“昆仑号”千吨级运架一体机调头装置设计研究_张兆祥.pdf

工 程 技 术产业创新研究 2023.1 第2 期142基金项目：中国铁建股份有限公司 2018 年度科技重大专项“高速铁路 40m 预应力混凝土简支箱梁运架成套施工设备研制”（项目编号：18A-04）。作者简介：张兆祥，男，河北秦皇岛人，助理机械工程师，研究方向：特种铁路桥涵施工养护设备。“昆仑号”千吨级运架一体机调头装置设计研究张兆祥（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）摘要：“昆仑号”运架一体机为世界首台千吨级架桥机，可满足 2440m 简支箱梁的架设，适应 30大坡道架梁，2000m 小曲线架梁和隧道口架梁，但某些铁路由于受特殊结构或者客观因素的影响架梁过程中需要调整架设方向，以往架桥机调头通常选择有运梁通道的梁场进行，而没有条件时就需要将架桥机拆解候重新安装，会延误工期，且转场费用较高，如能实现运架一体机线上调头，其工况适应性加大大提高，且能够提升“昆仑号”架桥机的架梁效率，降低成本。通过分析运架一体机结构与实际 2440m 简支箱梁图纸，研制出一套适用其在线上调头的机械装置，可由运架一体机自行携带至调头位置，同时，通过主支腿沿主梁纵移以调整重心，解决调头装置的自调平问题。该项目在杭衢铁路 2 标施工现场进行示范应用，完成了千吨级架桥机的线上调头，为以后的架桥施工提供技术指导与装备支撑。关键词：架桥机；调头；关键技术；回转机构一、研究背景进入高铁时代，我国有越来越多的高铁线路建设计划被提上日程，并不断建设落成，但因施工计划编排、场道地域限制、架桥机检修等原因，往往在某些工况下需要架桥机进行调头操作。对于 JQ900B 架桥机调头，王浩1通过对比不同施工方案，分别论析“人”字场地调头方案、可动心大型托架转盘调头方案与圆形场地调头方案的优劣后，最终采用投入量最小的圆形场地进行调头作业；吴伦英2对于高速铁路 1000t箱梁架桥机调头分别对比解体拆装调头、自行调头、线路整体回转调头、运梁车托梁架桥机调头后，采用运梁车托梁架桥机调头，主要是利用既有跨线提梁机，且自身具有合适的制梁场与运梁通道；潘宜东3论证了运架一体机 180调头的各种可行性方案，最终考虑设计调头装置在梁上调头。对于设计的“昆仑号”运架一体机4自重达 1000t，同时由于杭衢铁路箱梁预制场不具备桥机自行调头的场地，且无跨线提梁机，无法满足在梁场区域调头，且现有调头装置无法满足其进行回转调头。且“昆仑号”作为世界最长的运架一体机，机械装置众多，拆装重组调头会严重增加施工危险性，且现有的调头装置需配合使用提运吊机与大临结构以保证装置安放于调头装置预设位置，需耗费大量成本。综上所述，设计出一套适用于“昆仑号”运架一体机的可进行重心称量的梁上调头装置迫在眉睫。二、设计依据（一）工况载荷与边界条件由于托运千吨级架桥机，在调头过程中考虑振动载荷，运行中的冲击载荷，风荷载按照起重机设计规范（GB/T3811-2008）的 6 级风考虑，并考虑极限 10纵坡调头。设备宽度与高度依据实际梁图与运架一体机边界控制。1.调头装置移运方式。充分利用“昆仑号”车轮液压起升能力，将调头装置放置于车体后腹部，车体液压下降，调头装置与车身安装稳固后，“昆仑号”车轮液压升至高位进行携带，移运至调头位置，详见图 1。图 1 调头装置随车移运图工 程 技 术INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究1432.重心称量。作为千吨级调头装置，运架一体机的重心称量尤为重要，弯矩导致设备调头时安全性下降，故设计调头装置时，调头装置应具备称量重心能力。（二）“昆仑号”运架一体机性能参数“昆仑号”由中铁第五勘察设计院集团有限公司（以下称之为铁五院）研发设计，并于湄洲湾跨海大桥、杭衢铁路等线路桥梁架设，详见图 2，并依据“昆仑号”主要技术参数进行设计适用于“昆仑号”的调头装置，其主要技术参数详见表 1。图 2“昆仑号”梁上行驶表 1 TJ-YT1000/40 运架一体机主要技术参数整机型号TJ-YT1000/40 运架一体机整机外形尺寸（长 宽 高）/m116.79.869.6适应梁型高速铁路、客运专线 40、32、24 米双线单箱单室或双线单箱双室箱梁运行最小转弯半径/m101.3架梁适应最大纵坡/30整机重量/t978.5额定起重量/t1000架梁最小曲线半径/m2000工作状态最大风力/级7（三）设计原理图 3 调头装置结构原理图调头装置结构原理如图 3，此结构中上梁作为平衡梁，承受绝大部分的竖直载荷，与中平衡梁销轴连接，在称量起重机重心时，上平衡梁作为跷跷板功效，中横梁的两侧力学传感器感知不对称重力分量，从而计算出主梁重心位置。且在转体过程中，横梁两支撑梁下部存在抗大弯矩结构设计，可提供补平衡载荷传导，最大不均载荷可抗 200tm。三、调头装置设计（一）调头装置结构参数在多元边界条件作用下设计调头装置，其技术参数见表 2。回转装置分为上平台、中平台、底平台三部分组成，上平台反抓于架桥机预设腹部位置，中平台与底平台采用带轮齿的回转支承连接，在底平台对称布置两台带电磁刹车的电机减速器，通过电机转动，带动中平台与上平台回转 180，从而进行架桥机的调头施工。表 2 调头装置主要技术参数最大调头载荷/t1000自重74t整机外形尺寸（长 宽 高）/m9.947.455.246连接方式架桥机腹部反抓最大调头角速度/（rad/min）/15运输方式架桥机自携带最大纵向中心偏差/mm100最大横向中心偏差/mm10最大施工风速/级6最大不均载荷/（tm）200（二）主支腿纵移弯矩自调平考虑调头过程中不对称弯矩越小，施工安全性越高，充分利用运架一体机主支腿纵移能力，可进行自重配重，以充分调节调头装置不对称弯矩大小，降低设备应力。（三）调头装置抗大弯矩结构设计当运架一体机安装位置相较于调头装置上平台转轴存在不对称弯矩时，抗大弯矩结构奏效，此时中平台支撑滚轮直接传递载荷与底层平台，增加回转结构整体强度，大大增强结构抗大弯矩能力。四、现场示范应用于 6 月 17 日晚 9 点，在杭衢铁路 2 标施工现场调头装置安装位置如图 4，在路基制作 C40 混凝土墩以模拟桥上调头，详见图 5（a）。但即便主支腿已经调节至最大位置，但运架一体机的不均匀载荷仍高达 160tm，调头装置最大不均匀载荷可抗 200tm 仍可以开展调头工作。现场完成180调头耗时 30 分钟，详见图 5（b）。图 4“昆仑号”关键尺寸与调头装置安装位置示意图a.调头装置实际安装拍摄图b.调头过程图图 5 现场试验混凝土路基模拟梁上调头工 程 技 术产业创新研究 2023.1 第2 期144五、实验与设备反思针对现场调头过程中弯矩较大的问题，课题组讨论论证后，认定为后期增加的装置集中放置于后车位置，具有较大的力臂，现有的主支腿的重量即便已经纵移至主梁端部最大调节位置，也未能完全消除不平衡弯矩。为解决现有的调头装置不平衡弯矩较大的问题有以下方案：（1）在调头前预制 40t 配重悬挂于前走行支撑梁，起到配重作用，以平衡不对称弯矩，减少调头风险。（2）可考虑将调头装置的调头反抓位置左移 12m，通过改变支撑位置，依靠运架一体机的自重抵消弯矩，但对应接触部位的主梁加固需做出改变。六、结语（1）相较于以往的梁场调头，此调头装置可在梁上调头，避免了因地基承载力不足而进行地基加固、占用有限的存梁场地、扩宽修建调头场地等问题。相较于拆解式调头，无需吊运架桥机下桥，减少了设备拆装次数，降低了安全管控风险。且此调头装置采用架桥机腹部反抓移运，可随架桥机一起行驶至调头位置，节省龙门吊与大临设备的施工成本。（2）调头实验过程中产生的不平衡弯矩，可通过更改调头装置安装位置或主支腿下部悬吊配重块得到解决；（3）调头装置的使用，简化调头作业程序，对比以往 3个小时的调头过程，缩短为 30 分钟，工作效率提升 83%，单个项目费用可节约 200 至 300 万。（4）该调头装置的全流程研发，标志着完全掌握了独立自主可控的千吨级架桥机调头装置技术，为以后的千吨级调头装置的设计提供指导与理论依据。参考文献：1 王浩，杨宏伟，冶子伟.JQ900B 架桥机架梁调头方案研究及应用 J.铁道标准设计，2009（06）：46-48.2 吴伦英.高速铁路 1000t 箱梁架桥机整体调头技术及应用 J.设备管理与维修，2022（04）：114-116.3 潘宜东，寇江安，刘岩.900t 穿隧道运架一体式架桥机调头可行性研究 J.设备管理与维修，2018（12）：132-134.4 万鹏，谌启发，梁志新，等.高铁 1000t/40m 梁昆仑号架桥机（运架一体机）总体方案研究 J.铁道建筑技术，2021（01）：8-11+34.5 路斐，张耀辉，魏岳峰.高铁架桥机桥上整体调头关键技术及应用研究 J.铁道标准设计，2019，63（11）：66-69+746 逯久喜，梁瑞芬，史海东.高速铁路架桥机桥上调头设备的应用 J.国防交通工程与技术，2019，17（02）：61-65.7 马腾飞.高速铁路 TLJ900t 架桥机调头施工技术 J.铁道建筑技术，2010（09）：8-12.8 冯渭和.武广客运专线 XXTJ 标段 JQ900B 型架桥机调头施工技术 J.铁道标准设计，2010（11）：74-76.9 李长效.高速铁路运架一体机过隧运架梁施工技术 J.铁道建筑，2013（05）：42-44.10 庄心善，闫永峰.铁路客运专线 JQ900B 型架桥机调头方案优化设计 J.今日南国（中旬刊），2010（04）：65-67.11 樊永泰.900t 穿隧道运架一体机导梁机调头施工技术 J.中国高新技术企业，2015（28）：109-110.12 杨涛.WE-SC900H 运架一体机导梁机调头施工技术 J.国防交通工程与技术，2015（03）：78-80.13 Li X，Jing Z，Jiang F，et al.Cause Analysis of Bridge Erecting Machine Tipping Accident based on Fault Tree and the Corresponding CountermeasuresJ.Procedia Engineering，2012，45（03）：43-46.14 李全.运架一体机导梁调头回转装置设计及受力分析 J.铁道技术监督，2013（05）：44-46+61.15 董光辉，朱凯，冀侠荣.TJ165 架桥机使用转盘车原地调头施工技术 J.铁道标准设计，2011（12）：82-84+89.