陸 慧 楊建福
(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600)
隨著全國高速鐵路網(wǎng)的發(fā)展和不斷完善,架橋機這一“神器”成為了不可或缺的力量。根據(jù)鐵路行業(yè)發(fā)展的規(guī)劃特別是客運專線的建設(shè)以及旅客對節(jié)約旅行時間的要求,提高行車時速已經(jīng)勢在必行,鑒于此,大跨徑大噸位的高鐵箱梁將越來越多,特別是40 m箱梁將得到廣泛的應(yīng)用。其不僅能減少列車與橋梁的共振,使運行更加平穩(wěn)高速,同時可減少高鐵建設(shè)占地與建設(shè)成本。這對架橋機提出了更高的要求,尤其是負(fù)責(zé)吊裝作業(yè)的起吊系統(tǒng)。
目前國內(nèi)外市場上架橋機的起吊系統(tǒng),通常吊裝箱梁最大長度為32 m,最大噸位在900 t左右,均無法完全滿足現(xiàn)有施工要求。此時,設(shè)計出一種既能滿足吊重達(dá)1 000 t級,也能滿足吊裝箱梁長度達(dá)40 m的起吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式迫在眉睫。
本文依托昆侖號架橋機(見圖1)的主體結(jié)構(gòu),設(shè)計了本起吊系統(tǒng),用于配合該架橋機完成更加復(fù)雜的施工作業(yè)。為我國高鐵建設(shè)再添大國重器[1]。昆侖號架橋機技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1 昆侖號架橋機主要技術(shù)性能參數(shù)
圖1 昆侖號架橋機
(1)根據(jù)功能需要,每個吊點滑輪組倍率采用28,但主支腿過孔時掛輪與吊具干涉,就要考慮調(diào)整主支腿掛輪尺寸,其缺點是電機功率減小無法驅(qū)動行走。
(2)為保證結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性,吊具中動滑輪架設(shè)計為三面圍焊結(jié)構(gòu),敞口面安裝吊梁。但當(dāng)整個吊具組裝完成之后,如需調(diào)整吊軸組的高度或者后期維修,只能對吊具進行重新拆裝。這樣既增大了工作難度,同時降低了工作效率[2-4]。
(3)鋼絲繩固定器、平衡滑輪系統(tǒng)、縱移油缸支撐系統(tǒng)均在主梁內(nèi)部設(shè)置橫梁增加其強度。通常為考慮橫梁在主梁內(nèi)的安裝空間,橫梁設(shè)計之初就保證其可在主梁安裝位置作360°旋轉(zhuǎn),并在后期組裝間隙處設(shè)置墊板。但由于平衡滑輪系統(tǒng)與縱移油缸支撐系統(tǒng)位于主梁變截面位置,而且主梁內(nèi)部加勁肋較密集,造成橫梁安裝空間受限,無法正常組拼。
(4)前吊點縱移油缸耳座焊接于主梁內(nèi)部的縱移油缸支撐梁兩側(cè)靠近端部,保證支撐梁中部因受彎產(chǎn)生的位移最小。縱移油缸與支撐梁連接之后,雖然可以正常就位于規(guī)定位置,但移動空間極其狹小,油缸移位非常困難,而且安裝難度大,極易與主梁腹板上加勁肋發(fā)生干涉[5]。
(1)每個吊點滑輪組倍率采用24,相應(yīng)可縮減吊具尺寸,避免與主支腿干涉,雖使動滑輪架支撐板下部結(jié)構(gòu)間隙增大,但不影響其均衡受力,擺軸所受剪力依然滿足要求。而且修改周期短,更加安全合理。
(2)對于穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu),通常不會考慮破壞其完整性,鑒于此,在動滑輪架側(cè)板開觀察孔,其開孔位置保證可對吊軸組進行微調(diào),并同時最大范圍地觀察其異動,以便隨時做出調(diào)整。
(3)變截面位置橫梁設(shè)置的方法:
①對于加勁肋不密集的主梁節(jié)段,橫梁長度以變截面處最短距離作為旋轉(zhuǎn)的最大空間設(shè)計。
②對于加勁肋密集的主梁節(jié)段,采取先安裝橫梁,再組拼主梁節(jié)段的方法。
(4)縱移油缸支撐梁頂推位置設(shè)置在其中段部位,加強支撐梁支撐位置強度,保證安全的情況下,可使施工空間增大、操作方便,無須改造主梁腹板結(jié)構(gòu),便可更好地控制組裝工期。
起吊系統(tǒng)由前起重小車和后起重小車兩部分結(jié)構(gòu)組成。兩部分結(jié)構(gòu)均包括橫移機構(gòu)(包括滑移橫梁和橫移油缸)、縱行機構(gòu)、起升機構(gòu)(包括鋼絲繩固定器、平衡滑輪系統(tǒng)、定滑輪組和吊具)和輔助機構(gòu)(縱移油缸支撐梁、鋼絲繩固定端內(nèi)撐梁和鋼絲繩托架三部分結(jié)構(gòu))四大機構(gòu)。
為適應(yīng)不同尺寸梁片的吊裝,以及曲線架梁時方便梁段位置的調(diào)整,起吊系統(tǒng)滑移橫梁頂部對稱設(shè)置兩套液壓缸機構(gòu),分別驅(qū)動左右兩側(cè)定滑輪組沿著滑道同步橫移。橫移機構(gòu)包括滑移橫梁和橫移油缸兩部分結(jié)構(gòu)[6-8]。前后起重小車均有設(shè)置。
3.1.1 滑移橫梁
滑移橫梁是起吊系統(tǒng)的主支撐構(gòu)件,滑移橫梁包含兩個矩形縱梁,與頂部兩個定滑輪呼應(yīng)設(shè)計,方便均勻受力。支撐在主梁開孔處下翼緣滑板上,保證滑移橫梁沿著主梁做縱向移動,同時設(shè)置限位結(jié)構(gòu),最大程度地保證了橫梁與主梁滑道始終接觸,并避免了縱移時其側(cè)翻的可能。由于主梁空間的限制,前后起重小車不同點在于耳座的布置,滑移橫梁構(gòu)造如圖2所示。
圖2 滑移橫梁
3.1.2 橫移油缸
橫移油缸可通過推動定滑輪組調(diào)整吊點進而達(dá)到對整個起吊系統(tǒng)橫向的調(diào)節(jié),由滑移橫梁中部對稱布置,單側(cè)均成對設(shè)置,行程為±200 mm。兩支油缸保證推拉同速,同步頂推定滑輪組沿指定滑道橫移[9]。
前后起重小車的縱移油缸相同,但安裝方式由于主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的考慮而不同。縱行機構(gòu)如圖3所示。
圖3 縱移油缸
起升機構(gòu)主要起連接和升降的作用。兩個起重小車各有兩個吊點,主梁前側(cè)為單獨卷繞形式,后側(cè)即平衡卷繞形式,達(dá)到四點起吊三點平衡的原理,促使一體機在吊裝作業(yè)時箱梁均衡受載,平穩(wěn)起落,起升機構(gòu)包括定滑輪組、平衡滑輪系統(tǒng)、鋼絲繩固定器、吊具四部分結(jié)構(gòu)[10]。
3.3.1 定滑輪組
(1)每個吊點配置兩個定滑輪組,分別安裝于滑移橫梁的兩側(cè)端部。注意滑輪放于滑輪架上后,在滑輪邊緣安裝5根護繩軸,避免鋼絲繩發(fā)生跳繩現(xiàn)象。如果忘記安裝護繩軸或?qū)摻z繩穿于護繩軸外均會給施工造成極大的安全隱患。
(2)為避免定滑輪組在橫移的過程中,發(fā)生偏斜,脫開滑道,在滑道兩側(cè)設(shè)置反抓板,保證定滑輪組與滑移橫梁滑道始終接觸,將偏斜側(cè)向力控制到最小。通過油缸比例閥實現(xiàn)推拉同速[11]。
3.3.2 平衡滑輪系統(tǒng)
平衡滑輪系統(tǒng)(包括兩個滑輪)與后起重小車連接;為后吊點除卷揚機外的另一側(cè)鋼絲繩固定端;于主梁腹板上開穿繩孔洞,經(jīng)鋼絲繩卷繞后構(gòu)成兩側(cè)均衡受力的一個吊點。需要注意梁段起吊時,遵循先起升、后降落的原則。滑輪軸采用傳感器軸,準(zhǔn)確迅速地檢測起吊時鋼絲繩拉力的大小和變化,據(jù)此來達(dá)到安全起吊的效果。平衡滑輪系統(tǒng)如圖4所示。
圖4 平衡滑輪系統(tǒng)
3.3.3 鋼絲繩固定器
作用同平衡滑輪系統(tǒng)相似,由縱移油缸內(nèi)撐梁、傳感器軸等組成。鋼絲繩先與前起重小車吊點連接,后達(dá)鋼絲繩固定端座,將鋼絲繩跑頭固定在其上。傳感器軸的作用與平衡滑輪組的相同,最終也是達(dá)到安全起吊的效果。固定端座構(gòu)造如圖5所示。
圖5 固定端座
3.3.4 吊具
吊具中動滑輪組與吊梁為主要構(gòu)件。吊梁可在動滑輪架內(nèi)擺軸,適應(yīng)因坡道架梁使吊軸組與梁段之間產(chǎn)生的角度,同時避免吊桿因受剪影響其使用壽命(吊桿安全系數(shù)為4),使得吊裝作業(yè)也更加安全可靠。在吊裝施工中,鋼絲繩承受提升、牽引、拉緊和承載之力。為了滿足工作可靠等特點,本設(shè)計選用韓國DSR Compacted 6×WS(36)+ IWRC-32-1960-右交面接觸鋼絲繩,鋼絲繩實際安全系數(shù)n=5.6。吊具構(gòu)造如圖6所示。
圖6 平衡滑輪組
為了滿足主構(gòu)件的功能及安全等需求,設(shè)置輔助機構(gòu)保證整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。輔助機構(gòu)包括縱移油缸支撐梁、鋼絲繩固定端內(nèi)撐梁和鋼絲繩托架三部分結(jié)構(gòu)。
(1)本設(shè)計吊裝噸位為1 000 t。
國內(nèi)外其他架橋機起吊系統(tǒng)的吊裝能力一般不超900 t,如:應(yīng)用于秦沈客專線路的JQ900A架橋機,應(yīng)用于合寧客運專線襄滁河特大橋JQ900A型步履式架橋機,應(yīng)用于滬昆線、京福線等線路的JQDS900型架橋機,應(yīng)用于鄭徐線、皖贛等線的JQSS900架橋機起吊系統(tǒng)的吊裝能力均為900 t。
(2)后吊點設(shè)計為跨距較大的可移動式。
不僅可吊裝40 m梁片,而且滿足24 m、32 m標(biāo)準(zhǔn)和24~40 m之間的非標(biāo)雙線整孔箱梁的吊裝。即使是應(yīng)用較廣泛的SLJ900/32流動式架橋機也無法達(dá)到如此通用,此設(shè)計充分賦予昆侖號架橋機全能選手的稱號[12]。
(3)本設(shè)計縱移距離采用+450~-200 mm。
這樣可以最大限度地調(diào)整梁段縱向的位置,尤其是昆侖號架橋機進入喂梁工況時,為避免梁段與主支腿發(fā)生碰撞,停止整機前行,通過起吊系統(tǒng)縱移微調(diào)梁片使其就位。進而保證精準(zhǔn)落梁。例如國內(nèi)先進的SLJ900/32流動式架橋機起吊系統(tǒng)的縱移距離是±200 mm,說明本設(shè)計在同類設(shè)備中更具優(yōu)勢。
(4)后吊點平衡滑輪組位于昆侖號架橋機主梁變截面處,依然可保證出入繩角度不大于2°。采用以考慮主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計安全為主的前提下,布置鋼絲繩平衡卷繞的位置。在主梁內(nèi)部布置相應(yīng)橫梁增加其強度。本設(shè)計不僅保證了整機的安全性,還使自身結(jié)構(gòu)更具巧妙性。
通過對設(shè)計創(chuàng)新點的剖析,表明本設(shè)計優(yōu)于現(xiàn)階段的架橋機的起吊系統(tǒng),理論計算驗證了本起吊系統(tǒng)能夠滿足昆侖號架橋機的施工要求,并且適應(yīng)箱梁最大長度由32 m延伸到40 m,噸位從900 t提升至1 000 t,系統(tǒng)解決特殊工況下橋梁架設(shè)和供電協(xié)調(diào)性等問題,使得應(yīng)用更加廣泛。多處節(jié)點采用栓接的方式,增大了拆除的便捷性,部分結(jié)構(gòu)采用中空的設(shè)計,使后期維修更加容易,同時可降低組裝難度。福廈鐵路實踐表明,昆侖號架橋機的起吊系統(tǒng)具有操作方便、控制精度高等特點。