李志建 郑见粹
(交通部水运科学研究院，北京 100088)
摘要：归纳了常见重大件陆-水中转装卸工艺方案，在已有桥墩式工艺方案基础上，提出了固定式门式起重机工艺方案，详细介绍了配置的固定式门式起重机关键技术。将固定式门式起重机工艺方案应用于哈尔滨重大件码头工程实践中，取得了明显的社会和经济效益。 关键词：重大件、装卸工艺、门式起重机
A New Handling Technology in Heavy Cargo Wharf Based on
Fixed Gantry Crane
Li Zhi-jian Zheng Jiancui
(Waterborne Transportation Institute，Beijing 100088, China) Abstract: Summarize the common handling technologies in heavy cargo wharf, based on existing handling technology—bridge pier techn
自动充电电动车ology, proposed a new handling technology named fixed gantry crane technology, introduce its key parts and details. The new handling technology, fixed gantry crane technology, has been used in Harbin heavy cargo wharf, a lot of economic returns and social benefits have been achieved.
Key words: heavy cargo wharf; handling technology; gantry crane
0、引言
什么是重大件？国内相关标准或规范上没有明确定义。根据1995年12月交通部颁发的《道路大型物件运输管理办法》，将大型物件分为四个等级，其中四级大型物件等级最高，是指达到以下标准之一者：长度在40m及以上；宽度在6m及以上；高度在5m及以上；重量在300t及以上。一般来说，我们可以将四级大型物件称为重大件。国内外常见重大件主要有汽轮机、机床等大型工业设备，发电机、变压器、核电设施等大型电力设备；反应器、压力容器等石油化工设备，铁塔、钻探平台等海上工程设备。
对于重大件的长途运输，在铁路运输领域属于超限货物；在公路运输领域，根据《公路工程技术标准》、《公路隧道设计规范》以及《公路桥梁承载能力评定规程》相关规定，重大件难以或不能通过涵洞、隧道，通过桥梁时还需另加检测和加固。而水路运输以天然河流为主，借水行舟，成为解决重大件长途运输的最适宜方式[1]-[2]。
1、国内外常见重大件码头陆←→水中转工艺
国内外常见的重大件陆←→水中转工艺方案主要有：流动式起重机工艺方案、固定式旋转起重机工艺方案、桅杆起重机工艺方案、浮式起重机工艺方案、固定桥墩式起重机工艺方案、斜坡缆车工艺方案、滚装工艺方案等，滚装方案中又包括拖绞式、顶推式与气囊式三种型式。
在常见工艺方案中，斜坡缆车与滚装工艺方案造价低，作业效率和安全性也低；浮式起重机、流动式起重机作业效率高，造价也高，一般要几千万投资；固定旋转式起重机、桅杆起重机在应用上较为常见，技术比较成熟，可以实现多用途作业，水工建设成本高，常常投资过亿；固定桥墩式起重机工艺，其造价比固定旋转式起重机略低，其操作安全可靠性更高，
同样能多用途作业，近几年应用较多。重大件码头建设普遍具有工期长、投资大的特点。2、基于固定式门式起重机的新装卸工艺微型电磁泵
基于固定式门式起重机的重大件装卸工艺方案是在已有固定式桥墩式起重机装卸工艺方案的基础上改进的一种工艺方案。
普通固定桥墩式起重机工艺方案中支撑桥式起重机运行大梁的是两个巨大的钢筋混凝土墩柱，陆侧墩柱深入码头陆域，水侧墩柱深入航道水中，二墩柱之间架起桥式起重机运行大梁，下方布置重大装备
运输车道和驳船航道。固定式门式起重机工艺方案是在普通固定式桥墩式起重机方案基础上，将桥式起重机运行大梁和二支撑墩柱结合成一体，形成固定式门式起重机。门式起重机四个支腿代替二个钢筋混凝土墩柱，门式起重机陆侧两个支腿固接在陆域基础承台上，江侧两个支腿铰接于江侧水工承台上。基于固定式门式起重机装卸工艺平面图和断面图如图1、图2所示。现该工艺方案已应用于哈尔滨重大件码头，稳定运行一年以上。
图1 工艺平面图图2 工艺断面图
3、大起重量固定式门式起重机关键技术
普通门式起重机起重量有三个系列，分别是5t-50t、63t-125t、160t-250t。其中160t-250t 起重量少见，需要进行非标设计。应用于哈尔滨重大件码头的固定式门式起重机起升能力500t，跨距40.3米，以该设备为例介绍用于重大件码头装卸的固定式门式起重机关键部件与技术。沉没度
3.1 整机布置
固定式门式起重机采用门式结构，主梁横跨陆域和水域，四个支腿分别固定于江中和陆上。江中支腿与基础铰接，陆上支腿与基础螺栓固接，均不移动。起重机江面部分允许重件驳船通过，陆地部分允许重件拖车通过。500t新型固定式门式起重机采用自行式小车，运行机构采用1/2驱动形式。司机室悬挂于小车架下方，靠近陆侧端；起升机构布置在小车架上，通过小车架上固定的定滑轮和吊钩组上的动滑轮形成起升钢丝绳缠绕，完成重物带载起升。双钩同时起吊或单独动作，采用变频驱动，PLC控制，电气系统布置在小车架上的电气房内。固定式门式起重机双吊钩均布置有起升高度限制器、超负荷限制器。小车行程采用双重限位保护。图3所示为哈尔滨基于固定式门式起重机完成438吨重大件装卸现场。 图3 哈尔滨重大件码头装卸现场
3.2 金属结构
去毛刺毛刷主梁、门腿、端梁等主要构件均为箱型焊接结构。主梁与门腿采用法兰形式螺栓连接。门腿与水工基础采用地脚螺栓连接。陆侧门腿与陆地支撑承台固接，江侧门腿与水中支撑承台用销轴形式铰接。
3.3 小车总成
小车总成是门式起重机的主要功能部件，重物的起降、运行均通过小车实现。小车总成采用自行式，主要包括小车运行机构、小车架、起升机构等。由于本机起重量大，不同于大多数门式起重机，小车架通过平衡梁与台车组联接，共有16个车轮。采用普通大车轨道，型号QU100。小车总成包括2套小车运行机构，每套小车运行机构包括2套台车组，每套台车组包含4个车轮，包括2个主动轮和2个从动轮，车轮直径均为φ630mm。一侧轨道的2套台车组车轮有双轮缘，另一侧轨道的台车组两侧布置有水平导向轮，既能保证不脱轨又能防啃轨。手摇甘蔗榨汁机
起升机构、电气房均布置于小车架上，司机室悬挂在小车架结构下方。小车架整体采用箱型框架结构，支承在四个台车组上，小车架以平衡梁的方式与台车组连接，实现轮压均布。小车架纵梁下方对称布置2套起升定滑轮组，钢丝绳自起升机构卷筒绕经小车架上的定滑轮组和吊钩上的动滑轮组形成绕绳系统，完成对重物的起升和下降。
3.4 绕绳系统
起升机构安装于小车架上，反对称布置。两套独立的绕绳系统，钢丝绳自起升卷筒绕经小车架上的定滑轮和吊钩组的动滑轮，固定于定滑轮耳板上。固定端装有销轴式超负荷传感器。主钩选用专业工厂生产的锻造双钩，主钩带8个动滑轮。钢丝绳自起升卷筒绕经小车架上的定滑轮和吊钩组的动滑轮，固定于定滑轮耳板上。固定端装有销轴式超负荷传感器。3.5 门腿与地面联接
不同于一般门式起重机，新型固定式门式起重机没有大车移动的要求，故码头地面不需要铺设轨道，整机不需要配置大车台车组。整体结构直接座落在陆侧和江侧基础承台上。
关于门腿与基础承台的联接方式，经过计算分析，陆侧门腿与基础承台通过地脚螺栓型式联接，江侧承台与江侧铰座地脚螺栓型式联接，江侧门腿与江侧铰座销轴联接，相当于江侧门腿释放了转动自由度，去掉了弯矩对地基产生的上拔力，便于水中施工。
3.6 码头基础承台
码头基础承台陆侧和江侧各两个，江侧承台的建设要经过水下清淤、吹砂筑岛、水下灌
注钢筋笼焊接、岸壁打桩、水下沉箱；岸上部分承台制作、预埋件铺设等作业工序。
3.7 电控系统
固定式门式起重机电气系统布置在小车架上的电气房内，采用变频驱动，PLC控制。主控制器PLC选用西门子的S7-300控制器、变频器选用安川G7变频器、低压供电及保护元件选用施奈德的元件。具备过载检测及保护功能、欠压缺相错相检测及保护功能、手柄零位检测及保护功能、起升及小车的行程检测及保护功能等。
4、主要创新点
¾基于新型固定式门式起重机完成重大件装卸是一种新工艺，与原有码头重大件装卸工艺相比极大地减少了投资，缩短了工期，简单实用，性价比高。
¾门式起重机一般应用于码头后方堆场集装箱搬运，国内外未见采用固定式门式起重机完成重大件装卸的先例，本项目首次将固定式门式起重机布置在内河码头前沿并
应用于重大件装卸。
给料阀¾门式起重机主梁横跨陆域和水域，水域两个支腿以铰接型式固定在江中筑起的两个承台上，设计具有创造性；将大车运行系统平衡梁型式应用于小车运行系统，解决
了主梁轨道压力过大及小车啃轨问题。
5、效益比较
一般而言，重大件码头建设先是明确重大件陆←→水转运装卸工艺，然后根据工艺配套相应的起重运输设备，再根据起重运输设备传递到地面基础的载荷情况确定水工建设情况。同样的千吨级重大件码头，有的投资过亿，有的投资只需要几千万，这个差别主要是因为选择了不同的装卸工艺，以及由此配套了不同的起重设施和不同的水工建设内容。因此，工艺型式的选择是决定重大件码头投资规模的主要因素。
表1 基于500t新型固定式门式起重机的哈尔滨重大件码头与其它工艺型式重大件码头建设情况比较
工艺型式 起升能
力
工期 投资规模
乐山重大件码头 固定桥墩式工艺方案 550t 1995.11—2000.05 4680.66万
台州三门核电重件码头固定桥墩式工艺方案 450t 2007.04—2009.03 ----
武汉乙烯重件码头 桅杆式起重机工艺方案 800t 2008.11— 1.5亿
哈尔滨重大件码头 固定式门式起重机工艺方案500t 2009.03-2009.08 900万
表1是根据公开资料所得的几个重大件码头投资规模与建设工期，可以看出，采用固定式门式起重机工艺后，投资明显减少，工期明显缩短。
6、推广与应用前景
伴随着电机定子转子、汽轮机、核电设备等重大装备件日益向集成化、大型化发展，待运输的重大件规模越来越大；伴随着水运已被认为重大件长距离水运最适宜方式，带动了国内一批重大件码头兴起建设。固定式门式起重机装卸工艺为重大件装卸船提供了新工艺，为重大件码头建设提供了新思路。该工艺方案2009年应用于哈尔滨重大件码头，已完成多个批次的重大件陆-水中转，同时还发挥了多种用途。
参考文献
[1] 交通运输部水运科学研究院. 西部交通建设科技项目—重点物资水上跨境运输系统与相关技术研究，2011,3
[2] 黑龙江省航务勘察设计院. 黑龙江省重大件（件）水路运输（江海联运）建设项目可行性研究报告，2007.1
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