（机械工程专业论文）900吨级导梁式定点起吊架桥机研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路是国家的重要基础设施，在综合交通体系中占有重要地位，起着骨 干作用我国铁路主要干线能力目前还十分紧张，除秦沈客运专线外，均为 客货混跑模式，客运快速与货运重载难以兼顾，无法满足客货运输的需求。 在繁忙于线建设客运专线，实现客货分线运输，能够大幅度提高铁路运输能 力，分流既有线的大部分客车，缓解既有线运能紧张的局面，同时还可以满 足大经济区、大城市的增量运输的需求，腾出既有线用来发展货物重载运输， 适应日益增长的运输需要。目前随着京滓、武广、合宁、郑西等铁路客运专 线的陆续开工，我国掀起了新一轮大规模的高速铁路建设高潮。客运专线建 设中大量桥梁施工需要大吨位架桥设备，传统架桥机已不能满足施工要求， 大吨位架桥机研制势在必行。 本文研究的一种新型实用的9 0 0 t 级导梁式架桥机，是专门为铁路客运 专线工程建设而研制生产的大型桥梁施工装备。其设计吸纳了国内外同类设 备的优点，具有定点起吊、简支过孔、变跨操作简单、首末跨架设容易等显 著特点；架桥机整机采用p l c 控制，具有对作业时的主要技术参数和状态参 数实时显示和监控、报警功能；液压系统设计合理；采用司机室室内和无线 遥控两套操作系统，方便施工。 本架桥机主要用于时速2 0 0 3 5 0 k m 铁路客运专线2 0 m 、2 4 m 、3 2 m 双线 整孔预应力箱形混凝土梁的架设工程，能与运梁车配合完成箱梁的架设作 业 关键词：铁路客运专线；9 0 0 t ；导梁式；定点起吊；架桥机 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t r a i l w a yi s t h e i m p o r t a n tf o u n d a t i o n a l f a c i l i t i e si nac o u n t r y , w h i c h p o s s e s s e st h es i g n i f i c a n tp l a c ea n dl e a d st h eb a c k b o n ee f f e c t so nt h es y n t h e t i c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h ec a p a b i l i t yo ft h em a i nf i n ei ss t i l ls e r i o u s l yi n0 1 1 1 c o u n t r ya tp r e s e n t , a n dm o s to ft h er a i l w a y sa r ep a s s e n g e r - c a r g om i x e dt r a f f i c l i n e s ，e x c e p tt h eq i n s h e nd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e i ti si m p o s s i b l et om e e tt h e r u n n i n gt e c h n i c a lr e q u i r e m e n tt ob o t hh i 。g hs p e e dp a s s e n g e rt r a i na n dh e a v y - h a u lf r e i g h tt r a i na tt h es a m et i m e t h eh i g h e rd e m a n do fp a s s e n g e r - c a r g o t r a n s p o r t e dc a n tb es a t i s f i e da l s 9 b u i l d i n gt h ed e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n ea n d m a k i n gp a s s e n g e rt r a n s p o r ta n df r e i g h tt r a n s p o r tb es e p a r a t e di nt h eb u s i e s t t r u n kl i n e s ，c a ns h a r p l yr a i s et h ec a p a b i l i t yo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n t h e t r a n s f e ro fp a s s e n g e rt r a i n sr u n n i n gi nt h ee x i s t i n gl i n e sw i l lr e l i e v et h e o v e r b u s ys i t u a t i o no ft h ee x i s t i n gl i n e sa n dw i l ls a t i s f yt h et r a n s p o r t a t i o n r e q u i r e m e n to fe c o n o m i cz o n e sa n du r b a na r e a s t od ot h a tc a nd e v e l o pt h e h e a v yh a u lg o o d st r a n s p o r t a t i o ns ot of i tt h ed e v e l o p i n gt r a n s p o r t a t i o nn e e d s i n o u rc o u n t r y , an e wl a r g e s c a l ew a v eh a se m e r g e dt ob u i l dh i 【g hs p e e dr a i l r o a da 8 t h ec o n s t r u c t i n go ft h ef o l l o w i n gd e d i c a t e d - p a s s e n g e r - l i n e so f j i n g j i na r e a ”， ”w u g u a n g h g , ”h e n i n g ”，“z h e n g z h o u x i a n ”a n ds oo ni ns u c c e s s i o n t h ew o r k n e e d sag r e a tq u a n t i t yo fh i g ht o n n a g eb r i d g eb e a me r e c t i n gf a c i l i t i e s b u tt h e t r a d i t i o n a lo n e sh a d a l r e a d y d i s s a t i s f i e di nc o n s t r u c t i o n t h e r e f o r et h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 d e v e l o p m e n to fh i g ht o n n a g eb r i d g eb e a me r e c t i n gm a c h i n es h o u l db ec a r r i e d o u tt os a r i s f yt h ee n g i n e e r i n gn e e d s d f 9 0 0g u i d i n gb e a mn o n - m o v i n gr i f t i n gb r i d g ee r e c t i o nm a c h i n ew a s m a n u f a c t u r e df o rc o n s t r u c t i o no fd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n es p e c i a l l y i t sd e s i g n a b s o r b e dt h ea d v a n t a g e so ft h es a m ek i n dd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lf a c i l i t i e s ， a n di t ss i g n i f i c a n tf e a t u r e sw e r ef i x e d - p o i n th o l d i n g ，s i m p l ys u p p o r t e dv i a ， l i f t i n gs y s t e mu n i l a y e rw i n d e db yw i r er o p e s ，t r a n s f o r m - s p a no p e r a t e de a s i l y a n ds oo n ；t h ew h o l em a c h i n ea d o p t e sp l ct oc o n t r o lw h i c hp o s s e s s e dt h e f u n c t i o n so fr e a lt i m ed i s p l a ya n dm o n i t o r i n g , w a r n i n g ；t h ed e s i g no fs a p p r e s s u r ew a sr e a s o n a b l e ；t w ot y p eo fo p e r a t i n gs y s t e m sm a d e t h ec o n s t r u c t i o n c o n v e n i e n t l y t h i sb r i d g ee r e c t i o nm a c h i n ew a sm a i n l yu s e di nt h ee r e c tp r o j e c to f d e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n ew i t ht h eo p e r a t i o ns p e e dw a s2 0 0 3 5 0 k m ha n di t m a t c h e dt h eg i r d e rt r a n s p o r t e rt oc o m p l e t et h eb o xb e a mw o r k k e y w o r d s ：d e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e ；9 0 0 t o n - g r a d e ；g u i d i n gg i r d e r ； n o n - m o v i n gl i f t i n g ；b r i d g eb e a me r e c t i o nm a c h i n e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学 位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密口，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打。”) 言簧葛需冯燕吗燕、指e l 翥葛瓮钙膨日期：沏7 如似期：砷，o ， 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 本学位论文的主要创新点如下： d f 9 0 0 d 型架桥机具有定点起吊、简支架梁、简支过孔，架桥机导梁高 位设置，运梁车不上导梁；每座桥首末跨架设方便，作业安全可靠、效率高， 工人劳动强度低。整机采用以p l c 为核心的控制技术，设置专用驾驶室和 无线遥控两套操作装置，操作简捷，安全可靠；配备梁体横向微调功能，对 位方便，落梁准确。同时经过简单的解体可以通过运梁车驮运转场。具体体 现在以下几个方面： 1 安全可靠、作业效率高 d f 9 0 0 型一跨式架桥机通过机电一体化设计，采取吊梁天车定点吊梁， 前后支腿支撑，简支架梁，一跨式下导梁移孔过位等作业方式，辅助作业时 间少，工人劳动强低。 架桥机吊梁后，运梁车即可退回梁场取梁，架梁、运梁同步平行进行， 劳动效率高。 控制上采用了计算机网络控制技术，实时监控、检测设备重要监测点， 直观显示设备的运行状态；在各个动作机构上采取了互锁措施，防止误操作， 确保架桥机安全作业。 各运动机构采用变频无极调速，大大降低了运行冲击；起升机构采用首 级、末级双制动、吊点平衡系统，保证吊梁作业安全可靠，吊梁行车具有三 维微动功能，方便梁体准确对位安装。 采用无线遥控、变频调速等技术，根据各个不同工况要求合理调整各机 构运行速度，提高劳动效率。 2 机动灵活、适用范围广 d f 9 0 0 型导梁式架桥机不仅适合长大桥施工，也适合中小桥施工，设置 下导梁，过跨作业简单、安全。可以方便的架设变跨桥梁。 d f 9 0 0 型导梁式架桥机前支腿移位方便、灵活，可以满足架设3 2 m 、2 4 m 、 2 0 m 的等跨梁及变跨梁，下导梁支腿和前支腿设置折叠节，可方便的架设一 座桥的第一孔和最后一孔。 3 自重轻、整机高度低、施工荷载小 d f 9 0 0 型导梁式架桥机采用一跨式简支梁架设，设备自重轻，施工荷载 小，对桥台、路基无特殊要求。 4 控制先进、操作方便 采用了先进成熟的p l c 控制技术，可以通过网络对设备进行时监控， 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，软件上资 助，提高了设备施工作业的安全可靠性。 采用无线遥控操作，使架梁作业安全、灵活、直观、简便、轻松。 5 曲线桥架设方便 两台吊梁行车吊具具有横移功能，可以实现架设过程中梁体横向微调对 位：下导梁天车具有横移功能，可以实现过孔移位过程中下导梁横向调整， 满足曲线过孔要求。 6 吊梁过程梁体稳定、平衡 两台吊梁天车分别通过钢丝绳不同的缠绕系统形成一点吊梁、二点吊 梁。从而实现四点起吊，三点受力，梁体吊装过程中不受扭；运行过程采用 变频调速，运行稳定，无冲击。 7 后支腿受力状态转换方便一 架桥机过孔过程中：后支腿台车轮组和轨道接触受力；架桥机架粱过程 中：通过油缸顶升装置，将轮组和轨道脱离，专用支撑千斤顶将作用力传给 混凝土梁体顶面，两者转换方便。 8 走行轨道移位方便 架桥机过孔过程中，通过后支腿台车前部特定的卷扬机和前支腿处滑 轮，将轨道向前拖拉，减少了人工作业不便和强度。 9 架桥机桥间转移方便 工地桥间转移作业方便灵活，即可实现架桥机自行转移，也可由运梁车 驮运转移，不需借助起重设备即可进行装车、卸车，迅速进行工地转移。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题的背景和意义 我国铁路主要干线能力目前还十分紧张，除秦沈客运专线外，均为客货混 跑模式，客运快速与货运重载难以兼顾，无法满足客货运输的需求。为此，国 家中长期铁路网规划针对繁忙干线提出修建“四纵四横”客运专线。到2 0 2 0 年，建设客运专线1 2 万公里以上“十一五”规划纲要也提出，加快发展 铁路运输，重点建设客运专线、城际轨道交通、煤运通道，初步形成快速客运 和煤炭运输网络。“十一五”期间，建设客运专线7 0 0 0 公里。 目前我国铁路建设的技术标准不适应铁路跨越式发展需要的矛盾是突出 的，特别是包括设计、施工、管理在内的建设理念与客运专线建设的要求存在 着巨大差距。另外，客运专线的速度目标值与客货共线的速度目标值不可同日 而语。随着列车速度的提高，基础设施承受的各种力的作用往往以几何级数递 增，这和传统铁路按准静态设计是完全不同的概念。这就要求我们要与时俱进， 摒弃一切陈旧观念，按跨越式发展思路建设客运专线。 客运专线列车速度目标值比较高，其成败的关键是能否达到高平顺性，而 实现高平顺性的关键是基础沉降能否得到有效控制。因此，在客运专线的建设 设计中，延线采用大量桥梁结构型式，传统架桥机已不能满足客运专线所采用 的大吨位标准箱梁架设施工需要。 为满足我国铁路客运专线9 0 0 t 级双线整孔箱梁的架设施工，需要起重量9 0 0 吨以上的架桥机因此研匍j 9 0 0 吨架桥机是目前铁路建设紧迫需要解决的课题。 1 2 国内外9 0 0 t 级架桥机简介 1 2 19 1 5 t 3 5 m 步进式架桥机 如图1 1 所示，该机由意大利尼古拉公司研制，是较新的一种机型，曾在 台湾高铁整孔箱梁架设中应用。主要由主梁、可以前后移动的前支腿、0 形中 支腿、后支腿、起重小车、液压、电气系统等组成。9 1 5 t 3 5 m 步进式架桥机采 用尾部喂梁，一改二台起重小车同时提梁方式，采用一台起重小车先提起梁体 的前端，并在主梁上向前纵移，梁体的另端在驮梁小车上沿着运梁车上的轨 道滑移，它们的移动速度同步；中支腿设计成0 形与主梁联接，箱梁可方便从 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 0 形腿内通过，从而简化了移梁过程；主梁尾部较长，目的是满足架桥机过孔 中的平衡和稳定：它仍保留后支腿，需来回打开、支承，特别是架桥机过孔时， 通过后支腿的支立，作为前移中的一个支承点。 该机架设桥梁为单跨简支作业，整机受力明确、合理。但该机进行过孔作 业时呈大悬臂状态，纵向倾覆力矩较大，稳定性差。 架桥机纵移过孔采用的工序是：后支腿旋转并落放在桥面走行轨道上、2 台起重小车纵移至主梁尾部、起重小车与已架桥梁锚定安全钢绳、提起前支腿、 收缩折叠前支腿下半段、前支腿向后纵移至中支腿附近、松开起重小车与已架 桥梁锚定的钢绳、驱动中支腿和后支腿走行轮在桥面轨道上向前纵移至下一个 工位、再锚定后部安全绳、将前支腿纵移到前方墩顶支承、再松开后部锚定钢 绳、移动起重小车至前、中支腿中间、收起后支腿，准备喂梁进入下一跨梁吊 装。过孔作业稍显复杂。 围1 19 1 5 t 3 5 m 步进式架桥机 图1 28 8 0 t 3 5 m 导粱式架桥机 1 2 28 8 0 t 3 5 m 导梁式架桥机 如图l 。2 所示，该机也由意大利尼古拉公司研制，曾在台湾高铁整孔箱梁 架设中应用。主要由主梁、前支腿、后支腿、辅助支腿、前鼻梁、辅助吊、下 导梁、卷扬和吊梁行车、电气控制系统、液压系统和动力系统等组成。主梁尾 部很短，在喂梁、提梁、拖梁、纵移梁到位、吊梁、落梁等工序上与步进式架 桥机相同，它后支腿设计为0 型并与主梁联接，既方便梁体纵移到位，又解决 了来回打开、支承后支腿问题。 导梁式架桥机最突出的特点是主机单跨简支架梁、下导梁一跨支撑，整机 受力明确、合理，自重轻，临时旌工载荷小。主机呈简支状态过孔，作业稳定 性好；下导梁高位设置，解决了最后一孔桥梁的架设。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 它的过孔是由后支腿在已架梁上、辅助支腿在下导梁上的纵移共同完成， 施工操作简单明了。但由于架桥机主梁的辅助支腿与主梁连接位置固定( 按架 设3 5 梁位置确定) ，在3 0 m 及2 5 m 跨架桥机过孔作业时，辅助支腿将位于下导 梁支腿之外，下导梁自重不足以平衡辅助支腿产生的倾覆力矩，因此，下导梁 必须在桥墩或已架桥梁上进行可靠锚固，为该机型不足之处。 1 2 3 下导梁式架桥机 如图1 3 所示，该机也是由意大利尼古拉公司研制，架梁时通过运粱车将 箱梁运至下导梁上，吊梁天车定点起吊桥梁，运梁车退出后前移导梁，箱梁落 放就位该机采用定点起吊、结构受力合理、自重轻，简支过孔，自身无倾覆 力矩产生，作业相对较为安全。不足之处是下导梁必须有两跨桥梁之长，需承 受运梁车和桥梁重量，因此该机的总重达到了吊重的8 0 。由于下导梁有两跨 桥梁长，所以末跨架设难度较大。 图1 3 下导粱式架桥机 1 2 4 国内在研机型 目前国内已有几种9 0 0 t 级架桥机通过相关部门的技术设计审查，现分别介 绍如下 1 、中铁五局集团公司与开封宏达路桥设备厂研制的h d 9 0 0 型双向架桥机采 用两跨连续式结构，中支腿设计为0 形结构与主梁联接，主梁采用纵向对称布 置，调换前、后支腿位置即可实现架桥机快速调头，达到双向架梁的目的。 2 、中铁大桥局集团公司研制的j 0 9 0 0 型下导梁架桥机可以实现梁体在主梁 下的定点起落，从而使主梁受力明确，结构简单、受力弯矩小、自重轻、具有 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 较好的安全性能：起升系统采用定点起吊，使吊梁安全、作业效率高；导梁下 置，重心低，稳定性好，一跨简支状态纵移过孔，操作简单，安全可靠，但末 跨架设施工工艺复杂，因此更适宜于长桥施工。 3 、中铁武汉工程机械研究设计院设计的步进式架桥机，后支腿、中支腿采 用轮胎式走行机构，从而使架桥机的纵向移动更灵活、方便。 4 、华中建筑机械有限公司、铁道建筑研究设计院与北戴河通联路桥机械有 限公司设计的9 0 0 t 导梁式架桥机，在国外导梁式架桥机的基础上有不同程度的 改进和优化。 5 、中铁十七局集团公司与石家庄铁道学院设计的s p j 9 0 0 型拼装式架桥机， 是以铁路既有器材“八七型铁路抢修钢梁”做主梁，配置前支腿、中车、后车 和起吊系统它的特点是拼组方便、结构变化灵活，器材便于筹措，重复使用， 设备投资小，生产周期短。但组装繁琐。 1 3 本文研究的主要内容 l 、架桥机施工工艺研究：根据铁路客运专线双线整孔简支箱梁的设计特点 和施工工艺要求，确定了d f g o o d 型导梁式定点起吊架桥机总体技术方案和架梁 施工工艺。 2 、完成了客运专线箱梁架设特殊施工工况如首末跨、变跨、变坡、曲线、 隧道口等的施工工艺可行性研究 3 、针对d f 9 0 0 d 架桥机总体方案和设计思路，完成主要构成及各部件方案 设计；采用先进的有限元分析程序对架桥机整体结构进行了设计计算。 4 、完成了架桥机电气系统的设计，整机采用p l c 控制，并具有对作业时的 主要技术状态和参数实时显示和监控功能，各系统采用白锁、互锁、限位、报 警等安全措施；起升、走行全部采用变频调速，运行平稳：具有有线和无线遥 控两套操作模式，转换方便。 5 、根据功能及可操作性的需要，完成了液压系统设计。液压系统具有报警、 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 显示等功能。吊梁天车纵、横移系统采用比例阀，箱梁纵、横向移动定量控制， 可实现准确落梁。 6 、完成了整机的安全可靠性设计。包括各种功能性保护，安全性保护，对 误差操作的处理，关键工况下的电气安全保护，电气系统的故障白诊断技术等 功能。 7 、完成了架桥机安装、解体作业设计，对架桥机不解体通过运梁车驮运转 场进行了研究和论证。 对d f g o o d 型导梁式定点起吊架桥机研究的结果，是促进了客运专线工程 9 0 0 吨预制箱梁架设能够更快、更好、更安全的完成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章d f g o o d 型导梁式定点起吊架桥机总体方案 2 1d f 9 0 0 d 型导梁式定点起吊架桥机方案的设计 2 1 1 架桥机适用范围 能够架设直线、曲线( 半径大于2 5 0 0 m ) 、纵坡2 0 的3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 等 跨及变跨双线预应力混凝土整孔箱梁。 2 1 2 架桥机方案设计 根据国内外9 0 0 t 级架桥机情况综合分析，可以看出：架桥机基本可以分为 有导梁和无导粱两大类，以9 1 5 t 3 5 m 步进式架桥机为代表的无导梁型架桥机具 有作业程序简捷明了的特点，但过孔作业复杂。8 8 0 t 3 5 m 导梁式架桥机在步迸 式喂梁的基础上设计了0 形后支腿、辅助支腿、前导梁，使架桥机过孔作业简 单、整机稳定性增高目前国内客运专线架桥机大多在此基础上派生、演变和 改进 通过对国内外架桥机的研究及对国内架桥机的应用情况的分析，结合中国 国情，本文提出了d f 9 0 0 d 型导梁式定点起吊架桥机方案设计。 d f g o o d 型导梁式定点起吊架桥机主要由架梁机( 包括主梁、柔性前支腿、 刚性后支腿和辅助支腿) 、导梁机、导梁吊机等部分组成。它采用定点起吊可以 极大的减少架桥机机臂所承受的弯矩，使架梁机受力合理，作业安全；设置下 导梁，可以使架桥机呈简支状态过孔，可以最大限度的保障架桥机的安全；导 梁高位设置，可以方便的解决首末跨的架设；后支腿设计成0 形与主梁联接， 箱梁可方便从0 形腿内通过，从而简化了运梁过程；运梁车不上导梁，既可以 减少导梁的承载，也可以解决运梁车通过后支腿时间距过小的问题。整机具有 作业安全可靠、变跨作业操作便捷等特点。 2 1 3 架桥机主要技术特点 1 、简支架设：架梁机整体结构为柔性前支腿、刚性后支腿两支点支撑主梁， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 形成架梁状态为一跨简支状态，受力明确； 2 、定点起吊：待架箱梁由驮梁小车由运梁车上驮运进入架梁机腹内，架梁 机定点吊装，作业安全； 3 、简支过孔；导梁吊机、辅助天车及辅支腿相互配合实现导梁机过孔，使 辟 架梁机过孔状态为一跨简支状态，整机纵向稳定性较大，安全性高； 4 、梁体吊装稳定性好：两台天车相互配合，携梁三维运动，满足梁体同步 调运、横向微动调整，吊装梁体采用四点起吊、三点平衡，梁体受力状态好； 5 、吊梁天车钢丝绳单层缠绕：吊梁天车设置四台卷扬机，实现钢丝绳单层 缠绕，有利于作业安全； 6 、方便首、末跨梁体架设：导梁机高位设置，方便地解决了首跨和最后两 跨梁体架设难题； 7 、作业效率高：架梁、运梁工序分离，提高施工作业效率，运梁车不进入 架桥机腹内，减少运梁车占用时间，提供了运梁效率； 8 、安全可靠：起吊装置配置监控报警、紧急制动装置； 9 、变跨调整方便：仅需变换前支腿即可满足架桥机变跨需要； l o 、控制先进、操作方便：整机采用以p l c 为核心的控制技术，设置专用 驾驶室和无线遥控两套操作装置，操作简捷，安全可靠；配备梁体横向微调功 能，对位方便，落梁准确； 1 1 ，通过隧道能力强：利用运梁车上的升降驮运架，大大降低驮运高度， 可顺利通过隧限。 2 1 4 架桥机主要技术性能参数 1 、额定起重能力：9 0 0 t 2 、架设梁跨：3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 等跨及变跨整孔箱梁 3 、梁体起落速度：o 0 5 m m i n ( 重载) 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 o i m m i n ( 空载) 4 、梁体起落高度：7 m 5 、梁体横向微调速度：o 5 m s 微调距离：2 5 0 m 6 、梁体纵向微调速度：o - - 5 珊s 微调距离：2 5 0 m 7 、梁体吊装方式：三点 8 、架设方式：单跨简支定点架设 9 、过孔方式：架梁机自身简支移位过孔；移位速度o 3 m m i n 1 0 、控制方式：驾驶室和无线遥控 1 1 、适应纵坡：2 0 1 2 、适应工作环境温度：- - 2 0 + 5 0 1 3 、适应风力：6 级( 工作状态) ，i i 级( 非工作状态) 1 4 、导梁机移位方式及调运机构：导梁吊机、辅助支腿、导梁天车等配合 作业；移动速度o 3 m m i n 。 1 5 、外形尺寸：5 9 3 m x1 7 i m x1 2 5 m 1 6 、装机容量：3 0 0 k w 1 7 、机重：5 4 5 t 2 1 5 设计指标 1 、架桥机利用等级为u 0 2 、架桥机载荷状态为q 3 3 、架桥机整机工作级别为a 3 ，机构工作级别为m 4 4 、起升钢丝绳安全系数n 6 5 、吊杆拉伸应力安全系数n 5 6 、结构强度计算安全系数n 1 5 7 、机构传动零件安全系数n 1 5 8 、抗倾覆安全系数n 1 5 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 1 6 方案制定原则 1 、能够架设3 2 m 、2 4 m 和2 0 m 双线整孔箱梁 2 、能够架设第一孔和最后一孔桥梁。 3 、运梁车采用轮胎无轨运输 4 、架桥机自行移位过孔。 5 、架桥机桥间移位可采用运梁车驮运和架桥机自行转移两种方式。 6 、坚持安全性、实用性、先进性和经济性相结合的原则进行研制。 2 2d f 9 0 0 d 型架桥机主要构成及各部件设计说明 d f 9 0 0 d 型导梁式定点起吊架桥机主要由架梁机( 包括主梁、后支腿、前支 腿和辅助支腿各1 套，吊梁天车2 套，导梁通车1 套及电气液压系统) 、导梁机 ( 包括主梁、前后支腿各1 套，支腿折叠卷扬机2 台) 、导梁吊机和过渡轨桥等 部分组成。架梁机为定点起吊、简支过孔；导梁机为高位设置，一跨简支；运 梁车的驮梁小车可驮梁从运梁车上自行至导梁机上整机具有作业安全可靠、 变跨作业操作便捷等特点。 2 3 架梁机 架梁机主要由箱型主梁2 根及前后横联、柔性前支腿1 套、刚性后支腿1 套( 含后支腿行走机构及顶升装置) 、辅助支腿、前后2 台吊梁天车及导梁天车 等部分组成，如图2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 y -蚓 g 笋 2 鸳m j 融嘲鳃蛔趟1 刨i l x 4 = 疑“。“1 ! 誊lb j 掣l | “i t i i ii i 剿籼些岜士“一一“ l币”i 2 盥0 0 i 0 1 g o 晕小”一下 日 日llie l l l o 】ill o l 目l0 ii i1 0 | | w iiio i f _ i t 目| 。l + ，。洲。 ， 9 50 【 山43 7 7 ，0 0 4 卜 1 一架粱机主梁2 - - 架粱机后支腿3 - - 架粱机前支腿4 - - 架粱机辅助支腿5 一后吊粱天车 6 一前吊粱天车7 - - 导粱天车8 一导粱机主梁9 一导粱机后支腿1 0 一导粱机前支腿 1 1 - - 导粱吊机1 2 过渡轨桥1 3 - - 发电机组 图2 1 架桥机总体结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 第3 章d f 9 0 0 d 型架桥机架梁可行性研究 根据客运专线桥梁设计情况，架桥机需要完成3 2 m 、2 4 m 和2 0 m 双线箱梁的 架设任务，其中包括简支梁和先简支后连续的连续箱梁。 d f 9 0 0 d 架桥机具有架设3 2 m 及以下跨度双线箱梁的能力，并且能够在不同 跨径之间变化。为满足桥群的架设，架桥机能够顺利进行首跨和最后一跨的架 设，能够方便的进行桥间转移。 根据架桥机工作需要，分为架梁、过孔、变跨、架设首末跨等工况，其作 业流程见以下各图。 3 1 箱梁架设 以3 2 m 箱梁架设为例介绍作业过程，2 4 m 和2 0 m 等跨箱梁架设情况基本相同 1 、架桥机就位，运粱车运粱到位并与架桥机对接，安装运梁车与架桥机之间的 过渡孰桥 2 ，驮梁小车驮运预制梁至导梁机上并对位 一 j虬 l ” 【。且 毋 上 3 、架粱机吊梁天车将梁吊起，驮粱小车返回到运粱车上，运梁车返回梁场 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 l i i l i 1艮且毋 上 4 、拆除导粱机与已架粱的连接，导梁吊机与架粱机辅助支腿将导梁机提升使之离开 桥墩 5 、导梁吊机和辅助支腿吊运导梁机前行1 6 m ，导梁天车起吊导梁机 6 、导梁吊机和导梁天车吊运导梁机前行1 6 7 m 到位 7 、导粱吊机、提梁机辅助支腿和辅助天车同时下落，导粱机在墩顶就位 8 、架粱机落粱就位，安装导粱机与已架预制梁的锚固连接，铺设架粱机走行轨道，架梁 机后支腿转换为轮轨走行模式 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 l 上吕_ - b d = o 王 f ， r 皿上1 毋罩 9 、拆除导粱天车与导梁机的连接，导粱天车退回至辅助支腿处，架梁机辅助支腿下伸， 使前支腿离开墩顶 ji 宁崤鲁益 土一一堪 i l l _ k a l j _ 月_ _ i l 呈一且毋 e 1 0 、架粱机前行到位，架粱机辅助支腿回缩，前支腿在墩顶支撑，后支腿转换为架梁模式， 运梁车载运预制粱到位 3 2 变跨作业 大跨变小跨( 以3 2 m 跨交2 4 跨为例) 1 、架桥机就位，运梁车运粱到位并与架桥机对接，安装运粱车与架桥机之问的过渡轨桥 2 、同等跨架设，导粱机前行1 6 m ，导梁天车吊导梁机前支腿 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 3 、导梁天车吊导梁机前支腿后行钿安装，导梁天车退回吊导梁机 4 、导粱机过孔到位 5 、架梁机前行2 4 钿，前支腿在前方墩支撑 6 、拆除前支腿与主粱连接，辅助支腿顶升使前支腿离开墩顶，前支腿吊挂后行 跏与主梁连接 7 、架梁机前行胁到位，前支腿在墩顶支撑，并与主梁可靠连接，到达架梁状态 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 3 3 首跨架设( 以3 2 m 跨为例) 首跨架设存在两种情况，其一为在桥头组拼，与架桥机组装作业完全相同； 其二为运梁车驮运架桥机至桥头后的架设，作业流程如下。 3 3 1 运梁车驮运架桥机至桥头的首跨架设 1 、运梁车驮运架桥机至桥头，前支腿在桥台支撑。后支腿利用驮架支撑于路基上 2 、运粱车低位退出，下落导梁机，拼接导梁机主粱 3 、向前吊运导粱机3 n l ，运梁车进入架桥机内，将驮运支架装车运回梁场 il卫 i n 1 li l i l q 1 r 们+ i _ i l i| f l i 1 心6i 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 4 、安装架梁机后支腿横粱，导粱前行1 3 , n ，导梁机前支腿打开 5 、导梁机前行到位，后支腿打开并千主粱栓接，安装撑杆。架粱机过孔到位，到达架梁 l 状态 3 3 2 桥头组装首跨架设 与架桥机在桥头组装作业完全相同。 架桥机在桥台处拼装，架梁机前支腿先在桥台站位，拼装架梁机及导梁机， 然后利用导梁吊机和辅助支腿将导梁机前移1 6 m ，然后再用导梁天车起吊导梁 机，使导梁机就位，放下导梁机的前后支腿，将导梁机在第一跨就位。落下辅 助支腿千斤顶，辅助支腿落在导梁机轨道上，后支腿转换为纵移状态，铺设架 桥机纵移轨道，利用后支腿和辅助支腿行走机构将架梁机纵移就位，完成架梁 机的过孔作业，架桥机处于工作状态。驮梁小车驮运3 2 m 梁进入架梁机腹内， 前后吊梁天车同时将预制梁起吊，驮梁小车退回运梁车上，运梁车返回梁场运 输下一片粱。导梁吊机和辅助支腿将导梁机吊起，使导梁机的支腿离开桥墩， 同时启动导梁吊机和辅助支腿的下行走，将导梁机前行1 6 m 。然后导梁天车起 吊导梁机，利用导梁吊机和导梁天车将导梁机前移到预定位置，落下导梁机， 在前一跨就位。前后吊粱天车同时落梁就位，完成首跨梁架设。 3 4 末跨架设( 3 2 m 跨为例) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 1 、倒数第2 跨落粱就位，架梁机装备过孔 2 、架梁机前支腿折叠，过孔，前支腿支立于桥台，达到架梁状态 3 、导梁机依次收拢前后支腿后进行过孔，架梁机架梁 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 第4 章d f 9 0 0 d 型架桥机主要系统研究 d f 9 0 0 d 型导梁式定点起吊架桥机主要由架梁机( 包括主梁、后支腿、前 支腿和辅助支腿各l 套，吊梁天车2 套，导梁通车l 套及电气液压系统) 、导梁 机( 包括主梁、前后支腿各l 套，支腿折叠卷扬机2 台) 、导梁吊机和过渡孰桥 等部分组成。架梁机为定点起吊、简支过孔；导梁机为高位设置，一跨简支； 运梁车的驮梁小车可驮梁从运梁车上自行至导梁机上。整机具有作业安全可靠、 变跨作业操作便捷等特点。 4 1 架梁机 架梁机主要由箱型主梁2 根及前后横联、柔性前支腿1 套、刚性后支腿1 套( 含后支腿行走机构及顶升装置) 、辅助支腿、前后2 台吊梁天车及导梁天车 等部分组成，如图4 1 所示。 2 2 鞠 协6 n 9 5 ( | r i 照酸幽蕊l 幽 l 啊j - - 删- j ，ll 锄州h 埘l l ii 锄ji 卫些岜士一。b 4 甲 2 广2 1 0 0 i ；j 0 1 0 0 m 书 平i y 望 弋 目u 升1 i1io | 目l o l1l o l l l0 1 i ii i e l i io i iio i l if l + 艮。一旗 1 8 0 09 50 f lf j p i 3 2 7 0 0ij i 3 * l 5 0 7 l 一架粱机主集2 一架梁机后支腿3 一架粱机前支腿4 一架粱机辅助支腿5 一后吊粱天车 6 一前吊粱天车7 一导架天车8 一导粱机主粱9 - - 导粱机后支腿l o - - 导粱机前支腿 1 1 - - 导粱吊机1 2 过渡轨桥 3 - - 发电机组 7 图4 ，架桥机总体结构图 4 1 1 机臂 如图4 2 所示，机臂由2 根主梁和前、中、后联系梁组成，两主梁中心距 6 4 m 。中联系梁又作为辅助支腿的上横梁，后联系梁又作为后支腿“0 ”型结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 的一部分，同时兼作发动机燃油油箱。机臂上设置三处前支腿连接位，满足架 设3 2 m 、2 4 m 和2 0 m 梁的要求。每根主梁分5 段，为1 2 9 5 m + l l m + 2 x1 2 m + 1 1 3 5 m = 5 9 3m ，承重部分钢箱梁最大截面宽0 9 m ，高2 5 m ，主梁材质采用 q 3 4 5 c 。主梁接头按等强度原则设计。主梁上设有导梁吊机和导梁天车走行轨道。 主梁一侧安装有人行走道，便于人员通过至前方墩台。机臂悬臂部分设置上翘， 满足刚度1 3 5 0 的要求 图4 2 架梁机机臂右侧主梁 4 1 2 后支腿 如图4 3 所示，后支腿是架梁机的主要承重支腿，采用“u ”型曲腿结构， 由“u ”型曲腿、行走机构、液压系统等组成。曲腿与主梁联接，它与机臂尾部 的联系梁又组成“0 ”型结构。曲腿部分箱梁截面宽1 0 6 m ，高1 6 m ，材质采用 q 3 4 5 c 。可拆式下横梁的箱梁截面宽1 0 6 m ，高1 1 3 m 。曲腿处的法兰接头使用 高强度大六角头螺栓连结副连结。 架桥机走行由后支腿走行机构和辅助支腿走行机构共同驱动，后支腿设计 有两套走行机构，主要由轮箱、变频电机、球铰结构、车轮、开式齿轮传动等 部件构成，走行速度0 3 o m m i n 。走行机构由一台3 o k w 的变频电动机提供 动力，采用x l e d 7 4 2 8 9 3 型三合一减速机，变频电机使走行传动装置成为变频 控制、无级变速，如图4 4 所示 后支腿设两台 l s g 2 8 0 2 0 0 l o o 带锁紧螺母的液压千斤顶，两千斤顶中心距 为5 4 m ，位于箱梁腹板中心线上方 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 图4 3 架粱机后支腿图4 4 架梁机后支腿支撑与行走机构 架梁前的准备：支承油缸顶升使行走机构脱空，旋上锁紧螺母使缸体支承 在锁紧螺母上( 活塞杆不受力) 下横梁斜撑杆与已架梁吊装孔处锚固，以传递 架桥机工作状态时的纵向水平力。 架桥机过孔走行前的准备：支承油缸项升，旋下锁紧螺母，然后支承油缸 收回使轮轨式行走机构落放在走行轨道上。 走行轨道采用q u l 2 0 起重机轨，轨道移位由设置于支腿处的绞车拖拉前移。 后支腿设置运梁车驮运架桥机时应用的座梁，其在箱梁表面支撑满足箱梁 设计要求。 4 1 3 前支腿 前支腿为机臂前支撑点，设有固定节、折叠节和调整节，以满足桥梁纵坡、 变跨作业和最后一孔桥梁架设需要，如图4 5 所示。 前支腿上部通过铰座与机臂连接，下部利用球型铰座支撑于桥台，形成轴 向受力构件，下部还设置有螺旋顶升装置，用于微调前支腿高度。 前支腿固定节左右两侧各设置一台p h h 5 型悬挂式双行链电动环链葫芦。下 部为折叠节，在架设最后一孔梁时，可以利用两侧的电动环链葫芦将其向两侧 折起，使前支腿可以支立在桥台上，实现最后一孔梁架设。 调整节用于在变跨作业时调整由于梁高不同而要求前支腿长度不同的需要。调 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 整节为伸缩套柱结构，利用插销改变支腿高度，满足不同梁高架设的需要。前 后方向设置两行4 枚插销，左右方向设置一行2 枚插销，内套柱行程为1 8 m ， 满足不同梁高、变跨、坡道及上桥台等工况施工要求。在坡道上架梁时应根据 前后支腿中心距( 3 4 4 5 0 m ) 和坡道情况进行调整，当插销调整不能满足要求时， 应调整下部螺旋顶升装置( 在无坡道情况下螺旋全部缩回) ，可以满足2 0 坡 道上无极连续调整，但螺旋顶升装置螺旋最大旋出长度不得超过1 5 0 m 。 前支腿高度调整原则：保持机臂水平或前端略高( 但高差不得大于5 0 m ) ， 上坡缩短前支腿，下坡伸长前支腿。 前支腿调整节高度调整利用辅助支腿完成，辅助支腿顶升可以伸长前支 腿、辅助支腿回缩可以缩短前支腿。 前支腿上部左右两侧各设置一套吊挂行走装置，利用机臂下盖板翼缘作轨 道。吊挂行走装置携前支腿可在3 2 m 、2 4 m 和2 0 m 梁架设位置安装，实现变跨架 设。 前支腿上铰座利用8 条m 3 6 的螺栓与机臂连结，变跨时应首先将螺栓拆除 再进行变跨作业。由大跨变小跨时，辅助支腿顶升，使前支腿脱离桥墩，前支 腿向后吊挂行走至待安装位，穿上螺栓并拧好螺帽，由于前支腿吊在机臂上， 螺栓不容易拧紧，应待架梁机走行到位并立好前支腿后，将螺栓完全拧紧；由 小跨变大跨时，辅助支腿顶升，使前支腿脱离桥墩，前支腿向前吊挂行走至待 安装位，穿上螺栓并拧好螺帽，同样由于前支腿吊在机臂上，螺栓不容易拧紧， 应待架梁机走行到位并立好前支腿后，再将螺栓完全拧紧。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 图4 5 架梁机前支腿圉4 6 架粱机辅助支腿 4 1 4 辅助支腿 辅助支腿位于前支腿的前方，为架梁机过孔的前支撑