设计－计算 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｔｃｕｔａｔｉｏｎ 杠栈 第４９卷Ｉ第１期 总第５３１期 ９００ ｔ铁路架桥机组大坡度适应性 技术改造设计与应用 马义平 中铁三局集团有限公司 摘要ｌ为适应大西客运专线大坡度（线路纵坡＞２０‰）技术条件，对现有９００ ｔ架桥机组进行适应性技术改造。为架桥机 前支腿安装增高垫墩，增加架桥机后支腿及运梁车移梁小车走行机构驱动力，使９００ ｔ架桥机组技术性能满足大坡度架梁 条件，介绍改造方案所涉及的相关计算过程。改造后的架桥机组得到成功应用，达到满足使用和节约投资的良好效果。 关键词：９００ ｔ架桥机组；大坡度；技术改造：稳定性 近几年，预制９００ ｔ箱梁普遍应用在高铁和客运铁路 专线桥梁建设中，９００ ｔ铁路架桥机组是为运输、架设９００ ｔ箱梁而设计制造的专用大型机械。由于架桥机组结构的 特殊性，对架设桥梁线路的曲线半径、坡度、桥墩结构尺 寸等参数的适应性有较为严格的限制。因此在新项目制 定架桥机配置方案前，要对现有架桥机的适应性进行全 面评价，确保架桥机能够适应新项目的工程条件。 上，有７３１孔梁运输时要通过３０‰坡道。由于此前国内修 建的高速铁路、客运专线最大坡度都控制在２０％ｏ以下，在 大于２０％ｏ的坡道架设９００ ｔ箱梁在国内尚属首次，现有 ９００ ｔ架桥机组技术条件均不满足使用要求。 ２架桥机组配置方案选择 ９００ｔ架桥机组包含１台架桥机和１台运梁车，如为 适应３０％ｏ大坡道箱梁架设，新设计、制造～套架桥机组是 １工程概况 ２０１０年，我公司承建大同至西安客运专线站前工程 最安全、妥当的方案。然而，新制造一套架桥机组需要投 入大量的资金，而且设计制造工期较长。另外公司现有一 套架桥机组闲置，如果能够经过技术改造利用起来，将极 大减少公司机械设备购置资金的投入，而且时间短，同时 ７标段施工任务，该标段设计正线桥梁２２座，架设整孔简 支箱梁１ １３０孔，其中有４７７孔箱梁位于２６％～３０‰坡道 作者简介：马义平（１９６９一），男，山西闻喜人，高级工程师，学士，研究方向：铁路、地铁大型施工机械选型、应用及管理。 ２。侣‘，』工 表敞ｆ ２７ 设计·计算 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａ１．ｃｕｔａｔｉｏｎ 盘活了现有设备资产，提高了现有机械设备的资产效益。 经过初步设计论证，认为对现有架桥机组进行相应 秦皇岛通联路桥机械有限公司（现秦皇岛天业通联重工 股份有限公司）生产制造，主要用于国内时速２００～３５０ 技术改造以后，可以满足３０％ｏ坡道箱梁运输、架设工况要 ｋｍ的铁路客运专线２０ ｍ、２４ １ＴＩ、３２ ｍ双线整孔预应力箱 型混凝土梁的架设工程，与运梁车配合完成箱梁的架设 作业。 求，公司决定采用对现有架桥机组进行技术改造的方案。 ３架桥机组技术改造设计 ３。１架桥机技术改造方案 ３．１．１ ＴＬＪ９００型架桥机简要介绍及技术参数 ＴＬＪ９００型架桥机主要由前后两台吊梁行车、箱型主 梁、柔性前支腿、刚性后支腿、辅助支腿、导梁、走行轨道、 电气液压系统和动力系统等组成，ＴＬＪ９｛｝０型架桥机的结 构组成见图１。 ＴＬＪ９０（）型架桥机为辅助导梁式铁路箱梁架桥机，由 图１ ＴＬＪ９００型架桥机结构组成图 ３．１．２架桥机技术改造方案 ＴＬｌ９００型架桥机设计适应最大纵坡为±２０％ｏ，在纵 坡±２０％ｏ内架设箱梁时，可通过安装在前支腿下端的调 整液压缸实现前支腿高度调节，保障架桥机架梁时主梁 处于水平状态。现要架设±３０％ｏ纵坡线路，３２ ＩＴＩ梁跨度时 混凝土梁面前后高差达到９８０ ｎ－Ｌｒｎ，原架桥机支腿长度不 能满足该工况下使用要求。另外由于坡度增大，架桥机上 坡时后支腿驱动动力不够，需要对架桥机针对±３０％ｏ纵 坡线路技术要求进行适应性技术改造，主要改造部分如 下所述。 Ｉ 弋 Ｊ’‘０ Ｉ ■ ● ｌ ｌ ● ● ｔｊ — Ｅ－二ｔ一墨卜＿ Ｌ—］ （１）架桥机在３０％。坡度上坡架梁时，为保持架桥机 主梁水平状态，需要将前支腿降低８２０ ＩｎｌＴｌ，此时可通过 —１ ／ ’ ． ｌ 一 ｌ ＼ 拆除前支腿调整节和调整支腿液压缸实现，３０％ｏ坡度上 坡架梁时前支腿高度９ ７２０ ＩＴＩＩＴＩ，见图２。３０％ｏ坡度下坡架 梁时，需要将前支腿增高１ ２００ ｉｌｌｉｎ，为此需要新制造４节 ６００ ｉｎｔｏ垫墩，通过螺栓连接安装在前支腿上，３０％０坡度 下坡架梁时前支腿高度为１ １ ７４０ ｍｍ，见图３。 丁 图２ ３０％。上坡架梁时前支腿高度示意图 ２８ ｌ工 靠献ｌ ２。１８‘－， 杠械 第４９卷Ｉ第１期 总第５３１期 积，计算值为３５ １３６ ｒｎｌＴｌ 。 鼬 童 Ｊ １ ＂￣ｍａｘ－ 一４９．４＜…－１５。（满足） （３） ■ ● Ｉ ｌ ＿■ 式中：Ａ 为前支腿最大长细比；ｆ为前支腿增高后计算长 度；７…为前支腿的最小回转半径；…为前支腿的容许长 细比。 ＝ ＝— ＝±。丰斗· ｃｎ ＬＩ …０ ８５６ Ｘ ３５ １３６ ． １１９ ７ ＭＰ ＜ ．＝ ２１７ ＭＰ／ ， ｌ 誊 ！ ｊ ．＿ ＿Ｌ＿ ！ ｉ １ｒ＼ （满足）（４） 式中： 为前支腿受最大载荷时的应力；／ｖ为前支腿所受 最大载荷，Ｎ＝３ ６００ ０００ Ｎ；Ａ为前支腿计算毛截面积， Ａ＝３５ １３６ ＩＴｌｍ． ； 为前支腿稳定系数，根据ｂ类截面，Ａ一 查表， ：０．８５６；【ｏ－１为支腿钢材许用应力。 结论：前支腿增加高度后，稳定性满足要求。 ＼ ＼Ｌ 一 ／ 图３ ３１Ｆ／￣ｏ下坡架设箱粱时前支腿高度示意图 ３．１．３．２在３０％ｏ上坡工况架桥机驱动力验算 已知：过孔时后支腿走行轮反力为３ ８００ ０００ Ｎ；车轮 直径为８００ ｍｍ；大小齿轮传动比为２．４８；原减速器的输 出转矩为５ ６４０Ｎ·ＩＴＩ。 （２）架桥机在３Ｏ％ｏ上坡纵移时，架桥机后支腿走行 轮驱动减速器输出转矩不够，经过计算原输出转矩５ ６４０ Ｎ·ｒｎ的减速器需要更换为输出转矩８ ４９０ Ｎ·ｍ的减速 器，同时后支腿台车及其控制变频器等均需要进行更换。 （３）在３０％ｏ下坡架梁时，前吊梁天车钢丝绳所需长 度增加２０ ｎ１．需更换前吊梁天车钢丝绳，长度为６９０ Ｉｌｌ。 ３．１．３相关计算 ３．１．３．１前支腿稳定性验算 已知：架桥机３０％ｏ下坡工况时，前支腿需增高１ ２００ 架桥机纵移时在直线轨道上稳定运行的静阻力 由 摩擦阻力 ，坡道阻力 和风阻力 等３项组成。 摩擦阻力： ：Ｑ ｃｆ＝ ± ８００ ： ×１５：１３ ８９４ Ｎ（５）、 ．３ ８００ ０００× ： 式中： 为架桥机行走时后轮摩擦阻力；Ｑ为后支腿走行 ｎｌｌｎ，前支腿增高后计算长度／＝１１ ０００ ｎ珈，则： ｙ 轮总载荷，Ｑ＝３ ８００ ０００ Ｎ；ｄ为后轮轴轴径，ｄ＝９（）ｒａｎ１；ｕ 为车轮轮轴摩擦因数，ｖ＝０．０１５ ｉ 为车轮沿轨道滚动摩擦 ＼／ 、／ ＝２２２．８ｍｍ（１） 力臂 ＝０．３ ｍｍ；Ｄ为车轮直径，Ｄ＝８ＯＯ ｒａｍ；Ｃ 为附加摩 擦阻力系数， ＝１．５。 坡道阻力： ＱＸｔａｎ ３ ８００ ０００×０．０３ １１４ ０００Ｎ （６） ｙ １ｖ／ ／１ ７４２ ３８５ １５２—２２２．７ ｍｍ （２） 式中：ｙ．、ｙ：为前支腿对强轴、弱轴的回转半径；， 、，’为前 支腿对强轴、弱轴毛截面惯性矩，计算值，，＝１ ７４４ ２４２ １１２ 式中：Ｑ为后支腿走行轮总载荷Ｎ，Ｑ＝３ ８００ ｆ）（）０ Ｎ；ｏｔ为 轨道倾斜角度，（。），角度较小时，ｔａｎ ０ｅ＝纵坡坡度ｉ，此 ｍｍ４，：＝１ ７４２ ３８５ １５２ ｍｍ ；Ａ，、Ａ 为前支腿计算毛截面 ２。侣 ｆ Ｊ 缸敞Ｉ ２９ 设计－计算 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｔｃｕｔａｔｉｏｎ 处取最大纵坡３０％０。 风阻力： ＸＬＥＤＣ４－８２０５Ｂ－４７３。 ３．１．３．３ ３０％ｏ下坡工况时架桥机制动力验算 （７） 已知：配套电机制动力矩３０ Ｎ·ｍ；总传动比ｉ＝７３１。 经计算Ｆｗ＝６２ １００Ｎ ＝ ＋Ｆｐ＋Ｆ￣＝１３ ８９４＋１１４ ０００＋６２ １００＝１８９ ９９４ Ｎ（８） 制动轴计算制动力矩： ＝减速器驱动力 ＝ｎ去 为车轮直径，Ｄ＝８００ Ｆｆｌｌ＇ｎ。 将以上数值代入式（９）计算得： ＝１３９ ８７２Ｎ＜ ＝１８９ ９９４Ｎ（不满足） （９） （ 一Ｆｍ） ＋ ［０．９７５ ＋ 】 （１４） 式中－＇／７，为配置的电机数量，ｎ＝４；ｔ 为大小齿轮传动比，ｔ ＝２．４８；Ｍ为减速器输出转矩，原减速器Ｍ＝５ ６４０ Ｎ·ｍ；Ｄ 式中： 为摩擦阻力，Ｆ＝１３ ８９４ Ｎ； 为坡道阻力， ＝１１４ ０００ Ｎ；Ｄ为车轮直径；Ｄ＝８００ ｍｍ； 为机械效率， ｒ／＝０．９；ｉ为总传动比，ｉ＝７３１；ｍ 为制动器个数，ｍ，＿４；ｍ为 （１０） 电机个数，ｍ＝４；（ｐ＋Ｇ）为作用在走行轮上总载荷，（Ｑ＋Ｇ） ＝３ ８００ ０００ Ｎ；ｖ为走行速度，ｖ＝３．０４÷６０（ｍ／ｈ）；ｎ为电动 机额定转速，ｎ＝ｌ ４２０ ｒ／ｍｉｎ；Ｊ为制动电机定子转动惯量； 查得Ｊ＝Ｏ．０１４ ９ ｋｇ·ｃｍ２；ｋ为动载系数，取值１．１５．￡．为制动 时间；ｔ，＝５．６ Ｓ 故原减速器不能满足使用要求。备选减速器为 ＸＬＥＤ４—８２０５Ｂ－４７３，其输出转矩为８ ４９０ Ｎ·１ＴＩ，按照式 （９）计算备选减速器驱动力： ４Ｘ ８ ４９０Ｘ ２．４８÷０．４ ２１０ ５５２Ｎ＞ １８９ ９９４Ｎ （满足）（１１） 将以上数值代入式（１４）计算得： ＝２２．５８Ｎ·ＩＴＩ＜３０Ｎ·ＩＴＩ（满足） 结论：备选减速器驱动力满足使用要求。 电机功率验算： 架桥机行走速度 。＝ｎ呈： Ｄ＿ ｃ结论：配套电机制动力矩满足架桥机大坡度时制动要求。 （１２） ０ ４运梁车技术改造设计 ４．１ ＴＬＣ９００型运梁车简要介绍及技术参数 我公司的ＴＬＣ９００型运梁车同样也是由秦皇岛天业 通联重工股份有限公司生产制造的，该运梁车能够将９００ ｔ双线整孔箱梁从预制场地通过便道、路基、桥梁运至架 梁工位，并与ＴＬｌ９００型架桥机配合完成架梁作业。 （１３） 式中：，ｌ为电机额定转速，ｎ＝ｌ ４２０ ｒ／ｒａｉｎ；Ｄ为车轮直径， Ｄ＝８００ｍｍ；ｔ 为后轮大小齿轮传动比，ｔｃ＝２．４８； 为减速器 减速比，备选减速器ｔｉ＝４７３。 将以上数值代入式（１２）计算得： ｏ＝１ ４２０÷４７３÷２．４８Ｘ ３．１４×０．８ ３．０４ｍ／ｒａｉｎ 电机净功率 Ｉ￣Ｉ． ＶＹ Ｏ ０ｏＴＬＣ９００型运梁车由车架、轮胎走行系统、驾驶室、移梁小 车、动力系统、控制系统及电气系统等组成，ＴＬＣ９００型运 式中： 为架桥机在轨道上稳定运行的静阻力；Ｖ 为架桥 梁车结构示意图见图４。 ４．２运梁车技术改造方案 ＴＬＣ９００型运梁车上的移梁小车在液压马达牵引下， 能够托载箱梁沿运梁车车架上铺设的轨道向前方移动。 运梁车到达架桥机喂梁位置后，架桥机前吊梁行车吊起 箱梁前端，与运梁车的移梁小车同步驱动前移，进行喂 梁。当箱梁后吊点到达架桥机后吊梁行车吊梁位置时，再 机走行速度；田为机械效率；ｍ为电机数量。 Ｐｉ＝（１８９ ９９４Ｘ ３．０４÷６０）／（１ ０００×０．９×４）＝２．６７ ｋＷ 需要电机功率尸 Ｐ：１．２ Ｘ ２．６７＝３．２１ ｋＷ＜４ ｋＷ （满足） 式中：ｋ为安全系数。 因此，备选减速器可满足使用，该减速器型号为 ３０｛工霏 敞Ｉ ２ｏ侣。 杠拭 第４９卷ｌ第１期 总第５３１期 驾 图４ ＴＬＣｇ００型运梁车结构示意图 由架桥机的两个吊梁行车共同吊起箱梁进行前移喂梁， 运梁车完成喂梁任务后，返回再次运梁，ＴＬＣ９００型运梁 车与ＴＬＪ９００型架桥机配合喂梁示意图见图５。 图５运梁车与架桥机配合喂梁示意图 运梁车移梁小车设计架设最大纵坡为２０％０，在３０％ｏ 上坡喂梁工况时，移梁小车纵移阻力增大，移梁小车驱动 动力不足，需要对移梁小车驱动动力部分进行改造。经过 式中：Ｇ为移梁小车自重，Ｇ＝８７ ５５０ Ｎ；Ｄ为走行轮直径， Ｄ＝４５０ ｍｍ；Ｑ为载重量，Ｑ＝４ ５００ ｏｏｏ Ｎ；ｄ为轮轴轴径， ｄ＝１００ １ＴＩＩＴＩ 为车轮沿轨道滚动摩擦力臂 ＝０．３ ｍｍ；Ｃ 为附加摩擦阻力系数，ｃ，＝１．５； 为车轮轮轴摩擦系数， ｖ＝０．０１５。 计算需要将原７．５ ｋＷ电机更换为１ １ ｋＷ，同时减速器也 要进行相应更换。 ４．３相关计算 将以上数值代入式（１５）计算得：Ｆｍ＝３２ １１３ Ｎ。 坡道阻力： Ｆ＝（Ｑ＋Ｇ）×ｔａｎ Ｏｔ＝（４ ５００ ０００＋８７ ５５０）×０．０３ １３７ ６２７Ｎ （１６） ４．３．１在３０％ｏ坡道上移梁小车运行阻力计算 移梁小车在直线轨道上稳定运行的静阻力 由摩擦 阻力 、坡道阻力Ｆ和风阻力 等３项组成，即： ＝ ＋Ｆ＋Ｆ ｏ ｎ式中： 为轨道倾斜角度，角度较小时，ｔａｎ ＝纵坡坡度ｉ， 此处取最大纵坡ｉ＝３０％ｏ。 ：摩擦阻力： （Ｑ＋Ｇ） ｃｆ （１５） 因小车运行速度较低，忽略风阻力的影响，认为 Ｆｗ＝０。 ２０侣‘，Ｉ工 缸敞Ｊ ３１ 设计－计算 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａ１．ｃｕｔａｔｉｏｎ ＝ ＋ ＋ ，＝３２ １１３＋１３７ ６２７＋０＝１６９ ７４０ Ｎ （１７） 西客专管段内４７７孔２６％。～３０％０大坡道９０（Ｉ ｔ箱梁架设 ４．３．２移梁小车驱动力验算 任务，架桥机３０％。下坡道架设９００ ｃ箱梁现场见图７。 已知：现有移梁小车电动机功率７．５ ｋＷ，额定转速为 １ ４４０ ｒ／ｍｉｎ，额定转矩为４９．６ Ｎ－１１１，４电极。减速器减速比 为２１０．６，减速器输出转矩为２２ ０００ Ｎ·Ｉｎ。 根据所选减速器减速比，计算所需电动机的转矩为： ｘ（Ｄ／２）／２／ｉ￣ （１８） 式中：Ｄ为链轮直径，Ｄ＝２８５．４ ｍｍ；ｉ 为减速比，ｉ．＝２１０．６。 将以上数值代入式（１８）计算得： 肘产５７．５Ｎ·ｎｌ＞４９．６Ｎ·ＩＴＩ（不满足） 所以７．５ ｋＷ电动机的额定输出转矩无法满足爬 ３Ｏ‰坡度的要求。 为保证获得足够电机额定转矩，决定采用１１ ｋＷ电 动机，４极电机，额定转速为１ ４４０ ｒ／ｍｉｎ，额定转矩为７２．２ Ｎ·ｍ，大于５７．５ Ｎｍ。由于电机功率增加，减速器应与电 图７ ３０％ 下坡道架设９００ ｔ箱梁作业现场图 ６结束语 实践证明，通过对现有架桥机组进行针对性的适应 性技术改造，能够提高和拓宽架桥机的适用性，破解施工 机配套，因此更换为１１ ｋＷ减速器，型号为 ＴＰ３Ｎ—ＡＨ－９－２００一Ｂ５００－７０ 难题，安全和高效完成施工生产任务，同时还可以盘活闲 ５技术改造效果 按以上架桥机组技术改造设计方案，２０１２年３月完 成了技术改造，并经国家起重运输机械质量监督检验中 心型式试验合格，３０％。下坡道架设９００ ｔ箱梁试验现场见 图６。２０１２年５月投入使用，至２０１３年３月，顺利完成大 置机械设备资产，节约设备购置资金，本次技术改造为以 后类似的机械技术改造提供了可借鉴的成功经验。 参考文献 Ｕ１ ＧＢ ３８１１－２００８起重机设计规范【Ｓｊ． ［２１ ＧＢ ５９（）５—２ｏ１ １起重机试验规范和程亭Ｉｓ１． １３１盛大先．机械设计手册【Ｍ１．北京：化学Ｉ业沌版社，２００７ Ｉ４１张质文，奠和谦．王金诺．等超重机设计手册［Ｍ１．北京：ｑ 国铁道出版社。１９９８． 通信地址：山西省太原市迎泽大街２６９号中铁三局集团有 限公司机械管理部（０３０００１） 图６ ３ｏ％ｒ下坡道架设９００ ｔ箱梁试验现场图 （收稿日期：２０１７－１Ｏ－１３） ３２ ｌ工稚缸敞【２口侣 １