900吨级箱梁运架设备研究设计报告

高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告1高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告一、概述我国高速铁路建设已酝酿多年，铁道部就其模式、暂规进行了一系列的研讨、规划和设计。秦沈客运专线的建设，标志着我国铁路建设迈入一个新的里程碑，拉开了我国高速铁路建设的序幕，取得了有益的经验。结合中国国情，我国高速铁路桥梁及其架设的特点将是：1.既有连续多孔的特大桥，也有较多的一座桥只有几孔梁的中小桥，中小桥多数是断断续续地沿线散布，且同一座桥中的跨度也可能有变化。这些都对高速铁路运架设备提出了更高的要求。2.以预制的32m及以下跨度预应力混凝土箱梁为主。3.为保证线路满足行车需要，采用先架后铺作业方式，架梁设备在没有铺设线路的路基上运送架设箱梁。4.京沪高速铁路属于国家重点工程，是2008年北京奥运会基础设施项目之一，由于工程量巨大，工期相对紧张，因此一旦开始修建，必将形成分段、多点、多单位同时并行施工格局，施工设备的需求量较大。中铁机械院早在1996年就开展高速铁路箱梁架桥机的研究高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告2工作，长期关注国内外架桥机，特别是高速铁路架桥机的发展动态。由铁道部科技司立项，中铁机械院、中铁二局集团研制成功的JQ600型箱梁架桥机，在秦沈客运专线上取得了架设157孔双线箱梁的业绩，其主要技术指标达到或超过了设计要求，居国际同类产品的先进水平。并获2002年中铁工程总公司科技进步二等奖，为今后的研究打下了坚实的基础。高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计，是中铁二局集团有限公司、中铁工程机械研究设计院2002年5月在铁道部科技司立项，为高速铁路箱型梁架设而进行的科研项目。设备由三部分组成：JQ900型箱梁架桥机、YL900型轮胎式运梁车和TLJ450型提梁机。二、国内外现状及简要说明我国现有各种型式、各种吨位的铁路架桥机50余台，可分为T梁和箱梁架桥机两大类。在秦沈客运专线上使用的八台箱梁运架设备中，单线箱梁和双线箱梁架桥机各四台，最大起吊能力为600吨，从结构型式上可分为步履（迈步）式、下导梁式、运架一体式及拼装式架桥机，其中运架一体机为意大利NICOLA公司生产。此外，在国外使用的还有导梁式架桥机。下导梁式架桥机起重小车定点架梁，主梁受力较小，但一座桥的首、末孔梁架设较困难，工地桥间转移复杂，需解体重新高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告3组装，只适合某些特定的工点施工。运架一体机一套设备集梁场提梁机、运梁车、架桥机三者功能于一身，但该设备只能顺序作业，不能平行作业。导梁纵移在吊梁情况下进行，前移导梁需要较大的作用力。此外，其梁场取梁方式决定了梁场占地面积大。步履式架桥机机动灵活，过跨工序简便，对墩台无特殊要求，能很方便地架设变跨梁；架梁、运梁平行作业，施工效率高；桥间转移便利，适应性强。既适合多孔连续的特大桥施工，也能很好地适应一座桥中只有几孔箱梁的中小桥分散桥群施工。下面介绍几种国内外典型的高速铁路箱梁架桥机中铁机械院与中铁二局自行研制的JQ600型步履式架桥机高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告4中铁大桥工程局的JQ600型下导梁式架桥机中铁五局在秦沈线施工用的YJ550型运架一体机高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告5意大利Nicola公司步履（迈步）式架桥机台湾高铁施工用的导梁式架桥机高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告6意大利Nicola公司的下导梁式架桥机台湾高铁施工用的步履（迈步）式架桥机几种架桥机主要技术性能参数如下表所示。高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告7国内外几种架桥机主要技术性能参数型号JQ600下导梁式JQ600步履式DF450迈步式YJ550运架一体机台湾C280项目架桥机JQ900步履式适用梁型24/20m双线24/20m双线32/24/20m单线24/20m双线30m32/24/20m双线额定起重量600t600t450t550t690t900t适应曲线半径≥3000m≥2500m≥2800m≥2500m≥2500m适应坡度≤12‰≤15‰≤12‰≤30‰≤20‰≤15‰架梁速度1～2孔/d1～2孔/d1跨/d1～2孔/d外形尺寸(长×宽×高)65×15×13m57.8×12.3×14.79m68.6×8.9×9.7m53.3×7.17×8.5m64×18×13.8m66×17.08×12.3m整机质量480t499t328t245+176t486t整机功率250kW200kW225kW2×247kW300kW三、JQ900型箱梁架桥机研究设计1设计原则和总体构思为了使我国桥梁工程的施工设备达到国际先进水平，为即将开始的京沪高速铁路和新的客运专线建设作好技术准备，中铁工程机械研究设计院从1996年即开始高速铁路箱梁架桥机的研究工作，长期关注国内外架桥机，特别是高速铁路箱梁架桥机的发展动态，成功研制了用于秦沈客专线的JQ600型箱梁架桥机。高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告8结合京沪高速铁路工程的特点，确定了高速铁路箱梁架桥机研制的基本原则：（1）整机性能高，满足京沪高速铁路箱梁架设施工要求，技术性能达到国际先进水平；（2）设备自动化程度高，施工安全可靠；（3）采用成熟技术，符合中国国情，能够在国内自行制造；（4）现场维护保养方便；（5）造价低。京沪高速铁路全长一千多公里，途经北京、天津、河北、山东、安徽、江苏、上海等省市，其中桥梁约占线路总长的42%左右。因此，安全高效的箱梁架设施工在整个工程建设过程中起着举足轻重的作用。目前国际上具有代表性的高速铁路架桥机有三种形式：步履式，导梁式和运架一体式。这三种形式的架桥机各具特色，有各自的针对性和适应性。运架一体式运架作业程序为顺序式，步履式、导梁式运梁、架梁为平行作业。而步履式架桥机过跨作业简便，对墩台无特殊要求，不仅适合架设箱梁集中的长大桥，也适合桥群分散的中小桥及变跨桥的施工。综上所述：步履式架桥机以其机动灵活、适应性强而更适应中国国情。通过JQ600型箱梁架桥机的使用，以及对国内外使用的高速高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告9铁路箱梁架桥机的调研，针对京沪线桥梁工程施工特点，我们提出高速铁路900吨级箱梁运架设备的设计方案：提梁机装梁，轮胎式运梁车运梁，尾部喂梁；架桥机吊梁拖拉取梁，跨一孔架梁；架桥机轮胎式步履纵移；可以架设32m、24m、20m双线等跨箱梁及变跨梁。架桥机二、三号柱相对机臂固定，通过变换一号柱的支承位置，可以适应高速铁路桥梁不等跨梁的架设。吊梁小车取梁时位于二号柱附近，采取吊梁拖拉方式取梁，从而解决架设变跨梁时三号柱的施工荷载问题。架桥机纵移走行驱动采用轮胎式液压驱动走行，与以往架桥机采用的轮轨式相比，具有机动灵活，施工效率高，工人劳动强度低等特点。2JQ900型箱梁架桥机功能与用途JQ900型箱梁架桥机主要用于高速铁路900吨级32m及以下跨度双线预制箱梁的架设，可架设32m、24m、20m双线等跨箱梁及其中任意跨度组合的变跨箱梁。理论架梁速度不小于1孔/4小时。3JQ900型箱梁架桥机主要技术参数架设梁型：32m、24m、20m双线等跨箱梁及变跨箱梁额定起重量：870,000㎏高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告10最大起重量：910,000㎏最小架设曲线半径：2500m架设最大纵坡：15‰架桥机工作状态风压250N/m2(6级风)架桥机纵移速度：0.3～5m/min一号柱伸缩行程：700mm吊梁小车：起升高度：8m起升速度：0.1～1.0m/min走行速度：0.1～5.0m/min横移量：±200mm外形尺寸(长×宽×高)：66000×17080×12300mm整机重量：486,000kg整机配电功率：300kW（移动式发电车）理论架梁速度：1孔/4小时配用运梁车：YL900型轮胎式运梁车4JQ900型箱梁架桥机结构型式JQ900型箱梁架桥机为龙门式双主梁三支腿结构（如下图所示）。主要由一、二号吊梁小车，机臂，一号柱，二号柱，三号高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告11柱、液压系统和电气控制系统等组成。4.1吊梁小车架桥机配有两台吊梁小车，有各自独立的起升机构、走行机构和横移机构。每台吊梁小车装有两套独立的起升机构，后小车的两套起升机构通过均衡轮使两吊点受力均衡，从而将架桥机吊梁作业时的四吊点转换成三吊点，使箱梁受载均衡，平稳起落。吊梁小车采用凹式结构架，走行机构采用链条牵引，重物移运器承重走行的方式，以降低整机高度。为确保吊梁作业安全，吊梁小车起升机构的高速轴、卷筒均设有制动装置，高速轴采用液压推杆制动器作为常规运行制动，低速级采用液压盘式制动器作为紧急制动，以防止起升传动机构故障而发生事故。吊梁小车具有三维运动和微动功能，能保证箱梁的准确对位安装。起升采用传统的电机—减速机—卷筒方式，走行通过液压马达驱动链条拖拉，油缸推动横移小车横移。起升、行走速度无级可调，起升机构采用变频器无级调速，平稳可靠；走行驱动采高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告12用变量泵—变量马达系统，调速范围较大，可以进一步提高作业效率。4.2机臂机臂是架桥机的承载主梁，为双箱梁结构，根据机臂的受力工况和有限元分析计算，每根箱梁设计成箱形变截面形式。全长65.0m，箱梁高2.7m；两主梁中心距9m，分成六个节段，节段间采用高强螺栓联接。JQ900型箱梁架桥机力学计算模型机臂与二、三号柱通过高强螺栓固定联接，一号柱纵移时可与机臂相对运动，架梁时通过托挂轮组、拉杆定位装置与机臂铰接。机臂两端用横联连接，二、三号柱部位采用马鞍形横联连接，高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告13可以进一步提高机臂间的横向连接刚度，马鞍形结构既可以保证吊梁小车的通行，又能提高整机的横向整体性。几种主要工况计算结果如下所示：一号小车吊梁拖拉至跨中应力图σ机臂max=170MPa，δ=72mm；σ二号柱max=180MPa高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告14二号小车取梁工况应力图σ机臂max=162MPa，δ=59mm；σ二号柱max=224MPa一号柱纵移到位应力图σ机臂max=127MPa,δ=217mm4.3一号柱一号柱是架桥机的前支腿，支撑在前方墩台前半部支撑垫石上。主要由托挂轮组、折叠柱、伸缩柱等组成。架梁作业时与机臂纵向固定成铰接结构，成为柔性支腿，与机臂、二号柱组成龙门架结构，满足架梁作业支撑要求。纵移作业时一号柱与机臂之间可相对运动，实现架桥机步履纵移。一号柱设有折叠机构，可以满足正常架梁和最后一孔箱梁架高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告15设时一号柱上桥台支撑的需要。一号柱与机臂有三个固定位置可以满足三种不同跨度箱梁的架设。4.4二号柱二号柱位于机臂中部，与机臂固结，是“龙门架”结构中的刚性支腿。为“O”形门架结构，根据其受力特点，在龙门架平面设计成上宽下窄形式，以提高与主梁的连接刚性。二号柱的下横梁设有两个液压伸缩支腿，满足纵移时换步要求和架梁作业时稳定支撑要求。由于运梁车驮运架桥机工况的需要，下横梁设计成可拆卸式。4.5三号柱三号柱是架桥机纵移驱动支柱，为满足运梁车喂梁通过及架桥机纵移驱动要求，设计成门架结构。由升降柱、折叠机构、走行机构、液压悬挂均衡装置、转向机构等组成。升降柱、折叠机构使三号柱有两种支撑工位——宽式支撑和窄式支撑。运梁车喂梁作业时，架桥机三号柱提升支腿并外摆走行轮组形成宽式支撑，运梁车可以载梁从三号柱内部通过，完成喂梁作业，并在箱梁被完全吊离运梁车顶面后自由退出。使架梁与运梁作业并行，提高了作业效率。由于吊梁小车取梁位置紧靠二号柱，所以取梁时三号柱支反力很小，而且三号柱轮胎式支撑接地面积较大，从而解决架设变跨梁时三号柱施工荷载对已架箱高速铁路900吨级箱梁运架设备研究设计报告16梁的影响。架桥机纵移作业时，三号柱向内摆动走行轮组并支撑在箱梁腹板上方，形成窄式支撑，三号柱的走行驱动机构驱动架桥机向前纵移。三号柱为轮胎式液压驱动走行，8轴16对轮轴，其中4根为驱动轴。采用变量泵——定量马达闭式回路，每个驱动轮组都