1.引言
随着海上钻井平台需求的增加，制造厂为加快钻井平台的制造进度和降低制造成本，摒弃了部分平台制造好再进行对接的工艺，改为超大平台对接，对接次数的减少，缩短了制造周期，同时降低了制造成本。这时要求吊装超大平台的起重机起重量达20000t，起升高度最大可达113m，跨度为125m。该起重机主要由2个主梁、12套60t起升机构、平移机构、回转式维修起重机、电气设备等组成，见图1。
图1 20000t多吊点桥式起重机总体布置
1.主梁 2.起升机构 3.平移机构 4.维修起重机 5.电气设备
该机起重量：20000t；跨度：125m；起升高度：83/113m。其中1个主梁设有平移机构，平移距离 7m。由于钻井平台每次制造大小可能不同，所以起吊吊点距离不同，从而对起重机提出了部分吊点(即1根主梁)需要移动的要求，虽然是空载时做移动调整，但主梁的自重4000t也是相当可观的，加之该主梁支承于70多米高的土建平台。这样对平移机构提出诸多难题，如起、制动的平稳性，130多米长的主梁两端平移的同步性，以及主梁在变形时对平移机构的影响等。
2.平移机构方案分析
(1)支承方案
支承的基本形式分为滚动摩擦和滑动摩擦。普通起重机一般采用车轮来做支承，特殊的也有采用滚柱的形式，这些都属于滚动摩擦。但是，对20000t起重机来讲这些形式都不可实现，因为该起重机单个主梁起吊载荷10000t，主梁自重4000t，所以，每个主梁两端的支承需承载7000t，若按直径900mm的车轮承载100t计算，每个主梁每端需要70个车轮，车轮之间按1000mm计算，70个车轮需要70m的支承面，再加上平移距离 7m，支承面至少需要84m。采用滚柱同样也需要很大的支承面。这样对70多米高的土建平台造成太大的浪费，而且建造70多米高的土建平台也是不现实的。
既然滚动摩擦不能符合该起重机的支承要求，所以只好采用滑动摩擦，即主梁端部在土建平台上表面滑动。此时摩擦副材料必须满足承压能力强、摩擦系数小、磨损率低、最好具有自润滑特性的要求。若采用主梁直接作用在土建平台上表面，由于是面接触，当主梁受载变形时，主梁端部会翘起，此时面接触会变成线接触，这样，会对主梁端部以及支承平台造成严重的损伤，而且对整个设备造成安全隐患。针对这一情形，在主梁的两端与支承平台之间采用了铰支座，铰支座结构形式见图2。
图2铰支座结构形式
1.主梁 2.土建平台 3.下铰座 4.上铰座 5.铰轴
若下铰座下表面与土建平台预埋钢板之间直接摩擦，摩擦系数大，而且润滑很难实现。此时引进一种特殊材料 改性聚四氟乙烯板，该材料摩擦系数小，承压强度高，相对磨损率低，而且具有良好自润滑特性。将改性聚四氟乙烯板用沉孔螺栓固定于下铰座下表面，再将5mm镜面不锈钢板用乐泰胶粘合于加工后的土建平台预埋钢板。这样既解决了摩擦系数大的问题，而且也解决了润滑问题。
由于主梁需要平移 7m，平移必定需要导向，主梁的一端采用预埋的地角螺栓加垫板与压板对下铰座形成导向槽。考虑主梁在受载、温度变化引起的变形，在主梁的另一端采用完全释放方式，这样，可以满足主梁的横向移动以及主梁变形引起的纵向移动。
(2)驱动系统方案
对于滑动摩擦的支承形式，只能采取牵引或推动的方式来驱动，牵引方式首选卷扬机钢丝绳牵引，见图3。但通过仔细分析，卷扬机钢丝绳牵引起制动会有冲击，对于18m高的主梁来讲不安全，虽然现在的变频技术很成熟，电机起制动很平稳，但是钢丝绳是有弹性的，由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，在起动时主梁由不动到动的过程，钢丝绳的受力是变化的，钢丝绳受力的瞬间变化可能会导致主梁的晃动，这样就存在不安全因素。所以，卷扬机钢丝绳的牵引方式是不可取的。
图3牵引方式
1.定滑轮组 2.钢丝绳 3.动滑轮组 4.主梁 5.卷扬机 6.铰支座
推动的方式首选液压缸驱动形式，由于主梁需要平移 7m，若一次推到位，活塞杆行程至少需要14m，这样的液压缸不太现实。采用步进式液压缸有2种方案。方案1采用单液压缸，活塞杆的头部连接于铰支座，液压缸底部连接于带销孔的支座，土建平台预埋钢板均布设置相对应的销孔，销孔的数量及布置尺寸可以满足主梁平移 7m的要求，见图4。这样，可以通过活塞杆的伸缩拖动液压缸底部支座，使支座销孔与土建平台销孔相对应，并利用销轴固定支座，然后再通过活塞杆的伸缩推动主梁，每次最大行程为800mm，可以循环以上动作，直到主梁完成平移，即调整到合适位置。该方案需要借助人力来完成主梁的平移过程，自动化程度比较低，与设备不相匹配。
图4单液压缸方案
1.铰支座 2.主梁 3.液压站 4.液压缸 5.销轴 6.支座
方案2借鉴目前吊装行业使用的一种吊装设备 蠕动 式液压顶升装置，对其进行实地考察并研究分析，其原理同样适用于载荷的水平移动。 蠕动 式液压顶升装置是利用1根方钢作为立柱支撑，并采用2对同向楔形块交替夹紧方钢，当第1对楔形块夹紧方钢时，活塞杆向上推动重物，到一定行程时，第2对楔形块夹紧方钢，此时第1对楔形块松开方钢，然后活塞杆收回，相当于液压缸带着第1对楔形块向上移动，接着第1对楔形块再次夹紧方钢，第2对楔形块松开方钢，活塞杆再次推动重物，往复循环完成重物的吊装。
由于水平移动载荷楔形块不需要始终受力，所以，同一方向移动只需1对楔形块即可，主梁需要移动 7m，同样需要2对楔形块，但是方向相反。以下结合图5、图6介绍双向液压平移机构。
图5双向液压平移机构
1.铰座 2.双向液压平移机构 3.液压缸支持架 4.不锈钢滑移轨道 5.方钢导轨 6.聚四氟乙烯板
图6双向液压平移机构示意
1.活塞杆 2.活塞 3.液压缸 4.楔形块小液压缸 5.自锁楔形块 6.结构架
整套液压平移机构由2个主液压缸、液压系统、电气系统以及结构架组成。整套液压平移机构装设在主梁端部2个液压缸支持架之间，活塞杆球面端部与液压缸支持架不固定，以消除主梁纵向变形对夹紧机构的影响。整套液压平移机构沿着1根方钢导轨推动支持架带动主梁进行双向爬移，活塞杆最大行程0.8m，即每次动作推动主梁最大行程0.8m。每次动作先通过小液压缸带动1对自锁楔形块预夹紧方钢导轨，另1对自锁楔形块处于松驰状态，然后活塞杆动作推动液压缸支持架带动主梁向前移动，推到0.8m时，小液压缸将自锁楔形块与导轨松开，由于主梁与基础之间的摩擦力远远大于液压平移机构与基础之间的摩擦力，所以，液压泵反向供油使液压平移机构结构架只能向前移动，移动0.8m时，小液压缸再次带动自锁楔形块预夹紧方钢导轨，活塞杆再次推动液压缸支持架带动主梁向前移动，循环往复，直到满足每次平移距离的要求。当反向平移时，另外1对自锁楔形块开始作用，同样上述过程来实现反向平移。
3.平移机构计算及控制
载荷：G=主梁自重+机构重=4000t
支撑座压力(空载)：P=G/2=2000t
摩擦系数：f=0112(钢对钢有润滑，滑动摩擦0.05～0.1；静摩擦0.1～0.12；改性聚四氟乙烯与钢之间最大静摩擦系数0.095。考虑保守设计f取0.12)
拖动力F=Pf=2000 0.12=240t
平移速度v=0.2m/min
考虑主梁移动时风载荷影响，设计双向液压平移机构额定推力400t(额定油压25MPa时)。液压站额定压力25MPa，最高工作压力31.5MPa，主电机功率15kW。液压站采用电液比例阀调速，设置压力传感器、液位低限报警以及滤油器堵塞报警等传感装置，以提高系统的安全可靠性。主梁两端分别设置1套平移机构，采用计算机集中控制，通过通信网络控制平移机构双向移动过程的楔块松紧、流量调节、同步平移以及超载、超差故障报警。平移同步控制由位移传感器进行检测，计算机根据两端平移机构的位移差值对电液比例阀开度进行调节，进而调节移动速度，实现同步，精度为 10mm。
4.结论
详细分析了超大载荷平移的几种方案，并优先选择了最佳方案。随着世界重大装配制造业的迅速发展，超大载荷的平移及吊装工况越来越多，本文阐述的平移方案可为该领域设计提供参考。