900吨级箱梁运架设备研究设计报告.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、与中铁二局自行研制的JQ600型步履式架桥机中铁大桥工程局的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。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600t600t450t5

6、50t690t900t适应曲线半径3000m2500m2800m2500m2500m适应坡度121512302015架梁速度12孔/d12孔/d1跨/d12孔/d外形尺寸(长宽高)651513m57.812.314.79m68.68.99.7m53.37.178.5m641813.8m6617.0812.3m整机质量480t499t328t245+176t486t整机功率250kW200kW225kW2247kW300kW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

7、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。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

8、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

9、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。2 JQ900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

10、不小于1孔/4小时。3 JQ900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 最大起重量： 910,000 最小架设曲线半径： 2500 m架设最大纵坡： 15架桥机工作状态风压 250 N/m2(6级风)架桥机纵移速度： 0.35 m/min一号柱伸缩行程： 700 mm吊梁小车：起升高度： 8 m起升速度： 0.11.0 m/min走行速度： 0.15.0 m/min横移量： 200 mm外形尺寸(长宽高)： 660001708012300 mm整机重量： 486,000 kg整机配电功率： 300 kW（移动式发电车）理论

11、架梁速度： 1 孔/4小时配用运梁车： YL900型轮胎式运梁车4 JQ900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

12、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

13、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，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机臂max=170 MPa，=72 mm；二号柱max=180 MPa二号小车取梁工况应力图机臂max=162 MPa，=59 mm；二号柱max=224 MPa一号柱纵移到位应力图机臂max=127 MPa,=21

14、7 mm4.3 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

15、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

16、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，每个驱动轮组都备有制动功能。行车制动利用闭式液压回路进行液压制动，停车制动利用减速机的制动器进行静制动。走行轮组通过不同路况时，液压悬挂油缸能对走行轮轴作竖向补偿，同时走行轮轴可以横向适量摆动，并使各走行轮受载均衡。三号柱走行轮组还设有转向机构，与一号柱转盘、横移机构配合动作，可以方便地进行曲线纵移对位。4.6 液压系

17、统架桥机液压系统根据其结构及使用特点，采用分散式布局，分成一号柱、二号柱、三号柱及吊梁小车等五个分系统。分别由液压泵站、控制元件、执行元件等组成。三号柱的走行子系统是由一个变量泵和四个定量马达组成的闭式系统，系统额定压力25MPa，通过改变油泵的排量，可以调整架桥机的纵移走行速度。 4.7 电气控制系统 电气系统是架桥机的控制核心，架桥机能否安全、可靠、方便地进行架梁作业，在一定程度上取决于电气控制系统。JQ900型架桥机电气系统硬件架构由无线局域网与10M以太工业局域网组成，通过Internet互连网进行远程测控与维护。所有操作通过屏幕进行，主屏幕将实时同步显示系统关键点数据及电气系统本身各

18、部分的工作状态，为用户提供了友好人机界面，直观监视各项安全保护参数的动态变化，同时提供图形声光报警。无线遥控装置为用户提供了便捷的操作环境。4.7.1 系统组成硬件体系设计遵循可靠性设计原则，13号柱，1、2号小车及运梁车各部件分别组成以智能工作站为中心的计算机控制系统。各子系统连接组成无线局域网和10M以太工业局域网，系统框图如下图所示：4.7.2 采用成熟的新技术1、无线局域网与10M以太工业局域网组网控制。2、混合网络数据链路层协议的软件设计与安全防护。3、网络层软件与开放式总线协议的兼容性设计。4、通过Internet互连网，设计方可随时异地向用户方提供以下各种服务：a)远程系统测试b

19、)远程故障诊断c)远程数据采集d)远程软件升级5、实现完全屏幕化菜单操作方式（配合遥控器）。6、同步显示处于工作状态的各个电气部分和所监视的结构部分的技术参数变化，并通过大屏幕及语音等多媒体手段向操作者提供诸如“工作提示、进程显示、操作确认、警告、故障报警”等信息。7、基于轮胎转向的角位移阵列控制模型与算法设计。8、多变频器总线方式控制的同步算法及力矩限制。4.7.3系统可靠性设计任何大型智能化设备都无一例外地把系统安全放在首位，在电子部件日臻成熟的今天，电气系统的可靠性在很大程度上取决于系统的体系设计和软件算法的设计。JQ900型架桥机电气系统的可靠性设计具有如下几个特征：1、遵循可靠性设计

20、原则，各子系统之间在硬件上完全独立，在软件上完全自主。2、各子系统将其子网内部所有安全监控数据以广播方式传至上一层网络所有对等站点。也就是说所有监控数据同时被5台计算机系统确认。对重要监测点采取硬件冗余方式，共同实现数据的高可靠性。3、各子系统在功能上独立执行完全不同的任务，但其中任一台随时随刻受到其余4台计算机的严密监视，这种网络并行机制能有效维护控制网络的安全。4、应用软件采用分层设计，各层分工明确，层间弱耦合，并在远程访问软件接口加密处理，防止黑客入侵。5 JQ900架桥机架梁作业程序6 JQ900架桥机纵移作业程序 7 运架作业循环时间表8 JQ900型箱梁架桥机的施工荷载JQ900型

21、箱梁架桥机施工荷载梁型一号柱二号柱三号柱纵移工况三号柱载荷JQ90032m480t886t90t240t130t架桥机纵移作业时三号柱走行轮胎最大接地比压：P3=1.75 bar纵移作业过程中一号柱纵移到位时纵向稳定性系数：K纵=2.0架桥机处于准备架梁状态，受非工作状态风压作用，横向稳定系数：K横非=10.5架桥机吊梁，受工作状态风压作用，横向稳定系数：K横工=25.69 JQ900型箱梁架桥机的驮运及长途运输架桥机架完一座桥，需转移到另外一座桥上继续施工时，采用运梁车驮运架桥机走行的方法进行桥间转移（如下图所示）。运梁车进入架桥机机腹内，一、三号柱支撑架桥机，拆除二号柱下横梁，在运梁车上立

22、好驮架。运梁车行走到驮运位置，托住机臂，收缩提升一、三号柱，运梁车即可驮运架桥机转移工点。架桥机长途运输采用解体后通过汽车或火车运输。最大单件长度不超过12m，最大单件重量18t。10JQ900型箱梁架桥机的主要创新点10.1 安全可靠、作业效率高JQ900型箱梁架桥机通过机电液一体化设计，采用液压驱动轮胎式步履纵移，吊梁小车吊梁拖拉取梁，跨一孔架梁的作业方式；辅助作业少，工人劳动强度低。架桥机取梁后，运梁车即可退出，架梁、运梁作业同步进行，提高施工效率。控制上采取了计算机网络控制技术，实时监测、监控设备各重要监测点，直观显示设备的运行状态；在各机构动作上采取了互锁措施，防止误动作，确保架桥机

23、安全作业。各运动机构采用无级调速，大大降低运行冲击；起升机构采用双制动、吊点平衡系统，保证吊梁作业安全可靠，吊梁小车具有三维微动功能，方便箱梁准确对位安装。采用了计算机网络控制、变频调速等技术，根据不同工况要求合理调整各机构的运行速度，提高施工作业效率。10.2 机动灵活、适用范围广JQ900型架桥机既适合长大桥施工，也适合中小桥工地施工，过跨作业简便，可以方便地架设变跨梁桥，工地转移由运梁车驮运。不需借助起重设备即可进行装车、卸车，迅速进行工地转移。JQ900型架桥机可以架设20m、24m、32m的等跨梁及变跨梁，并可方便架设一座桥的首孔和末孔梁。10.3 自重轻、整机高度低、施工载荷小JQ

24、900型架桥机采用跨一孔简支架梁，设备自重轻，施工载荷小，对桥台、路基无特殊要求。10.4 控制先进、操作方便由于采用了先进的成熟的计算机网络控制技术，可以通过Internet互连网对设备进行实时监控，系统设计遵循可靠性设计原则，各子系统之间在硬件上完全独立，软件上完全自主，提高了设备施工作业的安全可靠性。实现完全屏幕化菜单操作方式，配合遥控器操作，使架梁作业安全、灵活、直观、简便、轻松。JQ900型箱梁架桥机自重轻、整机高度低、机动灵活、作业效率高，集先进的控制技术与一身，安全可靠、操作简便。四、YL900型轮胎式运梁车YL900型轮胎式运梁车，是在未铺道碴的路基及箱梁上运输混凝土箱梁的特种

25、运输车辆，由走行轮组、主梁、拖拉机构、托梁台车、支腿、转向机构、柴油机及液压系统等组成。32个走行轮组通过主梁连成一体，液压悬挂均衡系统保证每个走行轮组均匀受载，使运梁车适应在凹凸不平的路面上行驶。其中12个走行轮组为驱动轮组，采用变量泵变量马达闭式液压驱动回路，运行速度调整范围较大，满足运梁工况要求，每个驱动轮都具有制动功能。液压驱动的拖拉机构，拖动托梁台车在运梁车主梁上向前移动，配合吊梁小车进行吊梁拖梁作业。转向机构能使运梁车实现全轮转向。YL900型轮胎式运梁车1运梁车主要技术参数空载高度： 3500 mm重载高度： 3400 mm载重量： 900,000 kg轮胎充气压力：4.7 ba

26、r空载运行速度：08 km/h重载运行速度：03.5 km/h适应最大坡道：4%最小转弯半径：R40 m轴间距： 1900 mm轮距： 5100/1000 mm轮胎： 26.5R25 XAND 193B TL（米其林轮胎）整机功率： 2400 kW外形尺寸： 3290080003500 mm(空载,不包括司机室)整机自重： 220 t2 运梁车关键技术2.1 变量泵变量马达闭式走行回路闭式走行系统在国内外工程机械上使用很普遍，属于成熟技术，我院2001年为重庆轻轨研制的架桥机、运梁车的行走系统就采用这一技术，经过一年多的使用，未出现过任何故障。YL900型运梁车采用变量泵变量马达闭式走行回路，

27、选用台400kw柴油机直接驱动4台250ml/r排量的变量泵，为24台80ml/r排量的变量马达提供液压动力，满足运梁车重载低速走行和空载高速运行的性能要求。为了保证运梁车的性能，选用原装道依茨柴油机，变量泵、变量马达和走行减速机选用力士乐产品。2.2 液压悬挂均衡机构走行轮轴安装在由悬挂均衡油缸、曲臂支撑的平衡臂上，平衡臂可绕曲臂铰销上下摆动。悬挂油缸能自动伸缩达到自动调节与其他轮胎承载平衡的目的，可使各走行轮受载一致，避免局部超载，并使轮胎能适应运梁过程中道路高低不平的变化。走行轮轴可上下摆动150mm，每个悬挂油缸装有液控单向阀，系统装有管路破裂安全检测元件，保护运梁车不致于失压而倾斜。

28、运梁车共有32套悬挂均衡油缸，前部左侧8组油缸（B部）、前部右侧8组油缸（A部）及后部的16组油缸（C、D部）的大腔分别串通，组成三点支承系统使车体三点受力（如下图所示）。2.3 转向机构运梁车属于多轴行走体系，为提高曲线行驶的灵活性、减少轮胎磨耗，运梁车的转向是通过转向液压缸及连杆机构来实现的。YL900型运梁车的转向机构通过四个转向油缸和连杆、曲臂体系实现全轮转向。不同的连杆长度可使每个轮组有不同的转角，以适应曲线行驶过程中每组轮组转角不同的要求。2.4 走行机构及轮胎走行轮组驱动装置选用力士乐轮边减速机和高速变量马达驱动，液压马达固定在轮架上，通过减速机驱动轮毂上的轮胎转动（如下图所示）

29、。当液压回路发生故障时，所有驱动轮制动，轮组处于安全状态。行车制动利用闭式液压回路进行液压制动，停车制动利用减速机的制动器进行静制动。2.5 前后支腿运梁车的前部和后部各设有2个液压支腿，作为辅助支撑，拖梁时支承在已架箱梁的腹板上。2.6 拖梁台车拖梁台车（如下图）由一台液压卷筒通过钢丝绳驱动，沿运梁车主梁上的轨道移动，与架桥机吊梁小车同步拖梁走行，完成喂梁作业。拖梁台车上装有两个均衡液压顶，支撑箱梁后端，与运梁车前端的两个固定支撑组成三点支承支撑箱梁。3YL900型运梁车与国外运梁车性能比较在吸收国外先进技术的基础上，提出了YL900型运梁车的设计方案，目前国内外使用的有代表性的运梁车有：秦

30、沈线上使用的意大利尼古拉TE600型运梁车和台湾高铁上使用的德国KIROW LEIPZIG公司的KGT880型运梁车（见下图）。KIROW LEIPZIG公司KGT880型运梁车几种运梁车性能比较如下表：几种运梁车技术性能参数型号YL900 DCY450NicolasR10-4TE600KGT880适用梁型32、24、20m双线32、24、20m单线32、24、20m单线24、20m双线32、24、20m双线外型（长宽高）（m）32.983.53461.075520.46.752.5520.46.92.641.67.13.71自重（t）22013068137220载重量（t）900450500550880轴数16141010轮胎数（个）641124040重载速度（km/h）03.501003.526空载速度 （km/h）08030515爬坡能力4%3%5%3%5%最小转弯半径 (m)4036.5303436.6整机功率(kw)2400233025022402410