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国外履带起重机的特点及国内市场现状

2006/8/29/10:36 来源:《建筑机械》

    履带起重机以其起重量大、作业空间大、带载行走、接地比压小等独特的优势逐渐从众多起重机中脱颖而出,成为工程建设中的佼佼者。随着应用广度和深度的不断加大,履带起重机在结构、传动、控制等方面却发生着变化,从而巩固和提高了履带起重机的整体水平,使产品不断完善。

    1国内履带起重机市场现状

    目前,国内市场的需求强劲,各行业的大型施工企业纷纷进口大型履带起重机,抢占市场制高点。2002年中石化公司进口德马格1250t履带起重机,2006年上半年中石油公司又引进了利勃海尔1250t履带起重机。国内大型履带起重机的进口已超过100台,2003年和2004年进口的245台和357台产品中,800t以上的大型产品近5台,750t近10台,600t10余台,400~500t30余台。到2006年上半年底,国内已引进M21000型907t、CC5800型800/1000吨级产品。

    随着大型履带起重机市场需求量的不断增长,对履带起重机的性能、质量、可靠性要求也越来越高。欧、美、日相继推出新系列产品,如利勃海尔公司新推出的LR11250型1250t产品,马尼托瓦克公司的16000型400t、18000型600/750t和21000型907t产品,特雷克斯集团旗下的特雷克斯-德马格公司新推出的CC8800型1250t、CC2800-1增强型600t、CC2500-1型500t、CC5800型800/1000t产品,神钢公司新推出的CKE系列(目前最大吨位的是CKE4000型400t)产品。

    2国外大型履带起重机新技术

    2.1结构方面

    (1)臂节连接。

    目前臂节的连接型式普遍采用4个销轴同向连接,安装时4个销轴同时对位,然后插销。这种方式安装较困难。国外产品对此进行了细节改进,组装时先对位、安装臂节上平面的2个销轴,然后再对位安装下平面销轴,减少安装难度。图1a是利勃海尔公司臂节安装示意。更为方便的是马尼托瓦克产品,如图1b所示,臂节上平面力的传递方式不再是销轴型式,而是由定位销和挤压面共同完成。定位销尺寸小,只起到定位作用,力的传递完全通过挤压面实现,安装更简便。这种新型式已在18000型和21000型产品上成功应用。

履带起重机

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履带起重机

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    为降低臂节连接销轴直径,可借鉴履带板的多个支承面的连接原理,将销轴剪切面数由原来的2个增加为3个,如图2所示,这样销轴直径可减小20%,安装也更为方便。这种新方式多应用于大型产品中,如特雷克斯-德马格的CC2800-1型产品。

    (2)变幅系统结构。

    20世纪90年代前普遍采用柔性索具作为变幅系统的承载构件。索具制作方式是将钢丝绳两端采用压制或浇注方式做成单双耳接头,长度与臂节匹配,如图3a所示。由于索具安全系数高,自重大,刚度小,弹性变形量大,易引起悬垂现象,进一步增大变幅载荷和臂架载荷。为此出现了新的结构型式——高强度拉板,如图3b所示。这种高强度拉板承载能力大,屈服极限超过1000MPa,而且一次成型,不需焊接。由于弹性变形小,不存在悬垂现象。采用数控加工,制作精度高,可省去平衡拉板间载荷的平衡梁。国外小吨位产品已普遍使用。但考虑销轴连接处强度问题,拉板两端宽度较大,可达到中间部位的2倍以上,因此下料时材料利用率低。另外截面是矩形,侧向抗弯抗风振能力差。为节省材料、增强侧向承载能力,特雷克斯-德马格公司推出了钢管型式,如图3c所示。该型式可以与臂架管材通用,此外钢管各向几何特性相同,抗弯抗扭能力强。但是管与管之间通过臂节接头方式连接,需要焊接,焊缝受拉力作用,对焊接要求较高。目前特雷克斯-德马格公司的CC2800-1产品即应用此种型式。

履带起重机

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    (3)主机结构。

    为降低成本,减少结构件质量,高强度材料已作为主机结构的首选材料,屈服强度达到500MPa以上。其结构尺寸明显减小。以LR1750型750t产品为例,转台、车架、履带架结构除特殊用板(履带与车架连接处)外,主要承载板厚度均在35mm以内(而以往结构需要40mm以上,常用的是50~70mm的板)。并采用宽肢薄壁结构,极大地提高了结构整体稳定性和承载能力。主机结构的自重占整机(大基本主臂)自重的比例也由通常的60%降到40%,剩余自重完全由配重和车身压重分摊。可见其设计上的精益求精,甚至细致到小小的履带板也要采用变截面型式。而履带板的总重通常占履带架总成的40%,采用变截面型式可使履带板总重降低10%。

履带起重机

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    转台结构型式主要有2大派系,一派是以欧美为代表的封闭式转台结构,如图4a所示,另一派是以日本为代表的小箱型转台结构,如图4b所示。封闭式结构由2个高度较大的工字型或箱型截面组成,刚性好,在大型产品中得到广泛应用。小箱型结构在小箱型截面上配置支座连接机构,两侧设置机棚放置发动机、油箱、回转机构等部件。为维修方便,日本新推出半开放式转台结构,一侧放置部件,另一侧设置走台板,完全开放,维修者很容易接近机构、动力部件,更换易损件或查看运转状况。

履带起重机

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履带起重机

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    考虑到运输方便性,对于大吨位起重机需转台拆解运输。转台组合方式有2大类,一是转台、回转支承与车架一部分连成为一体,转台其他部分可独立运输,或再拆解运输,如马尼托瓦克公司的M21000型产品,如图5所示。另一类是将上下车分开运输,分开部分与回转支承采用快速连接方式,如特雷克斯-德马格公司的CC5800型产品的快速销轴连接方式,如图6所示。下车结构的改进更为明显。考虑增大行走牵引能力和提高工作速度,行走机构可选用四驱型式。履带架的结构随之改进,其张紧通过张紧梁套接于履带架结构中实现,如图7a所示。为降低驱动转矩,驱动轮采用链轮型式,以减小直径,特雷克斯-德马格公司的CC2500型产品即采用了这种型式,如图7b所示。履带总成数量也在发生根本性改变,不仅仅是传统的左右2条履带总成,而是采用多组总成,如马尼托瓦克公司的21000型产品,下车由8条履带组成,每两条履带为一组,如图7c所示。载荷的传递原理类似于门座起重机的大车行走结构。每条履带承载更均匀,对地基的要求也更低,并且可形成宽模式和窄模式,以适应不同工作场合的要求,如图8所示。车架结构也有明显改进,考虑运输方便性,超大型起重机的车架一般由3部分甚至更多部分组成,中间箱型结构(上端连接回转支承)和两侧箱型纵梁,如图9所示。更为新颖的结构是改进三者连接方式,使纵梁呈放射性放置,从而减小与履带架连接处的集中载荷,如图10所示。

履带起重机

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履带起重机

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    2.2臂架组合作业

    臂架组合中,除标准配备:主臂、主臂+固定副臂、主臂+塔式副臂、主臂轻重混合的方式外,为适应市场需要,又新增添2种组合方式:重型短副臂和副臂+副臂组合,如图11所示。图11a是重型短副臂组合,但副臂为特制,非常短,专用于化工用各种反应塔的吊装,有较高的提升高度及一定的幅度,关键是超大的起重量,与同长度同幅度下的主臂作业起重量接近,甚至超过其幅值。在欧美产品中都已开发应用。图11b副臂+副臂组合,用于电力建设方面,以增加作业空间,如风力发电设备的安装,总臂架组合长度可达到150m以上。这种型式在利勃海尔公司产品得到应用。

履带起重机

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    2.3系列产品的通用性

    考虑产品设计和制造的通用性,欧美三大公司自身的配重从50t到1250t产品均可互换。臂节的互换性强,甚至对于同一型号不同产品也能做到互换。考虑运输尺寸限制,臂架的运输宽度统一,从某种程度上简化了制造工艺。如特雷克斯-德马格公司的CC2200、CC2500、CC2800型产品的臂架运输宽度相同,在3m以内。马尼托瓦克公司产品对同尺寸不同绳径的卷扬机构,采用更换绳槽表面也可实现通用化。这些都为安装运输使用提供了便利条件。

    2.4电气控制

    (1)液压系统的电子控制。

    液压系统的控制方式由过去开式比例阀控变量系统发展成为开闭式结合或全闭式电比例泵控变量系统,传动更平稳,结构更紧凑。而且液压系统、发动机、状态与安全保护监测、极限载荷控制已全部采用数据总线电子控制。各公司也都开发出各自的电子控制系统,如马尼托瓦克公司的EPIC控制系统,利勃海尔公司的LICCON控制系统,特雷克斯-德马格公司的IC-1控制系统。

    (2)力矩限制器的无线传感器方式。

    力矩限制器的力传感器布置方式有多种,通常置于变幅系统,即变幅拉板与桅杆(或人字架)连接处,可用拉力传感器或销轴传感器。马尼托瓦克公司最新采用钢丝绳用无线拉力传感器,直接与钢丝绳楔套相连,由于无线传感,不受臂长限制,这在其555、16000、18000型新产品上得到应用。

    (3)大屏幕显示及多个摄像监视器。

    从人性化角度采用大屏幕彩屏可显示更多信息,包括吊装状态参数、机构工作参数、故障诊断、报警提示,更主要的是可进行吊装工况选择与模拟演示,甚至可达到三维模拟演示。另一个安全性考虑是多个摄像头监控,在司机室放置多个监视器进行实时显示。如利勃海尔公司的LR1750型产品,共有5个摄像头:转台后方两侧各1个,便于回转时察看后方情况;转台上1个,便于察看卷扬排绳;底节臂和超起桅杆的卷扬处均设置1个,以察看缠绳情况。使用各种电子眼,大大降低了操作人员的工作强度,提高了工作安全性。

    (4)臂架配重的无级变幅。

履带起重机

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    目前的产品均能保证主臂和副臂作业时主(副)臂的无级变幅。塔式工况作业时不仅实现了副臂无级变幅,同时也实现了主臂无级变幅,替代原有的多个主臂固定角度的作业方式(如85°,75°,65°等)。这种主副臂的同时无级变幅方式增加了作业覆盖面及多种作业工况组合的灵活性,也是电子控制技术质的飞跃。根据此原理,超起作业时超起配重的位置也实现了无级调整,无论是水平还是垂直方向,均可通过油缸或超起桅杆变幅实现,如图12所示,极大地减少了各种辅助环节。利勃海尔公司率先实现了无级变幅,马尼托瓦克和特雷克斯-德马格公司也相继实现此功能。

    由此可见,国外产品不是仅以满足基本功能要求为目标,而是更注重人性化理念和产品细节,以新理念和细节设计赢得市场。每个细节的改进都需要不断的创新,以求产品的精益求精。这些新技术和敬业精神很值得国内同行借鉴。

    3国内履带起重机生产现状

    国内履带起重机的生产历史较短,目前正处于成长发展时期,尚无规模较大的专业生产企业。生产履带起重机的企业有:抚顺挖掘机制造有限责任公司、徐工集团徐州重型机械有限公司、中联重科浦沅分公司、上海三一科技有限公司、山东鲁能光大重型机械设备有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司、北方交通公司。国内产品从2004年得到迅速发展,当年销售量为213台,比2003年的123台增长了73.2%。2005年继续保持了增长势头,截止到10月份累积销售197台,同比增长15.5%,但产品以100吨级以下产品为主。随着市场需求量的不断增加,企业在不断向大规模、系列化方向发展。

    抚顺挖掘机制造有限责任公司是我国唯一批量生产履带起重机的企业,引进日立技术,产品系列有35t、50t、80t、100t和150t,年产量占国内销售总量的60%左右,高居国内榜首。其推出的250t产品融入了新技术,如电比例泵控系统,半开放式转台结构等。预计2006年推出350t产品。

    徐工集团徐州重型机械有限公司目前已批量生产50t履带起重机。1998年与大连理工大学合作开发了具有自主产权的150t履带起重机,随后研发了100吨级产品。其自行研制的300t履带起重机2005年11月已交付用户,产品风格与日本相同。现与大连理工大学合作开发大型系列产品,从200t到1000t,计划3年内完成,现已完成220t、260t产品设计,正进行450t和650t产品设计,预计2006年出样机。

    中联重科浦沅分公司以生产汽车起重机为主,2002年开始研发履带起重机,与大连理工大学合作开发了70~200t的系列产品,200t产品2005年初下线。70t产品2005年10月下线,100t和160t产品2006年上半年将下线。技术风格与欧美相同,现与大连理工大学合作开发300~800t系列产品,计划3年内完成,预计2006年推出600t产品。上海三一科技有限公司2005年上半年通过400t产品评审,2006年5月召开推介会。已有及后续研发产品有50t、80t、150t、200t和250t。

    山东鲁能光大公司在开发了50t、80t、100t、200t产品基础上,也将向大型产品进军。山东奥奇重工有限公司也正在研发100~400t级产品。

    预计2006年国内各制造企业生产履带起重机的产值在14亿元左右。在技术水平上国内产品与国外还有一定差距,这与国内配套力量薄弱不无关系。目前国内产品还处于发展成长阶段,主要目标是首先保证产品的基本功能,在产品细节及可靠性方面还有待不断完善,因此造成产品大问题没有,小问题不断,在使用上产生诸多不便。改变这种局面的有效措施是注重对产品的敬业精神和开拓自主创新技术。从国外产品在细节上不断的变化,已明显看出创新无处不在,只有创新,产品才有持久的生命力。除此以外,大型产品的研发还要注重基础性理论研究工作与技术创新。尽管国内企业通过借鉴吸收国外先进技术、采取国际化配套,提高产品起点,但是产品质量的深入提升需要有:

    (1)扎实的理论根基。

    (2)研发资金的投入,技术队伍的培养建设。

    (3)新标准新规范的制订。

    尽快提升产品质量、缩短研发周期的有效途径是产学研联合,发挥学校、科研院所的基础理论、技术研发实力和企业制造实力,并求得政府和起重机用户的支持。学校力量的注入可有效拓展提高企业技术队伍,企业加大研发资金的投入,向国家求支持,共同搭建基础性试验研究平台,是技术创新的可靠保证。规范的修订、新标准的编制工作也将会在此基础上有序的展开。这种方式已在大连理工大学和徐工集团徐州重型机械有限公司、长沙中联重科浦沅分公司的合作中得到很好的验证。

    4结语

    综上所述可以看出,国内大型履带起重机的研制势在必行,具备天时(市场需求,政策保护)、地利(地理位置优势、价格优势、国际化配套)、人和(先进设计理念、技术手段、企业技术队伍的实力)的条件。但若想赢得更多用户的支持,获得市场的认可,还应持续不断的提升产品性能、质量和可靠性,而自主创新技术的研发和结构的精细设计与制造是产品持久生存的根本条件。

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