SPMT 液压平板车在大件设备安装及精准定位中的应用

樊巍巍 王 帅

中国外运大件物流有限公司 上海 201204

摘 要：随着模块化建造的发展，为实现日益复杂的模块化运输以及安装定位，SPMT 液压平板车在大件运输市场实现运输的同时，逐步被引入进行大件模块化设备的安装定位等工作。为确定SPMT 在大件设备安装定位过程中的可行性以及精度，对SPMT 各自由度控制机理进行分析，结果表明其各自由度可实现精密控制，同时通过全站仪精度测控系统结合Digital Dock 自动检测软件进行SPMT 定位精度实验，得到SPMT 可实现安装定位的精度等级，并通过实际工程项目进行验证。

关键词：SPMT 液压平板车；安装定位；自由度控制机理；全站仪精度测控；实验验证

中图分类号：U469.5+ 41 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）16-0075-05

0 引言

随着工业产业链的发展变化，各行业大型设备的模块化建造日趋成熟，为实现大质量模块的安装就位，在部分大型工程项目中，依赖起重机进行大体积大质量模块化构件的安装作业越显困难。在SPMT 液压平板车作为大件设备运输技术体系成熟的前提下，探索使用SPMT 直接进行大件设备安装就位成为现阶段模块化建造安装的新要求。使用SPMT 进行模块化构件安装，须对其可实现性功能进行分析，同时对其安装就位精度进行实验论证。

1 SPMT 液压平板车简介

自行式模块化平板车SPMT 主要由不同规格的模块组成，配置动力单元PPU（Power-Pack-Unit）、电器系统、控制系统、液压系统等。PPU 内置柴油发动机、液压泵组、油箱、控制面板等部件，发动机带动液压泵，输出液压动力，驱动各轮轴上的液压马达（每个驱动轮可提供60 kN 的驱动力）使车辆运行。同时，PPU 也为平板车货台的升降、所有轮轴转向及整车控制等提供液压动力，PPU 及平板车组合如图1 所示（以6 轴线2 纵列为例）。

为了运载宽体货物，可以将平板车横向拼接组成3纵列以上的组合单元，为了运输超长货物，平板车可以纵向拼接成不同数量的轴线模块，拼接的平板车越多，载重量越大，为了进行货物的顶升落位，平板车可以实现1 500 mm±350 mm 的升降。各独立平板车之间可以通过连接各车控制系统实现联动操作（同步运行），单轮轮轴可以独立旋转+100°/ -130°。各轮轴绕设定的旋转中心转动对应角度，可以使整体车组实现任意方向的直线平移和360°原地回转运动。

图1 PPU 及SPMT 平板车示意图

2 SPMT 大件模块安装定位可行性分析

1）SPMT 自由度分析

如图2 所示（以6 轴线2 纵列为例），SPMT 车组可实现6 自由度运动，分别是X 轴方向的平移（自由度1）、Y 轴方向的平移（自由度3）、Z 轴方向的升降（自由度5），同时能实现绕X 轴的俯仰（自由度2）、沿Y 轴方向的侧倾（自由度4）以及沿Z 轴方向的原地回转（自由度6）。

图2 SPMT 车组自由度示意图

2）2、4、5 自由度工作及控制原理

如图2 所示2、4、5 自由度可通过SPMT 支撑系统实现，并通过人机对话实现精确操作控制。SPMT 平板车支撑系统液压油路每侧由双管路组成，分别为远端（前端）供油和近端（后端）供油。两侧共4 条独立的支撑管路，每条管路在设置支撑点独立连接一个被分割的支撑区域，从而在如图2 所示的XY 平面内形成四个独立的支撑区域。

图3 SPMT 支撑系统液压原理

如图3 所示，通过2、3、11、17 号阀体设置，可将SPMT 车组整体分为a、b、c、d 四个独立的支撑区域，每个支撑区域在独立控制的同时，也可通过人机对话界面进行整体控制，从而实现自由度5 的升降作业。通过a 和b、c 和d 支撑区域的串联，可将SPMT 整体车组沿Y 方向分为前后两个支撑区域，通过前后区域的升降调节实现自由度2 的前后俯仰作业。通过a 和d、b和c 支撑区域的串联，可将SPMT 整体车组沿X 方向分为左右两个支撑区域，通过左右区域的升降调节实现自由度4 的左右侧倾作业。

如图4 所示，SPMT 支撑系统升降速度根据实际需求可以进行两级调整，第一级调整为控制系统设置，可在0~100% 之间进行设置；第二级调整为电位计调整，可在0~100 之间进行调整。理论上支撑系统升降速度可以调节至无限小。

图4 SPMT 支撑系统控制机理

综上所述，SPMT通过支撑系统可实现图2 所示的2、4、5 自由度的无限小升降以及俯仰侧倾自由度动作。3）1、3、6 自由度工作及控制原理1、3、6 自由度可通过SPMT 转向及驱动系统实现，图5 所示为SPMT 部分转向模式，其可实现X-Y 平面内任意方向的行驶，也可在平面内以任意点为中心进行任意角度的转向[2]。

图5 SPMT 部分转向模式示意图

SPMT 驱动系统驱动轮围绕平板车几何中心左右均布，驱动力由轮边液压马达提供驱动力，行驶过程可以最低限度降低缓冲。根据行驶速度可分为普通模式和微行模式，普通模式由油门（人工控制）控制发动机转速从而控制液压泵输出压力及流量进行液压马达速度控制，微行模式可进行系统输入设置，可在设定的速度下自动控制和匀速行驶，理论上微行速度可以接近无限小[1]。

综上所述，SPMT 驱动及转向系统可使车组实现平面内任意方向的微行平移和转动，可以实现图2 所示的1、3、6 自由度运动。

由以上分析可知，通过SPMT 的支撑、转向以及行驶系统，可以实现如图2 所示所有自由度的运动，同时各自由度理论行驶速度可以无限小，结合其在X-Y 平面内可以多数量任意组合的特征，可进行大尺寸大质量模块化构件的安装以及定位。

3 SPMT 定位精度验证实验

1）实验场地、测量设备以及实验设计说明如图6 所示，本验证实验使用6 轴线SPMT 于平整的混凝土场地进行，实验过程由专业SPMT 操作人员按照实验过程进行操作。实验测量工具选用全站仪精度测控系统以及Digital Dock 自动检测软件系统，全站仪测角精度0.5 s，测距精度0.5 mm+1 mm/ppm，计算系统具备同步联动多台设备进行同步测量及跟踪的能力。

如图7 所示，SPMT 装载构件后布设初始地面基准点，通过基准点坐标反算目标（构件）测量点位置坐标。然后使SPMT 整体驶离基准位置后又沿既定轨迹返回并落位至原始基准位置。落位后分别测量构件左右两侧测量点的落位坐标，与初始测量点位置坐标进行比对分析从而得到SPMT 定位精度。

图6 实验现场以及全站仪测控设备

图7 SPMT 定位精度实验设计示意图以及测量点示意图

2）实验过程说明

第一步：应用全站仪及相应工装，于地面布设原始基准点，并用其位置坐标反算出目标（构件）位置坐标，将目标位置坐标进行快速高精度放样（精度优于1mm），同时粘贴测量标识点。

第二步：SPMT 正常行驶模式驶离原始基准点后开始模拟安装场景，以正常行驶模式返回原始基准点，临近基准点20 m 左右时准备进行运行轨迹跟踪。

第三步：在距离原始基准点20~10 m 行进时借用360°跟踪棱镜对行进轨迹进行跟踪，构件移动过程中4 台自动版全站仪实时跟踪棱镜进行数据反馈，根据反馈数据实时校正运行轨迹，如表1 所示。

第四步：完成轨迹校正后，以微行模式运行，当运行进入预定目标区域30 mm 内，通过可视化点位进行快速操作调整，可视化点位直观便捷，SPMT 操作人员可进行快速直观调整。

第五步：应用全站仪进行高精度检测，反馈姿态信息，SPMT 根据反馈信息进行调整，确认SPMT 最终可实现的精确落位状态。落位后读取检测点位置数据，进行实验结果反馈分析，如表2 所示。

3）实验结果分析

通过以上实验分析可知，SPMT 正常行驶（非微行模式）可在10 m 内修正行驶直线度，SPMT 精准定位（微行模式）的精度等级可达到2 mm 以内。

4）实际操作案例

SPMT 进行精准定位安装，在近两年的部分项目实际操作中也得到验证，图8 所示为在美国德州某化工现场实现的精准安装操作和国内江苏某制造厂进行的桥梁分段精准操作。

图8 SPMT 精准定位案例示意c

4 结 语

通过对SPMT 支撑、转向以及驱动系统的功能分析，论证SPMT 可进行大尺寸大质量模块化构件的安装以及定位作业。为确定其定位精度，通过全站仪测量系统进行定位精度实验以及实际项目操作，验证其定位精度可达到2 mm 以内。所述内容及结果对大件模块化安装就位具有重要的指导意义。

参考文献

[1] Scheuerle.SPMT operating instruction [Z].Germany.

[2] 樊巍巍. 中国外运大件物流有限公司SPMT 操作使用手册[Z].2014.