黄耀怡余春红三论我国高铁架运提成套装备发展之路(二)

1★三论我国高铁“架运提”成套装备与技术发展之路★二、对我国高铁及海湾大桥轮胎式运梁车的发展与创新之路回顾与展望黄耀怡余春红（中铁第五勘察设计院集团公司北京102600）摘要从介绍自行式液压平板车（SPPMT）的装备和技术在世界上的发展历程到对基于SPMT技术的大吨位轮胎式运梁车在我国的发展与创新之路的论述，内容包括总体方案、细节设计、基础理论、应用技术、典型范例以及我国为科威特王国研制的双幅变幅1700t/60m运梁车的创新成果介绍等；全文撰写系以作者的亲身经验为主线，且引经据典，理论与实践并举，图文并茂，值得一读。这是架桥机论、提梁机论、运梁车论之“架运提”三论中的第二篇。希望能对您了能和研究中国高铁建设技术和实况有所帮助。关键词液压悬挂自行自控SPMT运梁车理论设计应用创新历程1引论----关于大吨位轮胎式运梁车发展与创新的技术基础1.1世界自行式模块运输车（SPMT）概述自行式模块运输车的英文全称为“selfpropelledmodulartransporter”,通称缩写“SPMT”。这种车辆也被通称为自动式液压平板车。自行式液压平板车是在70年代中期才出现的，此前需要牵引车拖动。这种车系将大功率柴油发动机直接安装在平板车上，在部分车轮中加装夜压马达来驱动车辆行驶。到80年代初期，自行式模块化液压平板车开始兴起，这种采用模块设计、电子控制、可以横向和纵向拼接的车辆，最大载重量已高达万吨级。1957年德国索埃勒（Scheuerle）开发出第一款液压平板车（须另加牵引车），1972年，索埃勒开发出电子控制的自行式液压平板车。1982年，索埃勒研制出世界最大的1800吨级模块式液压平板车，1993年，索埃勒开发了世界第一台SPMT，总长80m，共有车轮512个（见图1）。2图1索埃勤5200t自行式液压平板长车1994年，国际工业运输车辆集团（TII）成立，成员包括德国索埃勒、克玛格（Kamag）和法国尼古拉斯（Nicalas），其中后两者的代表曾分别与笔者有过技术交流（因京沪高铁施工装备研制）。自TII成立后，从此开启了世界超大件运输的新亿元。由他们开发的SPMT系列由4轴和6轴模块组合，其特点是：各模块配置动力头（PPU），液压驱动，液电程序控制，多方位转向，平板靠液压悬挂系统升降。它尤其适合海洋平台移位，最大组合吨位可达1万5千吨。这种组合不管有多少轴线，只需1名工作人员通过遙控器即可实现组合车体各个模块的同步动作。而模块可用起重设备吊装，可用汽车或集装箱长途运输，如图2、图3所示。图2模块车的组合模式（2个模块组合）图3模块车的长途汽运（1个模块车）2005年，俄罗斯LUKOIL石油公司为北冰洋建造第一座抗冰石油平台，其底座为一个长³宽³高＝53³53³45m的八角形钢结构，重10200吨。由荷兰玛姆特大件运3输公司动用10台索埃勒和克玛格的SPMT（总计432轴线）运输。从2007年7月1日凌晨3点开始到晚上8点运输装船工作全部完成。图4、图5所示为SPMT驮运整体钢桥结构的壮观景象。图4用SPMT整体运输德国汉堡海港大桥情景图5中国重型吊运公司用SPMT整体运输钢桥情景1.2大吨位轮胎式运梁车的技术基础.大吨位轮胎式运梁车的关键技术系源自于以上所述之自行式液压平板车(SPMT)。主要有以下几项：(1)驱动方式静液压传动。用柴油发动机作为动力驱动变量液压泵，用变量泵驱动液压马达，液压马达经减速机带动驱动桥。现代的SPMT驱动方式的突出特征是驱动轮由单独的液压马达驱动，且液压马达与减速机合二为一，称为车轮液压乌达，直接安装到驱动轮轮辋内，成为现代专门的“轮边驱动技术”。大吨位轮胎式运梁车则直接采用了这一技术，见图6。41－平衡臂；2－悬挂架；3－悬挂油缸；4－减速机马达；5－摆动桥；6－轮胎轮辋图6大吨位轮胎式运梁车的液压悬挂驱动轮构造图(2)转向系统为了使SPMT实现全轮多方位转向，系采用了柴油发动机驱动变量泵－变量马达闭式液压系统，通过微电控制程序控制液压系统实现全轮转向：在每个悬挂架上都装有转角传感器或编码器，来反馈悬挂架的转向信息(方位座标)给控制系统，该系统通过微电脑计算之后，发送指令给变量泵或电磁多路阀等来控制液压油的流量，液压油经油缸推动转向连杆推动车轮转向，或经液压马达驱动行星齿轮转向系统使车轮转向。而且在微电脑系统的控制下可实现不同模式的转向，例如横行、移行、八字或原地转向等。大吨位轮胎式运梁车也直接应用了上述转向技术，见图7。图7大吨位轮胎式运粱车的连杆式与齿轮式混合转向机构(3)液压悬挂系统液压悬挂是利用液压油缸来实现传力和减振功能的，钎悬挂通过油路相通来适应路面的不平度和坡度(主要是横坡)，实现载荷均衡。由于从总体上讲车架是一个格栅梁式结构体系，要保持这个体系结构的支承稳定性，至少须有不在同一直线上的三点支承，它才是静定的。所以一辆自行式液压平板车的车下支承体系应由不少于3个悬挂组构成，一个悬挂组为一个支承点，在这个组内各悬挂的油路相通，组与组之间的油路不相通。在车辆运行时，各组形成一个闭式回路液压系统，使车辆遇到凹突不平的路况时，可通过油色工的自动伸缩运动，使同一支承组内的悬挂均匀受力，即轮胎反力相等，如图8所示，这也正是大吨位轮胎式运梁车所采用的液压悬挂设计原理之一。1－车架；2－悬挂架；3－悬挂液压缸；4－轮胎；5－地面图8液压悬挂适应凹凸不平路靣的作用原理采用液压悬挂系统，另一个重要的功能是，可以提供车辆地板平面的整体升降，这是能够形成SPTM驮运万吨大件技术的核心技术之一。目前SPTM悬挂油缸的行程通常在±350mm以内，而大吨位轮胎式运粱车通常为±300mm。5(4)液电控制系统自行式平板车的微电脑液压控制系统主要由以下几部分组成：行走驱动系统、制动控制系统、转向控制系统、悬挂系统、发动机监控系统、防滑差速差力系统、自动调平系统、重心载重显示系统、智能故障诊断系统以及遥控技术等。此外控制系统之间数据的传输采用了当前最为流行的车载CAN总线技术，为实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。大吨位轮胎式运梁车的液电控制系统的传输原理如图9所示。1.3大吨位轮胎式运梁车的早期应用概况20世纪70年代初，大吨位箱形PC梁整体运架技术在意大利面世，当时使用的运梁车为轮轨式（见图10）。1992年韓国正式开始建设京釜高铁，随之整体箱梁运架技术在韩国高铁施工中得到应用，其中25m箱梁自重560t，采用意大利提供的轮胎式运梁车运输（见图11）2000年初，台湾高铁施工再次大规模使用这种技术，由意大利提供的运梁车最大运载量已达915t（见图12）。值得一提的是，2000年我国郑州大方公司生产的DCY450型轮胎式运梁车已在秦沈客运专线施工中使用。这是我国最早自主研制的大吨位运梁车（见图13）。图9大吨位轮胎式运梁车液电控制传输原理图图10意大利轮轨式900t运梁车6图11韓国轮胎式560t运梁车图12台湾轮胎式915t运梁车图13秦沈客运专线DCY450型轮胎式运梁车2我国首款轮胎式运梁车---DCY450型运梁车2.1概况DCY450型轮胎式运梁车是郑州大方桥梁机械有限公司于2001年与及配套的DF450型架桥机一起研制成功并投入秦沈客运专线施工使用的现代架桥设备，这种大吨位铁路无轮式架桥成套设备在我国尚属首创。2.2DCY450型轮胎式运梁车主要功能特点2.2.1主要技术参数载重量：450t轴距：1500mm轴数：28轴/2列，14轴/列轮胎数：112个，4个/轴，4个/悬挂轮胎规格：11.00R20驱动方式：静液压传动发动机功率：2（台）³330KW行车速度：重载3Km/h，空车8km/h7爬坡能力：3％悬挂油缸行程：±350mm最小转弯半径：36.5m自重：130t外形尺寸：29.6×6.55×2.05m2.2.2主要结构及特点DCY450型轮胎式运梁车主要由车架、驱动桥、从动桥、悬挂装置、轮系、转向系、动力设备、液压系统、电气控制系统、制动系统及驾驶室等组成，如图14所示。1驾驶室2发动机3液压4制动系统5转向装置6车架7液压悬挂8驱动桥9从动桥10电气控制系统图14DCY450型轮胎式运梁车设计总图DCY450型轮胎式运梁车主要有以下特点：（1）采用变量泵－变量马达静液压驱动，PLC微电脑程序控制技术，成功解决了行驶中的差速、差力问题。（2）独立悬挂及连杆式转向机构设计，并通过液电控制技术实现多方位全轮液压转向。（3）液压`悬挂油路分组连通，使车辆底架成为3点支承的静定格栅粱结构体系，保证了车辆行驶过程的整车稳定性，以及使所运载的箱形PC粱形式上的4点支承变成实质上的3点支承，即不会发生3足鼎立1足悬空而使梁体承受自重所致的扭剪力。（4）按人机工程设计的双驾驶室，配有监视器、偏载及车体倾斜显示和激光导向装置。（5）液压悬挂油缸行程达到±350mm，能够适应路面严重凹凸不平的恶劣路况。（6）与DF450型架桥机配合进行架梁作业，开创了我国铁路无轨架梁施工的历史，为我国自秦沈客运专线之后的高铁建设快速施工打下了良好的基础。3我国首台900吨级轮胎式运梁车---TLC型运梁车研制3.1概述由于高速铁路线路道床技术要求的限制、PC箱梁预制场的位置及其周边地理环境的限制，以及PC箱梁梁体构造及力学特性的限制，使得从制梁场到架桥现场之间对PC箱梁的运输必须使用轮胎式特种车辆。TLC900型运梁车正是为了满足这种需要而研制,见图15。8图15TLC900型运梁车样车重载(1000t)试验实景由秦皇岛天业通联公司研制的本型运梁车主要用于运输跨度为32m、24m、20m的双线整体箱形PC梁，并能与架桥机配合完成相应的架梁作业、驮运架桥机实现桥间短途转场，或穿越双线单洞隧道。TLC900型运梁车系机电液一体化的现代化特种车辆设备，采用液压驱动、液压悬挂、液压转向技术，它们的操作均采用电液比例控制。从实际操作面板上系体现为工业微机来控制驱动、转向、悬挂的升降和调平，以即时实现直行、斜行、八字转向、半八字转向等多种运动模式。从而使整车达到灵活、平稳、无滑移行驶，且可在窄小场地执行工作任务。运梁车还具有自动辅助驾驶、遥控、防撞和故障诊断等智能化系统。这是我国拥有完全自主知识产权、与国际知名产品技术水平相当的先进成果。自秦沈客运专线建成并于2003年10月12日正式通车运营之后的2005年，我国同时有多条时速300公里的客运专线开工建设，包括武广线、石太线、郑西线等。因此，给TLC900型轮胎式运梁车提供了广阔的施工平台，施工单位争相抢购，供不应求。由于该运梁车设计合理，制造精湛，且与配套的TLJ900型架桥机架梁施工配合良好，経得起现场长期使用的考验，在头几年里雄姿可见图16、图17。图16TLC900型轮胎式运梁车在现场运梁实照9图17TLC900型轮胎式运梁车与TLJ900型架桥机配合架梁作业图3.2TLC900型运梁车主要性能指标1平台地板尺寸：2.1x35.2m；地板轨顶距地面最低高度：2.5m2额定载重量：900t；适应梁型及梁跨：双线箱梁，32m、24m、20m3轴线/悬挂：16/32（每悬挂含1对轮胎），轮胎直径x厚度=1734x698mm4重载速度：0～5km/h；空载速度：0～10km/h5适应路面坡度：纵坡5%，横坡4%6运行模式：直行、斜行、八字转向、半八字转向，最大转向角度：α＝±30°7最小转弯半径：R≥35m8悬挂升降能力：h=±300mm9轮胎接地比压：P≤0.6Mpa10装机容量：2x400kw；液压油箱容积：2400L11自重：268t3TLC900型运梁车系统组成与设计整车由车架（含前后辅助支腿）、活动及固定枕梁、悬挂、动力系统、液压系统、电气系统、控制系统、制动系统、转向系统及操纵系统（驾驶室）等组成。3.1总体结构设计3.1.1总体结构组成在设计过程中将车架、驾驶室、动力仓、枕梁、悬挂等划归为总体结构组成，见图18所示。1后驾驶室；2动力仓；3活动枕梁；4车架；5悬挂；6固定枕梁；7前驾驶室图18TLC900型轮胎式运梁车结构总体组成图3