梁盼盼

（中鐵十一局集團(tuán)漢江重工有限公司 湖北襄陽 441006）

1 引言

隨著我國高速鐵路建設(shè)的迅速發(fā)展，高速鐵路大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（即40 m預(yù)應(yīng)力簡支箱梁）技術(shù)也開始投入新時(shí)代建設(shè)中［1-3］。我國高鐵橋梁施工成套裝備“提運(yùn)架”中的900 t級(jí)大噸位提梁機(jī)、搬梁機(jī)、運(yùn)梁車、架橋機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)已較為成熟，但是1 000 t級(jí)運(yùn)架一體機(jī)由于其本身要求的功能較多、承載較大、自重較大，施工中遇到的工況較為復(fù)雜，所以其設(shè)計(jì)研發(fā)進(jìn)度相比較而言較為緩慢［4-7］。運(yùn)架一體機(jī)中的走行系統(tǒng)是為整機(jī)提供支撐、承載整機(jī)自重及梁片負(fù)荷、傳遞動(dòng)力、轉(zhuǎn)換移動(dòng)方向、調(diào)整整機(jī)高度的重要部件。走行系統(tǒng)的研發(fā)質(zhì)量，一定程度上影響著運(yùn)架一體機(jī)的發(fā)展［8］。

2 昆侖號(hào)架橋機(jī)

昆侖號(hào)架橋機(jī)用于高速鐵路、客運(yùn)專線雙線整孔箱梁的提運(yùn)、架設(shè)?？梢蕴徇\(yùn)整孔箱梁通過時(shí)速250 km和時(shí)速350 km的隧道；可以架設(shè)24～40 m等跨度的高速鐵路、客運(yùn)專線及城際鐵路雙線（單箱單室、單箱雙室）預(yù)應(yīng)力混凝土整孔箱梁；可在隧道口和隧道內(nèi)架梁；可以提運(yùn)箱梁在施工便道、路基和已架好的箱梁上行駛及架梁作業(yè)，對(duì)以上設(shè)施不造成任何危害；可以隨時(shí)架設(shè)位于梁場兩側(cè)的任何一側(cè)的橋梁，而不存在轉(zhuǎn)場問題。

高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)由主梁、走行系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、卷揚(yáng)系統(tǒng)、中支腿、主支腿、附屬結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)等組成。其中走行系統(tǒng)又分為前走行系統(tǒng)和后走行系統(tǒng)兩部分。昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)

3 走行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 走行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滿足24～40 m簡支箱梁基本工況運(yùn)架梁、曲線運(yùn)架梁、坡道運(yùn)架梁、過隧運(yùn)梁、隧道口架梁等要求。因此，對(duì)走行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求比較高［9］。

為滿足各種工況下的運(yùn)架需求，走行系統(tǒng)需要具備以下功能：

（1）前、后走行系統(tǒng)需要承載40 m簡支箱梁（1 000 t）及整機(jī)自重。

（2）前、后走行系統(tǒng)需滿足整機(jī)驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)要求。

（3）前、后走行系統(tǒng)可進(jìn)行90°轉(zhuǎn)向，以滿足整機(jī)可縱向走行和橫向走行的需求。

（4）前、后走行系統(tǒng)能承受一定的拉力，以滿足整機(jī)吊裝的需求。

（5）前走行系統(tǒng)懸掛系統(tǒng)需具有±400 mm的調(diào)節(jié)功能，以滿足整機(jī)運(yùn)梁過隧和坡道運(yùn)架梁需求。

（6）后走行系統(tǒng)需具有±800 mm的高度調(diào)整量，其中懸掛系統(tǒng)需具有±400 mm的調(diào)節(jié)功能，伸縮立柱對(duì)主梁的高度調(diào)整量為±400 mm，以滿足整機(jī)運(yùn)梁過隧和坡道運(yùn)架梁需求。

（7）后走行系統(tǒng)可進(jìn)行平面轉(zhuǎn)動(dòng)以滿足曲線運(yùn)架梁需求。

（8）后走行系統(tǒng)可立面轉(zhuǎn)動(dòng)以滿足坡道運(yùn)架梁需求。

3.2 走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

基于對(duì)前走行系統(tǒng)與后走行系統(tǒng)的功能要求不同，按需設(shè)計(jì)，將前、后走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式單獨(dú)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮滿足基本的受力要求，還需考慮結(jié)構(gòu)尺寸是否符合過隧?xiàng)l件，工作時(shí)是否會(huì)與昆侖號(hào)架橋機(jī)的其他部件產(chǎn)生干涉等問題［10］?？紤]到其懸掛系統(tǒng)應(yīng)具有一致性和互換性，方便協(xié)同工作以及保養(yǎng)維修，故前、后走行系統(tǒng)的懸掛系統(tǒng)采用相同設(shè)計(jì)。

前走行系統(tǒng)與主梁通過螺栓群形成剛性連接，后走行系統(tǒng)自身設(shè)有大型推力關(guān)節(jié)軸承，安裝完成后與主梁形成球鉸連接，保證了昆侖號(hào)架橋機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2.1 前走行系統(tǒng)

前走行系統(tǒng)可平衡主梁因線路縱坡、橫坡產(chǎn)生的彎矩，具有90°轉(zhuǎn)向、調(diào)整高度以及驅(qū)動(dòng)和剎車的功能。

前走行系統(tǒng)由連接曲梁、走行縱梁和懸掛系統(tǒng)等部件組成，結(jié)構(gòu)尺寸22 980 mm（長）×2 934 mm（寬）×7 775 mm（高），如圖2所示。

圖2 前走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

懸掛系統(tǒng)包含懸掛架、平衡臂、車橋、轉(zhuǎn)向耳板、懸掛升降油缸、輪組等部件，如圖3所示。該系統(tǒng)通過回轉(zhuǎn)支承連接于前、后車架縱梁下方。通過轉(zhuǎn)向油缸推拉懸掛架上的耳板實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。懸掛系統(tǒng)左右兩側(cè)車輪組中心距離6.05 m，共10個(gè)軸線，每軸線4個(gè)車輪（輪胎），車輪直徑約1.7 m。其中，6軸為驅(qū)動(dòng)軸，4軸為制動(dòng)軸，液壓驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向。

圖3 懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

連接曲梁與主梁、走行縱梁采用螺栓連接，走行縱梁與懸掛系統(tǒng)之間采用螺栓連接。

3.2.2 后走行系統(tǒng)

后走行系統(tǒng)主要由懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向支撐、縱梁、橫梁、大型推力關(guān)節(jié)軸承、伸縮立柱、主梁頂升等組成，如圖4所示。

圖4 后走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

懸掛系統(tǒng)左右兩側(cè)車輪組中心距離5.2 m，共11個(gè)軸線，其中，6軸為驅(qū)動(dòng)軸，5軸為制動(dòng)軸。

后走行系統(tǒng)縱梁和橫梁通過高強(qiáng)度螺栓連接。橫梁上部設(shè)有大型推力關(guān)節(jié)軸承，通過高強(qiáng)度螺栓與橫梁連接。大型推力關(guān)節(jié)軸承具有自潤滑功能，可承受大噸位的動(dòng)載荷，工作時(shí)軸圈最大擺動(dòng)角可達(dá)3°，滿足了后走行系統(tǒng)的受力要求和轉(zhuǎn)動(dòng)需求。大型推力關(guān)節(jié)軸承上部通過高強(qiáng)度螺栓與伸縮立柱連接，伸縮立柱對(duì)主梁的調(diào)整量為±400 mm，由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)整功能，伸縮立柱通過液壓插銷系統(tǒng)與設(shè)置在主梁內(nèi)部的柱套銷接連接。

由于伸縮立柱對(duì)主梁的高度調(diào)整量為±400 mm，懸掛架自身具有±400 mm的調(diào)節(jié)功能，故后走行系統(tǒng)總共有±800 mm的高度調(diào)整量。后走行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸為24 325 mm（長）×7 088 mm（寬）×8 370 mm（高）。中位時(shí)，昆侖號(hào)架橋機(jī)整機(jī)高為9 200 mm；高位時(shí)，整機(jī)高為10 000 mm；低位時(shí)，整機(jī)高為8 400 mm。

3.3 走行系統(tǒng)的工況及載荷分析

3.3.1 工況分析

高速鐵路40 m簡支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)可完成40 m、32 m、24 m簡支箱梁的架設(shè)，所以設(shè)計(jì)中針對(duì)不同梁型架設(shè)過程中可能出現(xiàn)的載荷工況都要考慮。在運(yùn)梁過程中，前走行系統(tǒng)和后走行系統(tǒng)一起承擔(dān)兩個(gè)支反力；在架梁過孔工況中，后走行系統(tǒng)和主支腿一起承擔(dān)兩個(gè)支反力，此時(shí)前走行系統(tǒng)懸空，不承受支反力，僅承擔(dān)本身自重產(chǎn)生的拉力。

經(jīng)過初步計(jì)算篩選，得到5種控制工況（24 m梁運(yùn)架為非控制工況）。在各工況下，前、后走行系統(tǒng)支反力（含前、后走行系統(tǒng)自重）見表1。

表1 前、后走行系統(tǒng)支反力 t

由表1可知，對(duì)于前走行系統(tǒng)，根據(jù)工況分析結(jié)果可知：前走行系統(tǒng)的控制工況為工況2，即32 m梁運(yùn)輸工況。

對(duì)于后走行系統(tǒng)，根據(jù)工況分析可知：

運(yùn)梁工作狀態(tài)下：后走行系統(tǒng)的控制工況為工況1，即40 m梁運(yùn)輸工況。

架梁工作狀態(tài)下：后走行系統(tǒng)的控制工況為工況3，即40 m梁架梁（過孔）工況。

3.3.2 載荷計(jì)算

進(jìn)行前、后走行系統(tǒng)的載荷計(jì)算時(shí)，要分別計(jì)算每種工況下，其在3個(gè)方向所受的載荷共同作用下的影響。

（1）豎向力

豎向力即最大沖擊載荷，運(yùn)行沖擊系數(shù)為1.3。

（2）縱向力

縱向力主要包含慣性力、30‰斜坡產(chǎn)生的縱向分力、縱向風(fēng)力。

（3）橫向力

橫向力主要包含20‰斜坡產(chǎn)生的橫向分力、橫向風(fēng)力。

分別計(jì)算在運(yùn)梁和架梁工況下的載荷，前、后走行系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 前、后走行系統(tǒng)載荷計(jì)算 t

3.4 走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)上文前、后走行系統(tǒng)的載荷計(jì)算結(jié)果，對(duì)其結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果見表3。對(duì)前走行系統(tǒng)的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)件連接曲梁進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算，結(jié)果見表4。

表3 走行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

表4 連接曲梁結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

計(jì)算分析表明：前、后走行系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，能滿足昆侖號(hào)架橋機(jī)運(yùn)架梁的施工要求。

在24～40 m簡支箱梁的架設(shè)過程中，每一個(gè)工作循環(huán)走行系統(tǒng)都包含吊裝、運(yùn)梁、架梁工況。昆侖號(hào)架橋機(jī)應(yīng)用至今，上百次的工作循環(huán)中，走行系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，證明了其從功能設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都具有可靠性和安全性。運(yùn)梁工況下的走行系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 運(yùn)梁工況

4 結(jié)束語

2020年6月，世界首臺(tái)千噸級(jí)運(yùn)架一體機(jī)昆侖號(hào)架橋機(jī)在福廈鐵路［11-12］湄洲灣跨海大橋首架成功，至今已架設(shè)142孔梁片，其走行系統(tǒng)也經(jīng)受住了實(shí)踐的考驗(yàn)。昆侖號(hào)架橋機(jī)的走行系統(tǒng)是目前我國提運(yùn)架設(shè)備中承載最大、功能最多的輪胎式走行機(jī)構(gòu)。能滿足曲線運(yùn)架梁、坡道運(yùn)架梁、過隧運(yùn)梁、隧道口架梁等各種復(fù)雜工況的施工要求，為我國鐵路建設(shè)發(fā)展大跨度簡支箱梁提供了有力的設(shè)備支撐，使得40 m簡支箱梁的規(guī)劃落成現(xiàn)實(shí)，更為實(shí)現(xiàn)“走出去”戰(zhàn)略增添了技術(shù)力量。