陸 慧 楊建福

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

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

2 設(shè)計難點與解決方案

2.1 設(shè)計難點

（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］。

2.2 解決方案

（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。

3 起吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)。

3.1 橫移機構(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］。

3.2 縱行機構(gòu)

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

3.3 起升機構(gòu)

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

3.4 輔助機構(gòu)

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)。

4 設(shè)計創(chuàng)新

（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。

5 結(jié)束語

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。