大件设备倾斜式运输装载方案的分析和应用_许铁军.pdf

49大件设备倾斜式运输装载方案的分析和应用许铁军东方电气集团东方电机有限公司，四川 德阳 618000摘要：近年来超宽大件采用倾斜装载方式进行运输的出现和应用，解决了非常多项目中大型关键设备的运输难题，对于工程项目的建设规划有着重要的积极意义。但从实际情况来看较多都是凭经验或简单估算进行设计，虽基本满足了使用需求，但也出现了一些问题，本文从理论角度对该类装载方式进行了归纳，同时对于方案应用时需要注意的问题也进行了分析，对后续需要采用倾斜装载方案的设备运输提供思路。关键词：大件运输；倾斜装载；安全稳定性；关键环节中图分类号：U492.3文献标识码：A文章编码：1001-9006（2022）04-0049-05Analysis and Application of Inclined Transportation Loading Scheme for LargeEquipmentXU Tiejun(Dongfang Electric Machinery Co.,Ltd.,618000,Deyang,Sichuan,China)Abstract:In recent years,the emergence and application of inclined loading method for transportation of ultra wide andlarge parts has solved the transportation problems of large-scale key equipment in many projects,which is of greatpositive significance for the construction planning of engineering projects.However,from the actual situation,most ofthem are designed based on experience or simple estimation.Although they basically meet the use needs,there are alsosome problems.This paper summarizes this kind of loading mode from a theoretical point of view,analyzes the problemsneeding attention in the application of the scheme,and provides ideas for the equipment transportation that needs toadopt the inclined loading scheme in the future.Key words:large cargo transportation;inclined loading;safety and stability;key links1收稿日期：2022-01-18作者简介：许铁军（1985），男，2008 年毕业于哈尔滨工业大学交通运输专业，学士，工程师。现在东方电气集团东方电机有限公司成品发运部工作，主要从事包装运输技术工作。近年来，随着国内油气、化工、冶金、电力等行业大型项目的不断建设，项目建设涉及到的设备越来越多，且越来越大，设备运输也越来越难，以水电工程项目为例，一方面，水电工程项目地理位置基本位于较为偏远的山区地区，交通运输条件复杂多变；另一方面，随着电站容量和规模不断扩大以及新型设备的不断更新换代，设备部件的尺寸重量也越来越大，受道路运输条件影响，部分大型设备无法运抵项目现场，需要将设备进行解体运输，或者在设计制造时进行分瓣分节等，运抵项目现场后再进行组装和加工，进而在项目策划时就需要考虑修建组装加工厂房、添置配套设备、配置人员、增加工期等一系列方案，势必将改变项目规划和投资成本，因此，部分关键大型设备的运输可行性对于项目规划有着重要的影响，部分关键设备整体和分体结构可能还会影响设备的运行性能。还有另一部分老旧电站设备进行改造更新，由于修建年代较早，道路运输条件相对较差，或者受厂区设计规划影响，有无法拆除或较难拆除改造的障碍，对通行货物和车辆有尺寸限制，因此就对项目规划和设备设计制造增加了限制条件。而近几年超宽大件采用倾斜装载方式进行运DOI:10.13661/ki.issn1001-9006.2022.04.00850输的出现和应用，解决了非常多项目中大型关键设备的运输难题，对于工程项目的建设规划有着重要的积极意义。这种倾斜式运输装载方式改变了货物运输宽度和高度，从而在不改变障碍物或减小改造难度的情况下使货物能够顺利通过障碍，这样即可使部分关键设备采用整体结构进行设计制造和运输安装，不仅减少了整个工程项目在厂房建设、道路改建等方面的投资，而且整体结构制造的部件使设备性能更有保证。图 1国内某电站水轮机转轮上冠下环运输这类装载方式基本都需要制作货物装载工装，从目前国内几个大型水电站设备运输的实例来看，采用该方案较多都是凭经验或简单估算进行设计，在实际应用时虽基本满足了使用需求，但也出现了一些问题，本文从理论角度对该类装载方式进行了归类，同时对于采用倾斜式装载方案时需要注意的问题也进行了归纳和分析。1倾斜装载方案分类倾斜式装运方式总体上可分为两类，一类是货物倾斜角度固定不变，即货物装车后，至运输至目的地全过程倾斜角度将保持不变，这种方案主要适用于自身高度以及重心高度均较小的扁平形状设备，且在倾斜角度一定的情况下能够顺利通过运输路线上所有障碍。这类情况在货物装载方案设计、工装支架设计和制作难度均相对较小，更加容易操作实施。另一类是货物可进行旋转，运输过程倾斜角度可变，运输通行较为灵活，适用于运输路线中障碍物较多且复杂，固定倾斜角度无法通过所有障碍，而需要根据障碍实际情况而调节倾斜角度才能通过的情况。这种方案在货物装载方案设计、工装支架设计和制作，以及货物和车辆的受力情况都要更加复杂，需要考虑的因素非常多，操作实施也相对更难。2倾斜装载方式分析（固定角度）2.1 稳定性分析例：例：有一圆形对称结构（D6 000200 mm）的货物，重心位于其几何中心，重心高度为 100 mm，采用倾斜装载方式，倾斜角度为 30，倾覆点据重心所在平面垂直距离为 1 790 mm，如图 2（左）所示。若重量不变，仅将该货物重心高度增加 x，如图 2（右）所示。图 2倾斜装载方式（固定角度）货物重心增加后，受到横向惯性力 N（货物重量和结构相同，仅重心高度不同，采用同一车型以相同速度经过相同路线，受到惯性力也相同）产生的倾覆力矩 T 将变为：T=OANsin（30+）=OAN（sin30cos+cos30sin）（1）其中，sin=，cos=；代入式（1），得：T=N(1.15x+981)由结果可见，货物随着自身重心高度的增加，在受到的相同横向惯性力时，倾覆力矩呈线性增大趋势，即重心越高，倾覆力矩越大，运输过程中货物的倾覆风险就越大。其次，重心越高的货物装车后重心离地面高度也会越高，致使车辆和货物的合成重心就越高，车辆的倾覆风险也会越大（假设不考虑绑扎加固强度，货物与支架以及支架与车板间完全固定为一个整体），不利于运输安全。第三，自身高度越高的货物，倾斜后宽度减小的收益越小，从本例可以看出，货物在高度增加后，倾斜 30时宽度甚至不减反增，同时装车高度大幅增加，完全失去了倾斜装载意义，因此该类方案仅适用于自身重心高度较小的扁平形状设备（如图 3所示）。100+x1790+x tan30OAOA51图 3国内某电站水轮机顶盖底环装运2.2 固定角度倾斜装载方案应用需要注意的问题这类装载方式在方案设计以及运输实施等方面难度均相对较小，更加容易操作实施，在做装运方案和支架设计方案时应重点从以下几个方面进行考虑：（1）在能够通过障碍的前提下应尽可能减小货物倾斜角度，从而减小侧倾风险，提高车辆行驶安全性和稳定性。（2）支架重量较轻时，货物重心在车板上的投影应与车板纵向中心线重合；支架重量较重时，还需要考虑支架自身重量，确保支架与货物的合成重心在车板上的投影与车板纵向中心线重合。（3）根据货物自身特点（结构、外形尺寸、重量、重心高度等），结合运输路线中最大横坡和车辆惯性力综合考虑，评估货物和车辆在行驶过程中的倾覆风险。（4）除了货物与支架间，支架与车板间需要连接加固以外，更重要的还必须对货物与车板间进行连接加固（即加固索具一端连接货物，另一端连接至载货车板），并且加固措施所提供的合力矩都必须大于货物的倾覆力矩。3倾斜装载方式分析（可变角度）固定式倾斜装载方式主要适用于扁平类设备部件，但在实际应用时，由于货物参数和结构各不相同，更多数情况下需要采用可变角度的倾斜装载方式，这种装载方式一般又可分为以下三种结构：3.1 结构一转轴中心与货物重心重合，且支架和货物的连接点与货物重心在同一水平面（见图 4）。这种结构，理论上只要对钢丝绳施加拉力货物都会轻易的转动（实际情况还需要克服转轴的摩擦力以及手拉葫芦的操作力，这两个力一般都比较小），且拉力几乎不受旋转角度的影响。图 4 转轴中心与货物重心重合(连接点与货物重心在同一水平面)3.2 结构二转轴中心与货物重心虽重合，但支架和货物的连接位置与货物重心不在同一水平面，如图 5 所示，支架转轴中心虽与货物重心重合，但支架与货物的连接位置与货物重心不在同一水平面（货物处于水平状态时），货物是通过三角形架悬吊于旋转支架上，货物转动时将带动三角形架围绕转轴中心旋转，类似吊篮结构。图 5 转轴中心与货物重心重合(连接点与货物重心不在同一水平面)3.3 结构三转轴中心与货物重心不重合（见图 6），重心距离转轴中心所在的平面垂直距离为 d。图 6 转轴中心与货物重心不重合从图 5、图 6 可以看出，结构二和结构三类似，在左侧钢丝绳拉动货物旋转时，货物都会由于自身重力和力臂 d 而产生旋转抵抗力矩，并且该抵抗力矩会随旋转角度增大而增大（详见 3.4），从而增加钢丝绳负荷和操作难度。52这两种结构也从实际操作得到了验证，两件完全相同的货物（结构与本文例中货物结构类似），采用了不同结构的旋转支架，图 7 采用结构一，转轴中心与货物重心所在平面几乎重合，因此在实际操作时，3 t 手拉葫芦只需施加较小的力就能使货物转动，并且在转动过程中钢丝绳拉力值一直处于较小的水平。图 8 采用结构二，转轴中心虽与货物重心所在平面重合，但支架和货物的连接位置与货物重心不在同一水平面，形成了吊篮结构，在实际操作时，手拉葫芦要施加较大的力才能使货物转动，必须选用 10 t 以上的手拉葫芦，并且随着旋转角度的增大，钢丝绳的拉力也越来越大，到一定程度时，手拉葫芦已经无法操作，同时钢丝绳受到的拉力非常大，不利于运输过程的安全性。图 7（3.1 结构一）图 8(3.2 结构二)可变倾斜角度的装载方式中结构一相对比较简单，就不再赘述，在实际应用时，常常会遇到由于货物自身结构原因，而难以做到使转轴中心与重心重合，必须采用结构二或结构三的情况，本文就重点就最为复杂的结构二的情况进行举例分析。3.4 稳定性分析例：已知有一件圆台型货物，最大外径 D=8.05m，货物重量 G=100 t，需要采用可旋转的装载方式使货物倾斜才能通过障碍，旋转角度为 x，支架转轴中心距钢丝绳在货物和车板上的挂点距离分别为 a=4.2 m，b=3.3 m，转轴中心相对于货物重心偏移量 d=0.85 m，车板宽度 W=3 m，其余已知条件如图所示。图 9倾斜式装载方式（可变角度）（1）钢丝绳拉力与货物旋转角度间的关系假设支架转轴中心高度确定，则钢丝绳拉力 F与货物旋转角度 x 之间的关系分析由力矩平衡方程G sin xd=F sin a，可得：F=（2）由已知条件可计算得：钢丝绳长度：代入式（2），得：（3）假如支架转轴重心高度 h 确定，即 b 确定（本例中 b=3.3