張玉敏

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

在一些實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，低速、重載軌道小距離轉(zhuǎn)運(yùn)是較為常見(jiàn)的一種運(yùn)輸工況。鐵路橋梁作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其良好的工作狀態(tài)是保證鐵路安全運(yùn)行的最基本條件。隨著我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)時(shí)間的增加，許多長(zhǎng)時(shí)間服役的重載鐵路橋梁已經(jīng)產(chǎn)生了多種不同程度的病害，梁體病害發(fā)展到一定程度，需對(duì)梁體進(jìn)行更換。線(xiàn)上換梁是一種快速又極為有效的換梁方式，但是橋梁施工地大多在一些山川丘陵地區(qū)，橋隧相連，施工過(guò)程中需要線(xiàn)上運(yùn)梁車(chē)將橋梁運(yùn)輸至施工地段。運(yùn)輸過(guò)程中，由于橋梁的體積問(wèn)題及鐵路運(yùn)輸限界要求，運(yùn)梁車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中需要解決運(yùn)梁過(guò)隧問(wèn)題。如果將梁體直接放在運(yùn)梁車(chē)上可以滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸?shù)南藿缫螅沁\(yùn)梁車(chē)到位后橋梁的小距離轉(zhuǎn)運(yùn)就會(huì)變得極為困難，還需其他大型起重機(jī)械輔助進(jìn)行。鑒于此，可以在運(yùn)梁車(chē)上配置馱梁軌道小車(chē)，將梁體放置在馱梁軌道小車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)轿缓笸ㄟ^(guò)移動(dòng)馱梁軌道小車(chē)實(shí)現(xiàn)梁體的小距離轉(zhuǎn)運(yùn)。采取這種方式運(yùn)輸對(duì)馱梁軌道小車(chē)的尺寸、動(dòng)力系統(tǒng)有了極高的要求，為了在其特殊的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)橋梁的小距離轉(zhuǎn)運(yùn)工作，可以選擇多從動(dòng)輪鏈傳動(dòng)鏈條拖拉的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)

鏈傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是工作可靠，整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，并能夠在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。鏈條傳動(dòng)兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的特點(diǎn)，且與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)成本更底，質(zhì)量更輕便，與帶傳動(dòng)相比鏈條不需要張得很緊，且傳動(dòng)效率很高,一般傳動(dòng)，約為0.94~0.96。對(duì)于用循環(huán)壓力供油潤(rùn)滑的高精度傳動(dòng)，約為0.98。在多軸傳動(dòng)裝置中，鏈傳動(dòng)是理想的傳動(dòng)型式之一，它不僅可以避免笨重的結(jié)構(gòu)，保持規(guī)定的傳動(dòng)比，還能適應(yīng)較長(zhǎng)距離的傳動(dòng)要求，常應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域。

2 低速重載軌道小車(chē)鏈拖拉設(shè)備設(shè)計(jì)詳情

2.1 主要設(shè)計(jì)要求

換梁工況下要求運(yùn)梁車(chē)上的兩臺(tái)軌道馱梁小車(chē)馱載橋梁在≤30‰的坡度軌道正向反向運(yùn)行50m，每臺(tái)軌道馱梁小車(chē)載重(含自重)：185T，車(chē)速：0.5m/min，車(chē)身高：0.3m，車(chē)身長(zhǎng)：1.38m。車(chē)身寬：3.8m。

2.2 設(shè)計(jì)方案研究分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件和軌道小車(chē)參數(shù)要求，如果將動(dòng)力設(shè)備安置在馱梁軌道小車(chē)上，可以采用電動(dòng)機(jī)配減速器的方式實(shí)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)，此方式可以提供精確的傳動(dòng)比，確保小車(chē)運(yùn)行的速度精度，工作可靠，效率高，但是，因?yàn)樾≤?chē)的車(chē)速很小，所用的減速機(jī)尺寸必然會(huì)很大，難以滿(mǎn)足車(chē)體尺寸要求；如果將小車(chē)的動(dòng)力設(shè)備與小車(chē)分離，將動(dòng)力設(shè)備安置在運(yùn)梁車(chē)前后兩端，可以采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引或鏈傳動(dòng)鏈條拖拉的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)，此方式相對(duì)于齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)精度要求較低，工作可靠，能適應(yīng)低速重載的工況，但是使用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，需用到鋼絲繩，鋼絲繩彈性較大，如果出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，對(duì)施工人員的安全會(huì)造成嚴(yán)重威脅。綜合考慮馱梁軌道小車(chē)車(chē)體尺寸和載重之間的矛盾，最終選擇將動(dòng)力設(shè)備安置在運(yùn)梁車(chē)前端，采用鏈傳動(dòng)鏈條拖拉的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)。

采用將軌道馱梁小車(chē)前后兩端固定在鏈條上的拖拉方式，通過(guò)鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)，利用鏈條的拉力將軌道小車(chē)拖動(dòng)，具體實(shí)施方案如圖1所示。每臺(tái)運(yùn)梁車(chē)配備4臺(tái)鏈輪箱，作為運(yùn)梁車(chē)上軌道馱梁小車(chē)的拖拉系統(tǒng)，靠近運(yùn)梁車(chē)前端的兩組鏈輪箱鏈條與1號(hào)馱梁小車(chē)相連（圖中小車(chē)未畫(huà)出），后兩組鏈輪箱鏈條與2號(hào)馱梁小車(chē)相連（圖中小車(chē)未畫(huà)出），兩組鏈輪箱同步運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)軌道馱梁小車(chē)的同步運(yùn)動(dòng)。

圖1 低速重載軌道小車(chē)鏈拖拉設(shè)備

具體鏈輪方案如圖2所示，主要由鏈輪箱體、鏈條、減速器、液壓馬達(dá)等結(jié)構(gòu)組成，液壓馬達(dá)與減速器相連，減速器通過(guò)軸與鏈輪箱中的鏈輪相連，鏈輪箱再通過(guò)螺栓與運(yùn)梁車(chē)相連?？紤]到馱梁軌道小車(chē)要正反向兩個(gè)方向做直線(xiàn)運(yùn)用，可以采用主動(dòng)鏈輪的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在主動(dòng)輪兩側(cè)加裝兩個(gè)從動(dòng)輪，以保證在主動(dòng)輪正反轉(zhuǎn)時(shí)保證鏈條的張緊狀態(tài)。

圖2 鏈輪箱

2.3 設(shè)計(jì)步驟

2.3.1 馱梁軌道小車(chē)牽引力計(jì)算

兩臺(tái)馱梁軌道小車(chē)一起運(yùn)輸橋梁在運(yùn)梁車(chē)車(chē)架軌道上穩(wěn)定運(yùn)行的靜阻力Fj由摩擦阻力Fm，坡度阻力Fp和風(fēng)阻力Fw三項(xiàng)組成。

（1）摩擦阻力Fm

式中：

Q—額定載重量（N）；

G—馱梁軌道小車(chē)運(yùn)動(dòng)部分的自重載荷（N）；

μ—摩擦系數(shù)，μ取值0.08；

代入得：

（2）坡度阻力Fp

式中：α為坡度角，當(dāng)坡度很小時(shí)，在計(jì)算中可用軌道坡度i代替sinα，i＝0.03，代入得：

（3）風(fēng)阻力Fw

工作狀態(tài)計(jì)算公式：

式中：

C—風(fēng)力系數(shù)，取1.1；

kh—風(fēng)力高度變化系數(shù)，取1.25；

PI—正常工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓（N/m2），取150N/m2；

A—橋面板迎風(fēng)面積，A=100m2；

代入得：

（4）靜阻力Fj

2.3.2 馱梁軌道小車(chē)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)

（1）電動(dòng)機(jī)的靜功率

式中：

Pj—電動(dòng)機(jī)靜功率（kw）；

Fj—靜阻力（N）；

v—運(yùn)行速度，最大運(yùn)行速度5m/min；

η—機(jī)械傳動(dòng)效率，取90%；

m—電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)，m=4；

代入得：

（2）單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際所需功率

式中：

P—單臺(tái)電機(jī)的實(shí)際所需功率（kw）；

Kd—為電機(jī)安全系數(shù)，取1.3；

代入得：

故選用4臺(tái)功率為15kw的電機(jī)或液壓馬達(dá)，功率可滿(mǎn)足要求！

（3）減速機(jī)扭矩計(jì)算

單個(gè)減速機(jī)工作時(shí)，鏈條的牽引力F為：104871.25N，取安全系數(shù)為2，單根鏈條需要最小工作拉力F’為：209742.5N；牽引鏈條選用短節(jié)距傳動(dòng)用精密滾子鏈（GB/T 1243-1997），24A雙排鏈條抗拉載荷Fmax為：249100N，滿(mǎn)足使用要求。

選取驅(qū)動(dòng)鏈輪的齒數(shù)為23，則鏈輪的參數(shù)為：

鏈輪節(jié)距P：38.1mm；

鏈輪齒數(shù)Z：23；

鏈輪節(jié)圓直徑D：279.804mm；

每單根鏈條由1個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪驅(qū)動(dòng)，每個(gè)鏈輪的驅(qū)動(dòng)力距為：

液壓馬達(dá)選用丹佛斯OMS80擺線(xiàn)液壓馬達(dá)，最大轉(zhuǎn)速810r/min，最大扭矩240NM，最大輸出功率15.5kw；驅(qū)動(dòng)減速機(jī)選用P2KC09-162-B5-71型減速機(jī)，減速比為162，許用輸入功率為15.5kw，輸出扭矩22000NM，完全滿(mǎn)足工作要求。

3 低速重載軌道小車(chē)鏈拖拉設(shè)備的主要特征

（1）鏈拖拉設(shè)備在馱梁軌道小車(chē)尺寸受限的情況下，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）不受外界環(huán)境的影響，運(yùn)梁車(chē)拖拉設(shè)備都能夠獨(dú)立很好的工作，安裝拆卸方便，成本底，維修簡(jiǎn)單，易保養(yǎng)。

（3）鏈條和鏈輪的傳動(dòng)方式同時(shí)結(jié)合了齒輪和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，一齒一扣，能保證橋梁小距離運(yùn)輸所需精度，整個(gè)設(shè)備效率高，壽命長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)鐵路橋梁運(yùn)輸車(chē)上的馱梁軌道小車(chē)拖拉設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合馱梁軌道小車(chē)的尺寸特點(diǎn)和其低速重載的屬性，對(duì)其拖拉設(shè)備進(jìn)行了分析研究和設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足馱梁軌道小車(chē)尺寸要求的基礎(chǔ)上，采用多從動(dòng)鏈傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)馱梁軌道小車(chē)在相對(duì)惡劣環(huán)境、空間結(jié)構(gòu)受限的情況下低速重載的正常工作。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析計(jì)算，得出了馱梁軌道小車(chē)鏈拖拉設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，并繪制了相關(guān)圖紙，為后期的研究和設(shè)計(jì)提供了技術(shù)保障。具體的應(yīng)用效果還需在后期的樣機(jī)試驗(yàn)中驗(yàn)證，有些細(xì)節(jié)還需在后期樣機(jī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化改進(jìn)。