，支墩不得有明显下沉迹象。

④设备自卸车后的前7 d，每天都要用水准仪测量4 个支墩点与第1 次测量的结果进行比较，其余时间每周测量1 次，均匀下降≤3 cm。

⑤如果在观测和监测过程中发现支墩下降超过误差允许值，则立即采取应急措施，应急措施按照二次运输的操作程序执行。

8 核电风电领域大件设备自卸方法应用情况

近年来我国核电发展迅猛，到目前为止，商运核电机组54 台，总装机容量为5 682 万kW，位列全球第三；在建核电机组24 台，总装机容量约为2 681 万kW，继续保持全球第一。每期2 台核电机组配套200 多台大件设备，其中约占一半以上大件设备可使用自卸自装方法进行堆场暂存卸车以及装车二次运输工作，相比较一般的卸车装车方法，极大地节省了项目成本，提高了工作效率和操作的安全性。

近年来全球海上风电市场呈现向荣状态，装机容量大幅度提升。风力发电是我国实现“双碳”目标的重要手段，全球减碳大趋势下，风电行业发展确定性强。目前，海上风电机型单机容量从5.0 MW 大幅度提升至16 MW，配套风电产业园数量激增，风机产品如主机轮毂叶片等大件设备在码头港口堆场暂存出运也尤为关键，大件设备自装自卸高效率的特点完美契合满足了海上风电窗口期紧张、项目进度严格的特点要求。

9 结语

在核电风电领域大件设备自卸日趋增加的形势下，通过对液压轴线车升降原理、自装自卸工装类型及选用原则的简述以及施工方法和自卸工装校核计算方法的介绍，对核电、风电领域大件设备自装自卸工作具有指导意义。