许建耀
武桥重工集团股份有限公司 湖北武汉 430056
摘 要：本文介绍国内首套用于钢桁拱桥钢梁架设的大吨位全回转爬拱架梁起重机。详细阐述为适应此类桥型而研究的施工工法及该架梁起重机主要结构型式和技术参数，并对该起重机的关键技术进行了总结。
关键词：首套 大吨位 全回转 爬拱架梁起重机 方案研究 技术设计
1、前言
武汉江汉湾桥主桥为(132+408+132)m三跨连续中承式钢桁架拱桥，横向两片拱肋，上、下游拱肋桁片间设置有平联及横撑。主桥拱肋采用N型桁架。两片主桁桁宽34m，中跨跨中桁高10m，支点桁高39m，节间长度12m。自重33000t。全桥共56个节间。边跨各11个节间，中跨34个节间。中跨纵梁分为32个节段。拱肋上、下弦、纵梁及腹杆均为箱型截面。桥面采用工字形截面。
单杆件最大重量92t，拱段最大坡度为30°
图1 武汉江汉湾桥效果图
2、起重机功能描述
为适应该桥钢桁梁的架设要求，采用两台WD100型爬拱架梁起重机分别从两端向中间对称悬拼的施工工法。整机能够在钢桁梁上弦行走，具有提升、变幅、回转、底盘调平、整机前移及锚固的功能，全回转工作模式满足尾部安装拉索锚箱的功能。该机底盘设计为双层底盘，在钢桁梁上架梁时，上底盘可随拱段坡度变化调整使起重机保持水平状态，行走采用卷扬机牵引实现，不需另外辅助设备，整机采用电-机械传动，各机构均采用交流变频控制，控制方便，维护简单。
图2 架设施工示意图
3、起重机主要技术参数
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4、起重机主要构造及关键技术
起重机主要由吊臂、三角架、上转台、起升机构、变幅机构、回转机构、上底盘、下底盘、底盘调平机构、走行台车、前移牵引机构、锚固系统、司机室、电气控制系统和液压控制系统组成。
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图3 起重机主要构造总成
4.1、锚固系统可靠性技术
起重机锚固系统由三部分组成：前部拉锚、前部支顶、后部拉锚。
前部拉锚：起重机前移牵引到位后，安装前拉锚。即将动滑轮轴上的拉板，与定滑轮轴上的拉板，用销轴联接起来即可。
前部支顶：起重机前走行台车分别安装有四个带机械螺旋锁定的液压缸。前部拉锚锚定后，操作支顶油缸顶出，使前走行车轮悬空，旋紧机械螺纹锁定，支顶力通过钢轨枕传递至钢梁腹板上。
后部拉锚：后部拉锚是通过设在下底盘上的锚箍，将起重机的下底盘尾部与钢梁的上弦杆固定在一起，承担起重机工作时的向上反力并可起到防风作用。后锚设有两处，其布置能满足架梁起重机工作时的稳定性要求和钢桁梁的结构特点，可避开钢桁梁上的节点位置。
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图4 前部拉锚 图5 后部拉锚
4.2、底盘结构与调平机构稳定性技术
起重机为适应拱段坡度变化，底盘设计为上、下双层底盘。上、下底盘前部采用铰接，后部安装调平机构。在钢桁梁上架梁时，上底盘可随拱段坡度变化在调平机构调整下使回转支承以上部分始终保持水平状态。调平机构采用螺杆和螺母的螺旋传动，将旋转动作转化为直线动作，达到上底盘调平目的，并采用双头螺纹，其螺旋升角可保证调平机构在非工作状态时自锁。左右两侧调平机构可同时动作也可单独动作。
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图6 底盘结构与调平机构
4.3、前移牵引机构同步性技术
为保证本起重机在最大为30°的坡度拱段上行走安全可靠、易操作，采用卷扬机牵引走行方式。前移牵引机构主要由牵引卷扬机、走行台车、行进轨道、动滑轮组、定滑轮组及锚定拉板等组成。起重机通过卷扬机的牵引实现前移爬拱动作。牵引卷扬机安装在上底盘上，左右对称布置，定滑轮组安装在前方钢梁的节点板上，动滑轮组安装在前走行台车上，通过钢丝绳牵引实现整机前移动作。
牵引卷扬机采用两台100kN慢速卷扬机，整机移动速度0～0.4m/min，设有过欠缠绕保护装置。为防止牵引卷扬机在起重机前移过程发生意外故障，除高速端制动外，该卷扬机在卷筒上设有低速端制动，高、低速端制动器均能单独满足制动要求。另外，还设置了载荷传感器，保证左右两边卷扬机牵引力相同，从而达到34m跨度两边走行同步。
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图7 前移牵引机构
4.4、前走行台车抗倾覆技术
起重机在拱段上行走时因整机重心后移，造成走行台车前轮腾空翘起，为避免这种情况发生，采用增大两走行轮间距及将台车上的铰点靠前布置的方式，保证在爬拱走行过程中走行台车前轮始终有正压力而不发生倾覆。
4.5、取消后支顶油缸经济性技术
起重机各工况总体计算后发现后支点受力较小，分配到两个走行车轮后可满足轮压要求，故取消四个后支顶油缸。不仅优化了后走行台车架结构，又节省了液压油缸及管路。
5、起重机设计特点
5.1、本起重机全回转作业，一机到顶的施工工法可完成钢桁梁、轨排前移、前锚固机构前移和辅助拉索安装等工作，不需辅助设备；
5.2、主钩动、定滑轮组呈90°优化布置，滑轮组倍率m=4，采用不旋转钢丝绳和防转套；副钩滑轮组倍率m=2，钢丝绳死头与转向滑轮间距大，采用不旋转钢丝绳和防转套；有效防止大起升高度下的吊钩钢丝绳旋转；
5.3、前走行台车的支顶油缸设液压锁+机械锁，取消后走行台车支顶油缸；
5.4、上、下底盘之间设置抗扭桁架，螺旋调平系统工作时，抗扭桁架可沿上底盘后横梁上下移动，上底盘调平后，抗扭桁架与上底盘后横梁之间固定，提高整机的稳定性；
5.5、起重机驻车或牵引爬坡时，除回转机构设置常闭式电磁制动器外，转台和上底盘之间还设有机械锁定装置，防止回转部分转动，确保整机安全；
5.6、前移牵引机构设置载荷传感器，保证钢桥两主桁34m跨度牵引爬升时走行同步，确保整机安全；
5.7、起重机设置监控系统，实时监控起重机工作状态，故障时，提示故障的名称、性质、位置、发生时间等信息，具备黑匣子功能，监控系统采用指纹登录方式，可以多操作人员进行定员定岗，防止非作业人员进行非法操作，确保起重机安全；
5.8、起重机远程管理平台，设置无线网络通讯接口，通过计算机和手机远程监控起重机的运行状况和视频信息；
5.9、吊臂与三角架前撑杆之间设置安装用拉索，方便吊臂和变幅机构的安装、维护与检修；
6、结束语
WD100型全回转爬拱架梁起重机是国内首台套大吨位全回转爬拱起重机，它的研制为武汉地标江汉湾桥的顺利架设提供了必要的施工装备，其“一机到顶”的施工工法已获得了良好的经济效益和社会效益，也为国内同类型桥梁的设计和施工提供宝贵的参考价值。
参考文献：
[1] GB/T3811-2008 起重机设计规范
[2] GB50017-2017 钢结构设计规范
[3] GB6067-2010 起重机械安全规程
[4] 张质文 起重机设计手册（第二版） 北京：中国铁道出版社，2013.06