MDEL900型轮胎式提梁机科技项目申报附件.doc

附件：项目编号密 级科 技 项 目 申 请 书（代可行性研究报告）项目名称： 900吨轮胎式提梁机关键技术研究 申请单位： 中国葛洲坝集团机械船舶有限公司 起止时间： 2009年1月至2010年12月 联系电话：申请日期： 2010年1月 中国葛洲坝集团股份有限公司简 表项目名称900吨轮胎式提梁机关键技术研究申请单位中国葛洲坝集团机械船舶有限公司项 目负责人姓名李丽丽工作单位中国葛洲坝集团机械船舶有限公司性别女年龄47专业机械职称教高项目分类技术研究新技术开发引进消化成果转化技术改造施工装备科技推广产业变革项目组人 数10其中高级6中 级3研 究 生2初 级1协作单位研究起止年月2009年11月至2010年4月项目经费（万元）1541其中申请资助自筹501491项目内容、意义和预期成果项目内容:我公司于2009年12月与葛洲坝集团第五工程有限公司签订了汉孝城际铁路工程MDEL900型轮胎式提梁机设备采购合同，该提梁机用于200350km/h铁路客运专线20m、24m、32m预制双线整孔预应力箱形混凝土梁的提升、装卸施工，满足从预制模板生产台座中吊出,倒运在存梁台座上，和在箱梁运架施工开始时将预制混凝土箱梁从存梁台座上吊起，并行驶到场内运梁通道处停稳，等待运梁车纵向驶入提梁机后，将所吊的预制混凝土箱梁按要求装载到运梁车上。性能特点：MDEL900型轮胎式提梁机设备属机电液一体化技术领域，系“机-电-液”一体化的高科技产品。全车为全液压传动-液压驱动、液压转向、液压升降、液压起升；全车每一悬挂可以旋转100，即独立回转型，可实现直行、以任意角斜行、横行等3种转向模式； 全车由微电系统来控制、协调和实现各系统的功能。1）轮胎式提梁机适用于铁路客运专线预制场32m、24m、20m双向整孔箱梁的起吊、运输等工作。还可用于预制场箱梁钢筋骨架和整体内模的吊装、移位。2）与轮轨式提梁机比较，轮胎式提梁机具有施工速度快，机动灵活，可以在任意台座上取梁、落梁，不需要辅助机械和人工等优点，施工质量、安全有可靠保证。3）运行模式可实现直行、斜行、横行等模式。4）提梁机的起升系统可以实现四点起升、三点平衡，避免箱梁受扭，同时也保证钢丝绳和吊杆受力均衡。5）提梁机重载转向时由支撑油缸作用在地面使轮胎脱空，避免转向时剪切力对轮胎的磨损破坏。6）整机采用机、电、液控制技术，起升部分采用液压卷扬机，行走、起升动力均由发动机、液压泵提供，无需外接电源。意义及预期成果：汉孝城际铁路工程是我集团公司继汉宜铁路工程后的第一个城际铁路工程项目，MDEL900型轮胎式提梁机为该工程预制梁场配套设备之一，该设备是桥梁运架施工系列最主要的设备之一，也是目前国内载重量最大的箱梁吊装设备，其推广和使用能提高施工作业的自动化程度，减少辅助机械和人工，保证施工质量和安全。本项目是我公司承接的最大的施工设备项目，从科技含量、技术难度、市场开拓及公司占领行业制高点等各个方面，本立项的意义十分重大和深远。通过本项目的研究开发，总结出900t轮胎式提梁机设计和制造国内领先的技术成果，为公司的施工设备制造业保持国内领先地位提供强大技术支持。该设备由我公司进行研究开发，能提升葛洲坝集团公司的类似工程项目的整体施工能力，并减少施工设备采购成本；同时为我公司在水工金属结构、船舶、起重设备三大主业中的起重设备设计制造方面提升层次，多领域扩展市场，为我公司的后期发展打下基础。我公司预期取得如下成果：(1) 成功地设计、制造和安装一台MDEL900型轮胎式提梁机。(2) 申请并获得国家颁发的生产许可证。(3) 总结提炼一篇MDEL900型轮胎式提梁机设计和制造关键技术研究成果。(4) 总结提炼并发表二篇技术论文。(5) 争取获得省部级科技进步奖。一、立项依据1.1、 科技意义和立项背景随着京津、武广、石太、合宁、郑西等铁路客运专线的陆续开工，我国掀起了新一轮大规模的高速铁路建设高潮。铁道部中长期铁路网规划明确指出我国要在2020年之前完成“四纵”、“四横”以及三个城际快速客运通道的建设。我公司针对高速铁路施工大吨位混凝土箱梁在预制场内的起吊、搬运、装车施工要求，研制开发了MDEL900型轮胎式提梁机。该设备是我公司在固定卷扬式启闭机、移动式启闭机、门式起重机及港口起重机等的基础上设计开发的，它将轮胎式液压悬挂驱动走行技术和大吨位起升技术结合起来，研制应用于高速铁路大吨位箱梁的起吊、运输、装车等施工的轮胎式搬运设备。目前作为铁路客运专线预制场大吨位混凝土箱梁起吊设备有两种：一种是比较传统的施工设备轮轨门式起重机，其施工必须铺设走行轨道，只能沿轨道方向走行完成其跨内的梁体吊装，采用这种设备对预制布置要求较高，轨道基础处理需要大量费用，同时施工效率低，还需要配套移梁小车等其它设备才能满足预制场施工要求； 另外一种就是轮胎式提梁机，由于采用轮胎式走行机构，不需要铺设走行轨道，设备能够纵向、横向以及斜向走行，满足到预制场任何一个台座上提梁、落梁和向运梁车装梁等工作要求，设备机动灵活，施工效率高，不需要辅助设备就能满足预制场施工要求。1.2、 推广应用及市场前景随着国内铁路客运专线的陆续开工，我国已经掀起了新一轮大规模的高速铁路建设高潮，且目前国内的高速公路、水利、船舶工业等领域都处于一个高速发展期，对相应的施工装备轮胎式提梁机也提出了大量的需求，我公司先行研制用于高速铁路预制梁场的轮胎式提梁机，后续将研制应用于高速公路、水利、港口、码头、钢厂、船厂、航空航天、火箭、导弹等领域的轮胎式提梁机。因此该类产品仅在国内就有较大的市场需求，具有较好的发展前景。国外高速铁路市场上，我国的高速铁路已达到世界先进水平，俄罗斯、印度等国已纷纷提出全套引进中国高速铁路技术，高速铁路不仅有了中国标准，而且还将走向世界。中国企业在沙特麦加轻轨、尼日利亚阿布贾城铁、利比亚西线铁路、阿尔及利亚铁路新线、以色列特拉维夫红线轻轨、土耳其高速铁路、利比亚沿海铁路、沙特南北铁路等中标和实施多个项目，我集团公司将来涉及国外高速铁路，运架设备在海外市场将会有更大的需求，具有更好的发展前景。1.3、 国内外相关概况、水平和发展趋势本项目所研制开发的提梁机在其所属核心技术领域打破了西方发达国家产品多年的垄断，产品达到国际先进的技术水平，可成功地替代了进口产品，且从设备性能、可靠性、外观质量上都优于国外设备，从下列与国外同类产品主要参数的对比表中，可以客观评估我公司轮胎式提梁机的技术水平。国外同类产品主要参数对比表序号技术要素MDEL900万桥(爱登)迪尔一整 机 参 数1最大起重量900吨900吨900吨2跨度40.5米40米40米3纵向净间距36米35.8米35.8米4爬坡能力1.5%1.5%1.5%5吊具下高度9米9米10米6吊钩高度行程7米7米7米7主梁下高度9.5米9米10米8工作环境温度-10C+50C-10C+50C-10C+50C9最大长度约45.25米约44.2米约44.2米10最大宽度约28米13.5米13.5米11最大高度约18米约13.25米约13.25米12总重约540吨365吨410吨二吊 梁 小 车1小车数量2个2个2个2900吨箱梁吊点30.16米30.13.68米30.13.68米3纵向吊点空间满足20米24米32箱梁要求依据20米24米32箱梁依据20米24米32箱梁4满载纵向走行距离30厘米25厘米50厘米5运行方式油缸推动油缸推动油缸推动6满载走行速度00.5米/分00.5米/分00.5米/分7空载提升速度01.5米/分01.5米/分01.0米/分8满载提升速度00.5米/分00.5米/分00.5米/分9绞车数量4个4个4个10单绳拉力13吨10吨15吨11钢丝绳直径28毫米24毫米36毫米12钢丝绳规格1960 N/mm22100 N/mm2 2100 N/mm213卷筒变速箱摆线式摆线式摆线式14液压马达RexrothRexrothRexroth15制动器液压制动和钳盘式双制动16钢丝绳串绕方式满足三点起吊规则三整 机 走 行1满载走行速度017米/分016米/分016米/分2空载走行速度035米/分027米/分032米/分3走行型式轮胎式轮胎式轮胎式4适应路面混凝土路面或级配碎石路面5轮胎规格26.5R2526.00R2518x25 E346轮胎数量48个48个64个7悬挂数量2424328轴载质量54,792 kg52,708 kg40,938 kg9轮胎品牌三角固特异或米其林贵州黔轮胎10轮胎充气压力8巴8巴8.5巴11驱动轮数16个轮子16个轮子16个轮子12驱动型式16个液压马达16个液压马达16个液压马达13传动方式内藏摆线减速器链齿装置内藏摆线减速器14支撑油缸规格/数量200吨/8根400吨/2根200吨/8根四转 向 系 统1转向方式独立转向独立转向独立转向2所在部位所有轮组所有轮组所有轮组3纵向运行转向5度15度15度4原地转向90度90度90度五动 力 机 组1发动机型号DeutzBF6M1015Deutz 2200转Deutz2200转2发动机功率2273千瓦380千瓦2200千瓦3运行液压泵2个90L250KN2个A125 Rexroth2个A125 Rexroth1个A10 Rexroth4服务液压泵2个190 Rexroth1个A10 Rexroth5燃料柴油柴油柴油6燃油箱容积500升500升900升7液压油箱容积1000升1000升700升结论： 从设计角度看主要技术参数对照国外产品，大体上是类同的。 主要配套件方面，我公司基本观点，配套件应放眼于国际大市场。所以主要配套件如：发动机、主泵、马达、轮边减速箱、重要阀件、重要密封件、大通径高压胶菅、大型工业轮胎和微电主板等，都采用国际著名产品。如此，不仅保证整车技术性能，而且经久耐用。对照国外产品的主要配套件，情况也类似。设备载重性、车速、制动性、爬坡能力、转向功能、维修性及驾驶室视野、舒适性等各方面均符合技术要求。从动力配置来看，发动机和液压泵富余较大，主要考虑到首台设备研制发动机选型富余一些。设备自重较大，说明结构设计、材质选择还有改进的余地，这问题将在下一轮设计时加以改进。1.4、 其它情况（注： 逐条写清楚，细目不限， 页数不限。）二、攻关目标2.1 研究、实施内容鉴于本项目的多学科交叉特点，在技术开发和产品制造过程中，需要利用结构、机械、液压、电气控制等多学科的专业知识创新性综合运用。首先围绕工程项目的使用情况和工位要求，通过模块化设计和确定总体技术方案，确定动力、液压、行走装置、工作装置和电控等分系统方案和主参数，完成产品总体设计。第二步是各分系统在协同环境下进行产品技术设计，设计时广泛采用数字化设计和虚拟样机技术，考虑与其它子系统的接口。第三步是汇总各子系统的设计结果，进行整机数字化设计，进行强度、刚度计算，作业情况仿真等工作。第四步是动力、液压、控制操纵系统的仿真和半物理仿真，完成控制系统软件开发。最后是按模块进行制造、装配、调试，完成产品制造。2.2 重点要解决的技术和其他各方面问题依托我公司承接汉孝城际铁路工程MDEL900型轮胎式提梁机设备采购合同，该设备在技术开发、推广及产业化过程中，需研究和攻克以下关键技术：1）整机技术的可靠性轮胎式提梁机从结构及功能上来讲实际上就是可移动的门式起重机，是在轮轨式门式起重机的基础上将钢轮更换为轮胎而组成的移动吊装、提梁机械。 轮胎式提梁机主要由两大部分组成：下部的轮胎走行机构和上部的门架起升机构。轮胎走行机构系高技术含量的“机电液”一体化产品，采用液压驱动、行走桥液压悬挂、液压升降、机-电液控制转向系统，协调多轴线动作，实现直行、八字转向、以某一角斜行、横行和中心回转等功能，其悬挂系统、转向系统、动力系统、液压系统、控制系统的结构和原理及多系统运行可靠性是研究的重点。门架和起升机构在起重机上是非常成熟的技术，采用液压卷扬机和动、定滑轮组系统在我公司的成熟产品固定卷扬式启闭机、移动式启闭机、门式起重机及港口起重机等上已非常普遍。 2) 重型装备车架、门架类钢结构设计根据设计与使用要求，制定了如下钢结构设计原则：采用容许应力法，在刚度、整体及局部稳定性满足的前体下，进行满应力设计，经过结构优化，使得承重钢结构自重最轻。采用的钢结构设计手段为：用二维及三维计算机辅助设计软件进行钢结构设计，计算以手算为主，有限元软件分析为辅，二者相互校核。通过分析有限元软件结果，对钢结构局部进行调整或补强。3）起升系统三点受力问题混凝土箱梁在吊装、运输工程中保持三点受力是保证梁体和起升系统受力均衡、防止箱梁受扭的基本措施要求。因此在轮胎式提梁机的起升系统上通过不同的缠绕方式实现了四点起升、三点平衡的功能。 4）轮胎分组三点平衡问题提梁机的轮胎走行台车通过液压管路实现分组，形成三点平衡的功能。 5) 多轴驱动液压行走系统和重型卷扬液压系统通过设计单变量泵、多变量马达和双变量泵多变量马达液压驱动系统，实现多轴驱动车辆的牵引力的合理调节，解决多轴驱动车辆的打滑和寄生功率等问题，提高装备行走系统对施工路面的适应性。通过对比例阀的调节，补油背压、制动压力和平衡阀调定压力等参数的优化设置，有效地解决重型装备中存在的超速下降、抖动和刹车滞后等问题。针对行走悬挂模块的安全要求，研究一种能在管路破裂情况下保持悬挂位置的破裂安全阀，该处的主要技术创新点是巧妙利用了活门的自封性能，防止油管爆裂引起悬挂位置失控。6）提梁机同步问题 提梁机左右两套动力系统分别控制左右台车和起升系统，为保证安全和协调性，需要采用以下措施确保同步。两台发动机均采用电控油门并安装速度传感器，由控制系统保证两台发动机的同步。液压驱动系统采用电子控制变量泵和变量马达，变量马达上安装速度传感器使微电控制系统形成闭式回路，适时调整马达开口保证其转速一致，从而确保大车走行速度和起升速度一致。7）重载转向问题提梁机重载转向时为了避免剪切力对轮胎的磨损破坏，需要减小轮胎的接地比压。在每个台车下布置四个180t支撑油缸，当轮胎式提梁机重载进行行走模式转换时，由支撑油缸作用在地面上使轮胎脱空地面，然后台车进行转向。 8) 模块化设计与制造在大型施工设备上采用模块化设计与制造技术，实现大型复杂装备的快速集成与设计制造。设计集悬挂、升降、独立转向与一体的主动行走模块和从动行走模块，这两类行走模块、发动机模块、工作装置模块（如卷扬、变幅等）和车架模块拼装就可构成运梁车、提梁机和架桥机等，简化了设计，提高了制造速度和设备变更功能的重构速度。在实施时具体解决了模块的等级配置和接口设计（机械连接接口、车电接口、总线接口、液压总线接口等）问题。2.3 预计达到的技术经济指标轮胎式提梁机是我公司在固定卷扬式启闭机、移动式启闭机、门式起重机及港口起重机等的基础上研究开发的，它将轮胎式液压悬挂驱动走行技术和大吨位起升技术结合起来，研制应用于高速铁路大吨位箱梁的起吊、运输、装车工作，大大提高用户的作业效率和设备的使用率，经济效益和社会价值显著。轮胎式提梁机解决集团公司铁路客运专线、高速公路等重大工程施工中重型构件的搬运所急需的重大技术装备问题，为我公司起重运输机械产品又增加了新的品种，有力地推动了大型施工装备设计与制造技术领域的技术进步。轮胎式提梁机的预计达到的技术经济指标：最大起重量：900吨，跨度：40.5米，纵向净间距：36米，爬坡能力：1.5%， 起升高度：12.5米，最大长度：45.2米，最大宽度：28米，最大高度：18.2米，重约540吨。主要特点表现在以下几个方面：1）整机采用机、电、液控制技术，起升部分采用液压卷扬机，行走、起升动力均由发动机、液压泵提供，无需外接电源；2）各动力执行元件由传感器和比例阀形成的闭式液压系统，通过微电控制系统解决两套不同动力系统同步问题，确保整机走行和升降同步；3）独立悬挂使设备适应凸凹不平路面，确保车体平稳和受力均衡；4）转向采用独立回转方案，可以实现直行、斜行、横行等模式；5）微电控制系统解决走行时“差力差速”和“打滑”问题；6）起升系统可以实现四点起升、三点平衡，避免箱梁受扭，同时也保证钢丝绳和吊杆受力均衡；7）提梁机重载转向时由支撑油缸作用在地面使轮胎脱空，避免转向时剪切力对轮胎的磨损破坏；8）成功解决多个大吨位液压卷扬机双制动的顺序控制问题，液压卷扬重载起升时的溜钩及空钩自由下落问题；9）悬挂油缸采用公司专利双管路安全阀，增加车辆运行的安全性；10）单车及整车悬挂系统四点及三点转换功能，可确保整机运行的三点支撑及载荷的均匀分配，增加整车的平稳性及安全性。 三、拟采取的方法、措施和技术路线工作设想、工作计划和总体进度安排工作设想：鉴于本项目的多学科交叉特点，在技术开发和产品制造过程中，需要利用结构、机械、液压、电气控制等多学科的专业知识创新性综合运用。首先围绕工程项目的使用情况和工位要求，通过模块化设计和确定总体技术方案，确定动力、液压、行走装置、工作装置和电控等分系统方案和主参数，完成产品总体设计。第二步是各分系统在协同环境下进行产品技术设计，设计时广泛采用数字化设计和虚拟样机技术，考虑与其它子系统的接口。第三步是汇总各子系统的设计结果，进行整机数字化设计，进行强度、刚度计算，作业情况仿真等工作。第四步是动力、液压、控制操纵系统的仿真和半物理仿真，完成控制系统软件开发。最后是按模块进行制造、装配、调试，完成产品制造。工作计划和总体进度安排：2009年1月10日2009年3月30日 成立研发小组，技术调研、收集资料，确定总体布置技术方案。2009年3月30日2009年6月30日 总体布置方案比选，确定总体布置技术方案。2009年6月30日2009年10月30日 收集资料，掌握国内外相关设计资料和应用技术。2009年10月30日2009年12月20日 完成全套制造详图。 2009年12月20日2010年2月20日 制作模型，模型试验，检验设计成果。 2010年2月20日2010年3月20日 样机组装、调试。2010年3月20日2010年7月20日 技术总结、评审鉴定技术准备。2010年7月20日2010年12月20日 专家评审、鉴定。（注： 逐条写清楚，细目不限， 页数不限。）四、危险源辨识、风险评价及拟采取的措施表1 重大/一般危险源及控制措施清单序号作业/活动/设施/场地危险源重大一般可能导致的事故控制措施备注1设计与调研电脑前长期工作视觉疲劳与损伤acd2乘车出行调研交通意外伤害c3调研现场检查碰撞人身伤害abc4调研现场高处检查坠落abc5样机材料与零部件的采购材料运输绑扎不牢材料损坏b6材料进场吊运时坠落人身伤害ad7进场材料堆放紊乱材料损坏cd8起重设备事故起重伤害abcd9样机结构件、加工件制作与加工氧气、乙炔安全距不够爆炸火灾、人员受伤acde10在明火地方焊、割火灾cde11材料摆放不稳砸伤cde12电焊作业人员未按规定劳保着装弧光灼伤、焊渣烫伤abcde13焊接设备绝缘不良发生漏电触电伤人abcde14高空作业防护设施不到位失稳坠落abcde15机加工中铁屑飞溅飞溅伤人abcde16零件加工时装夹不牢砸伤abcde17零件加工时铁屑飞溅飞溅伤人abcde18零件打磨时砂轮片裂纹、磨损严重砂轮破裂伤人abcde19起重设备事故起重伤害abcde20样机安装调试试验吊装时钢丝绳拉断、吊钩断裂、刹车失灵、限位装置失灵人员伤亡、设备损坏abde21吊装时指挥、操作失误人员伤亡、设备损坏bcd22吊装时违章作业人员伤亡、设备损坏abcd23起重吊装方案不符合要求人身伤害a24零件安装不牢掉落或飞出 伤人bd25调试供电线路裸露触电伤人cd26调试试验时检查人身伤害cd27作业平台不符合要求高处坠落bd控制措施包括：a制定目标、指标和管理方案 b执行运行控制程序 c教育与培训 d监督检查 e制定应急预案五、环境因素识别、风险评价及拟采取的措施序 号环境因素作业/活动/设施/场所环境影响时态控制措施备注1焊渣车间结构件焊接固废污染 将来/正常通过回收，集中运至指定废料场2废屑车间加工固废污染将来/正常通过回收，集中卖给废品回收站3扬尘喷砂防腐间除锈空气污染将来/正常在采取密闭喷砂除锈，粉尘空气集中过滤、回收粉尘集中运至指定点填埋，空气达标后排放。4防腐油漆和涂料的挥发喷砂防腐间涂漆空气污染将来/正常在采取密闭喷涂漆，空气集中过滤吸附、空气达标后排放。5机油黄油泄露安装调试土壤污染 水体污染将来/正常设专人管理，安装和维修时地面上铺设保护设施，如发生泄漏立即用棉花进行吸收。6用电、水、油浪费施工区能源污染将来/正常按规定使用，按时计算、节约奖励六、承担本项目的基本条件6.1、过去的研究、工作基础我公司是专业生产各类水工设备、起重机、船舶等的企业，有十几年专业生产的历史：制造安装了700多台水电站启闭设备及港口起重设备，积累了丰富的设计、制造经验，同时拥有同行业内先进的生产设备和检测设备。公司下属起重设备研究所，已设计过80KN-8000KN各种规格参数的固定卷扬式启闭机、75KN-3200KN各种规格参数的移动式启闭机、100KN-4000KN各种规格参数的单双向门机、桥机、港口起重机、浮式起重机、C型龙门吊、升船机等有关设计经验，并成功开展了“大荷载高扬程启闭机设计和制造技术研究”，有一定的研究基础、经验、人员和设备。近几年来，我公司先后承接设计、制造、安装了渔跳电站5000kN-50m、洞坪电站6500kN-50m、溪洛渡电站24000kN-50m、滩坑电站8000kN-100m大荷载高扬程启闭机，是目前国际国内已投入运行的最大的启闭机，目前正在制作的9000kN-118m启闭机的研制成功后将刷新该纪录。6.2、现有的主要仪器设备现有的主要设备有：数控切割机 5m20m，6m20m等 3台埋弧自动弧焊机 MZ-1000 3台CO2气体保护焊机 NBC-500 10台数控落地镗铣床 MDR 130/150-CM 1台专用平面镗铣床 2台摇臂钻床 Z3080，Z30100等 3台卧式车床 C630-C620，CW61100，C61125等 10台万能升降台铣床 X63W等 5台大型数控卷板机 WNC250*3000 1台数控落地车床 4m6m 5m6m 2台数控重型卧车 6.3m20m 1台 数控立车 3200 1台 桥机 32t/5t， 75t/10t 等 4台龙门吊 75t/10t， 150t+275t/20t 3台6.3、研究技术人员及协作条件教授级高工2人，高级工程师4人，工程师3人，助理工程师1人，其中研究生2人。6.4、各种渠道经费情况及金额等1、争取集团公司支持 2、项目自筹部分资金6.5、其它条件说明七、计划进度7.1、阶段计划目标2009年1月10日2009年3月30日 成立研发小组，技术调研、收集资料，确定总体布置技术方案。2009年3月30日2009年6月30日 总体布置方案比选，确定总体布置技术方案。2009年6月30日2009年10月30日 收集资