（机械工程专业论文）jq900c型箱梁架桥机研制.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 我国铁路建设经历了凡次大提速，舀篱邑与世界接轨，向客专线发展， 线路设计射速最高达到3 5 0 k m h 。为适寝铁路运速离速重载的设计要求，铁 路桥梁变化较大，单孑l 梁重已这8 5 0 吨，因此，普通的架桥机已不能满足施 工要求。 本文提出了j q 9 0 0 c 架桥机总体方粜，主要分为桥机结构型式、液压系统、 电气系统。系统可靠性设计和桥规律业程穿等模块，实现桥机盼浆设功能。 轿橇结构中重点对起重，l 、车、主梁、翦后支腿、导粱作了设计移介绍， 突出桥桃创新特点，简支过孔和架粱，安全性能高，整机自重与同类型相比 较较轻，节约成本。轮胎走行，重心较低，辅助工净少，施工效率裔。 液压系统分为7 个独立的系统，每个系统独立浆始，用电磁换向阀控制 各执行元件，其中后支腿为复台式液压系统，即彳亍走系统为闭式回路，其它 机构动作采用开式回路。备系统均有浊堵、油量、欠压检测和保护功能。 电气系统采用控制网络d c s ，以p l c 为核心，形成设备级、控售级、管 理级三层网络结构，以魄满足綮桥机及运粱车安全、可靠、方便地避行架梁 作业。 系统可靠性设计中，动作程序设计即性能程序设计已为广大用户所熬悉， 真正的建点，在于系统可靠性设计。电气系统可靠牲模型为典型的层次化结 构，对不同的运用层次采用不同的安全级别，完全的冗余是很难实现的。在 电气系统的软、硬件设计中，将从电气系统自检测、多工作模式、互为冗余 技术支持整个电气系统的安全。 关键词：客专线箱梁桥视 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t r a c t w i 恤s e v e r a lt i m e ss p e e dr a i s e s c h i n ar a i l w a yh a sb r o u g h ti t s e l fi nl i n ew i t h i n t e m a t i o n a l r a i l w a yp r a c t i c en o w a d a y s 。t h ed e s i g n e dm a x i m u ms p e e d o f d e d i c a t e dp a s s e n g e r r a i l w a yl i n e si st or e a c h3 5 0 k m h ，a n dt h eb r i d g eh a sc h a n g e d a c c o r d i n g l yt om e e td e m a n do fh j l g hs p e e da n dh e a v yl o a ds e r v i c e ，f o ri n s t a n c e t h es i n g l e i d u e tg i r d e rm a s si sa b o u t8 5 0t o n t h e r e f o r eo r d i n a r yb r i d g ec a l ln o t m e e tt h ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t s ，a n dt h ep a p e rh a sf i n i s h e dt h ed e s i g no f j q 9 0 0 cb r i d g eg i r d e re r e c t i n gm a c h i n e t h em a i nw o r ka n dr e s u l ti ss h o w na s f o l l o w t h ep a p e rh a sp u tf o r w a r dao v e r a l ls c h e m eo fj q 9 0 0 cb r i d g eg i r d e re r e c t i o n m a c h i n e ，i n c l u d e ss t r u c t u r ev e r s i o n ，h y d r a u l i cs y s t e ma n de l e c t r i c a ls y s t e m t h e s y s t e mr e l i a b i l i t yd e s i g n ，w o r kp r o g r a mm o d u l ea n ds oo np e r f o r mt h eb r i d g i n g f u n c t i o n o ft h ew h o l es t r u c t u r e m r i nw o r ki st a l c e no nt h ed e s i g na n di n t r o d u c t i o no ft h e l i f t i n gc r a n e m a i ng i r d e r , r e a ra n d f r o n ts u p p o r tf r a m ea n dg u i d eg i r d e r h i g h l i g h t o ft h ec r e a t i v ef e a t u r ei st h es i m p l et h r o u g hs p a ng i r d e rw h i c hh a sh i g hs a f e t y p e r f o r m a n c e 。a n dl o w e rm a s so fi t s e l fc o m p a r e dw i t ho t h e rl i k et y p e s w i t ht y r e r u n n i n g ，l o wg r a v i t yc e n t e ra n df e wa u x i l i a r yo p e r a t i o n s ，i ti sal o wc o s tb u th i g h e f f i c i e n c yp r o d u c t t h eh y d r a u l i cs y s t e mh a ss e v e ri n d e p e n d e n ts u b s y s t e m ，e a c hh a si t so w np u m p t t h ee l e c t r o m a g n e t i cd i r e c t i o n a lv a l v e sc o n t r o le v e r ye x e c u t ec o m p o n e n t 。t h er e a r s u p p o r tf r a m ei sh y b r i dh y d r a u l i cs y s t e m ，n a m e l yc l o s el o o pm o v i n gs y s t e m 。 o t h e rs y s t e m se q u i p p e dw i t ho p e nl o o ps y s t e mt oc o n t r o le x e c u t ec o m p o n e n t e a c hs y s t e mh a so i ls t o p c o c k ，o i lq u a n t i t yi n d i c a t o r , o i lp r e s si n d i c a t o ra n d p r o t e c t i v ef u n c t i o n t h ee l e c t r i c a ls y s t e ma d o p t sc o n t r o ln e t d c s 。w i t hp l ca si t si n n e rc o r e ，t h e w h o l en e tc o m p o s e st h ed e v i c el e v e l ，c o n t r o ll e v e la n dm a n a g e m e n tl e v e lt om e e t t h e s a f e t y , r e l i a b i l i t y a n dc o n v e n i e n c er e q u i r e m e n t so fb r i d g eg i r d e re r e c t i n g 鞭南交通大学硕士研究生学位论文第1l i 页 m a c h i n e w i t h i nt h e d e s i g n o f s y s t e mr e l i a b i l i t y , a c t i o np r o g r a md e s i g nn a m e l y p e r f o r m a n c ep r o g r a md e s i g ni s f a m i l i a rt ou s t h ed i f f i c u l t n e s si s r e l i a b i l i t y d e s i g n t h er e l i a b i l i t ym o d e lo fe l e c t r i c a ls y s t e mi st y p i c a lh i e r a r c h y , w i t h d i f f e r e n ts a f e t yl e v e lf o rd i f f e r e n th i e r a r c h i e s , c o m p l e t er e d u n d a n c yi sd i f f i c u l tt o a c h i e v e w i t h i nt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no fe l e c t r i c a ls y s t e m ，t h ef o c u s i so nt h es y s t e ms e l ft e s t i n g ，m u l t i - w o r km o d ea n dr e c i p r o c a lr e d u n d a n c yt o s u p p o r tw h o l ee l e c t r i c a ls y s t e mf o rs a f e t yp u r p o s e 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 ；b o xg i r d e r ；b r i d g eg i r d e re r e c t i o nm a c h i n e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1 课题的意义和目的 1 1 1j 0 9 0 0 c 架桥机设计背景及意义 早期的中国铁路是客货共运，既有线旅客列车提速后，客货列车速差 增大，影响了线路的通过能力，而且既有线提速受线路平面技术条件的限制， 提高到一定速度后，工程投资将急剧增加，甚至超过新建铁路。因此，铁道 部决定实现客货分流，提高铁路运输能力和运输质量。 客运专线是实现客货分流的重要手段，已是国家规划之中的内容为 适应客运专线快速的要求，高速行驶的车辆要求铁路桥梁具有较大的抗弯和 抗扭刚度，而双线整孔简支箱梁具有受力简单、形式简洁，外形美观、抗扭 剐度大、使用中养护工作量小以及噪音低等优点。由于在铁路客运专线设计 中桥梁比例增大，而其中8 0 9 6 以上又将采用中、小跨度桥梁，即采用整孔预 制的简支箱梁及小跨度的连续梁，因此必须重视铁路桥梁建设中的施工装 备。 采用“全跨预铸、逐跨架设”的施工方法，在铁路上已积累了成熟的 经验。从上个世纪五十年代开始，自主研发的各种类型架桥机如红旗型、胜 利型、长征型等，可以架设1 6 0 吨以下的t 型梁，此时的施工方法是“先铺 后架”。由于受到工序的约束，架桥机只能独头进行，受路基质量和1 4 3 5 r m 轨距影响，架桥机横向稳定性差，是造成事故的主要原因；架桥机净空有限， 只能进行单片梁架设，无法完成更大吨位梁型架设。而客运专线大量双线箱 梁设计重量达到8 5 0 吨片，采用工艺是“先架后铺”，需要起重量9 0 0 吨以 上的架桥机。因此设计9 0 0 吨架桥机是目前铁路建设紧迫的需要。 1 1 2 本课题的目的 客运专线大部分设计为桥梁，粱重为8 5 0 吨片，普通架桥机和施工工 艺已无法满足施工需要，为满足施工需要，降低施工成本，缩短制造工期， 提高我国桥机发展水平，进行了j q 9 0 0 c 型架桥机的设计和研究工作。 1 2 客运专线架桥机现状及发展趋势 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 适应全跨预铸、简支架设工法的施工需要的架桥机，现主要有下导梁 式、运架一体机、两跨连续式等。 ， 两跨连续、简支架设的架桥机方案是简支架桥机的经典方案，这种方 案的架桥机结构简单，受力明确，操作方便，适应各种重量梁型的架设，在 它基础上可以派生、演变和改进成其它机型。 这种机型架桥机作为架桥机的主力，以有几十年的历史，它曾在欧洲、 韩国和我国得到广泛应用。它可以方便的实现架梁过程中的过孔作业，也可 在短距离的桥间距内进行步进，长距离桥间距时用运梁车驮运转移。 但两跨连续式架桥机也存在一些不足： 1 2 1 架梁工序繁复 起重小车移至主梁前支腿附近； 打开后支腿； 运梁车运梁进入架桥机后跨腹部； 落下后支腿； 二台起重小车后移至后跨吊梁位； 提升( 打开) 中支腿； 后跨提梁； 运梁车退出； 起重小车吊梁在大臂上纵移到位； 前跨落梁到位； 放下中支腿； 二台起重小车后移至主梁尾部； 调整前支腿与大臂联接方式； 提起中支腿； 铺设辅助轨道； 利用后支腿走行机构推动主梁在前支腿上前移、到位： 支立中支腿、后支腿； 移动前支腿到位、调整，与大臂联接、支立。 经上述各工序，即可完成架设一跨梁，过孔作业。从中明显看出，为了 实现重量平衡，起重小车需要前后移动二次。虽然现在的控制技术，可以通 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 过p l c 达到架梁过程中的程序控制，避免发生安全事故，但其架梁速度不高。 t 2 2 中、后支腿动作复杂 运梁车进入架桥机腹部，需要将后支腿打开，待运梁车到达中、后支腿 合适位置时，后支腿再支撵；起重小车提梁后，中支腿也要打开才能让梁体 从后跨纵移到前跨，待落梁到位后再将中支腿支撑。这种结构型式造成中、 后支腿的机构必然复杂。 1 2 3 主梁受力复杂 由于主梁受力复杂，截面尺寸较大，重量较重，架梁状态下支撑反力大， 特别是后支腿可能成为架桥机设计中的控制因素。 为了克服和改进两跨连续式架桥机存在的不足，人们进行了认真研究并 着手解决： ( 1 ) 简化喂粱工况，避免后支腿来回打开、支撑； ( 2 ) 改进中支腿的结构形式，避免纵移梁时中支腿来回收缩、支撑； ( 3 ) 提高架桥机过孔过程中的灵活和稳定性； ( 4 ) 设法改善主梁受力状态，减轻自重。 2 0 0 0 年意大利尼古拉公司为台湾高速铁路修筑工程提供的几台架桥机， 具有定创新性。其中9 1 5 t 3 5 m 自进式架桥机，喂梁在主梁尾部，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粱体前端，并在主梁上 向前纵移，粱体的另一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 形与主梁相联接，箱梁可方便从0 形腿内通过， 从而简化了移梁过程，主梁尾部较长，目的使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、支撑，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 前导梁式架桥机，主梁尾部很短，在喂梁、提粱、施梁、纵移粱到位、 吊梁、落粱等工艺上与自行式架桥机相同，它后支腿设计为0 型并与主梁联 接，即方便梁体纵移到位，又解决了来回打开、支撑后支腿问题，它的过孔 是由后支腿在已架梁上，辅助支腿在前导梁上的纵移共同完成。 1 3 本课题研究的主要内容 ( i ) 根据客运专线施工技术方案，完成了总体方案设计，完成了主机各 部件的技术指标，利用有线元分析完成了主梁及结构的设计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 2 ) 根据功能及可操作性的需要，完成了液压系统设计。 ( 3 ) 完成了由电气系统在传统的d c s 网络的下一层再引入层现场网， 形成设备级、控制级和管理级三层网络结构，以此来满足架桥机安 全、可靠、方便地进行架梁作业。完成了电气系统架构设计。 ( 4 ) 完成了电气系统可靠性设计包括功能性保护，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，电气系统的故障自诊 断技术等功能。 ( 5 ) 完成了架设客运专线箱梁特殊的工艺设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2j q g o o c 型箱梁架桥机总体方案说明 2 1 方案的提出 j q g o o c 型箱梁架桥机总体方案是在综合国内外各种架桥机的基础上， 结合我公司多年在铁路架桥设备上的施工和设计经验而提出的一种方案。 j q g o o c 型架桥机可概括为：轮胎式运梁车运梁，尾部喂梁，起重小车 拖拉取梁，一跨式龙门简支架梁，高位下导粱过孔，可架设3 2 m 、2 4 m 、 2 0 m 双线等跨箱梁和变跨箱粱。 2 2 本架桥机特点 2 2 1 筒支架梁 采用柔性前支腿、刚性后支腿，一跨支撵主梁，受力简单明确。 2 2 2 简支过孔，安全性高 起重小车、辅助小车及辅助支腿相互配合，使导梁先行过孔，形成架 桥机过孔轨道梁。架桥机在辅助支腿和后支腿支撑下。沿导粱简支过孔， 安全可靠。 2 2 3 方便架设首孔、末孔箱梁 采用可拆支腿高位导梁方式，解决了首孔、末孔箱梁的架设。 2 2 4 方便架设变跨箱梁 前支腿和辅助支腿可利用自身动力，变化与主梁的支撑位置，满足架 桥机变跨调整需要。 2 2 5 整机高度较低 卷扬起升机构后置，有效降低整机高度，通过高空限界能力强。 2 2 6 轮胎走行，辅助工序少 后支腿采用成熟的轮胎式走行机构，不需铺设临时轨道，施工效率高。 2 2 7 控制先进，操作方便 控控制层网络采用了以p l c 为核心的先进控制技术，具有变频、遥控、 各种参数屏显和各种安全保护功能。 2 2 8 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。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 0 主要性能参数 ( 1 ) 额定起重量： ( 2 ) 架设梁型： ( 3 ) 架设最小曲线半径： ( 4 ) 架设最大纵坡： ( 5 ) 工作环境温度： ( 6 ) 适应风力： ( 7 ) 架桥机整机工作级别： ( 8 ) 起升机构工作级别： ( 9 ) 架桥机过孔速度： ( 1 0 ) 前支腿伸缩行程： ( 1 1 ) 辅助支腿伸缩行程： ( 1 2 ) 起重小车 起升高度： 起升速度： 走行速度； 横移量： 横移速度： ( 1 3 ) 理论架梁速度： ( 1 4 ) 外形尺寸： ( 1 5 ) 整机重量： ( 1 6 ) 电源： ( 1 7 ) 配用运梁车： 9 0 0 t 3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 等跨及变跨箱梁。 2 5 0 0 m 2 0 - 2 0 5 0 6 级( 工作状态) ，1 1 级( 非工作状态) a 3 m 4 o 3 3a , n i n 3 0 0 m 3 0 0 m 7 5 m o 1 o 8 4m m i n ( 空载) ， 0 1 0 4 2m m i n ( 重载) 0 1 5 6 6m a i n ( 空载) ， 0 1 2 8 3m m i n ( 重载) 2 0 0 m m 0 3 m m i n l 孔4 小时( 运距8 k m ) 主机：7 5 1 7 6 6 1 3 4 4m 导梁：3 6 8 9 x 3 2 4 x 6 1m 主机4 6 8 t ，导梁5 8 t 外配移动电站，配电功率3 0 0 k w y l 9 0 0 型轮胎式运梁车 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 3j q g o o c 型箱梁架桥机结构形式 j o o c 型箱梁架桥机主要由2 台起重小车、小车卷扬起升机构、前 支腿、后支腿、辅助支腿、主梁、辅助小车、导梁、司机室平台、液压 系统和电气系统等组成，如图1 所示 图1 j q 9 0 0 c 型箱梁架桥机 3 1 起重小车 架桥机配有两台起重小车和四台卷扬起升机构，小车在主粱轨道上由 固定链条拖拉走行，四台卷扬机固定在主梁尾部，有效降低了主机高度。 起重小车见图2 ，是由走行轮组、大车架、小车架、链轮拖拉走行机构、 动、定滑轮组、吊具等组成。 走行轮均为被动形式，每台小车共有1 6 个走行轮，走行轮直径由6 0 0 m m , 踏面宽度1 0 0 哪，由大车架均衡，在拖拉机构驱动下沿主粱轨道前后运行， 轨道采用四条8 0 xl o o m m 方钢，置于主梁腹板上方，轨道线间距6 8 m ，轨距 1 1 9 m 。其中个被动轮装有光电编码器，由电控测量走行速度，控制取梁 时与运粱车上拖梁小车同步速度，并控制小车前后安全距离。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 起重小车 走行机构采用链条牵引，链条的两端固定在主梁前后端，链条为三排链， 安全系数为5 4 ，具有较强的爬坡、驱动能力驱动机构布置在小车一端， 每台小车有两个走行驱动机构，驱动机构由电机一减速机一链轮组成，电机功 率为2 1 8 5 k 霄变频制动电机 横移机构采用审机_ 戚逮静媚漩传动。每刨肆有蹲射靳爹叽构，横眵电机功率 为2x5 5 k w ，两台横侈阢撷强姑咐辐陋殳 杨臻猕奶功萌幽韶筘陟穰眵，左右i 黄眵量 2 0 0 咖，纠满足粱体微润和曲线絮梁的需要。横黪胡构设存位置传感器由电拉艉雨锨0 出 横蹴可突弛髑稚形澎氍横翻越歇疑随棚变炳腼基实呒毪劂。 吊具为可调吊距的扁担形式，由动滑轮组、吊梁扁担、吊杆组成。客运 专线2 5 0 k m h 箱梁吊孔横向距离为3 4 0 0 r m ，3 0 0 k m h 箱梁吊孔横向距离为 3 6 8 0 咖，吊杆位置可实现这两种距离的变化。 起升机构由起升卷扬机、动滑轮组、定滑轮组、和均衡滑轮等组成。四 台卷扬机安装在主梁尾部，前后、上下错开布置，每台小车用两个卷扬机。 卷扬机为内藏式电机行星齿轮减速机驱动形式，起升电机功率为2 x 3 7 k w ， 电机自带制动装置，电机与减速机之间装有液压推杆制动器，制动力矩 6 0 0 - 9 0 0 n m ，安全系数为2 5 。每个卷筒侧边装两个液压钳盘式制动器，制 动时动摩擦力为2 3 5 x 2 k n ，安全系数为3 4 ，以确保起升机构制动安全可靠。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 滑轮组倍率为2 x 2 4 ，起升卷扬机单绳拉力1 3 5 吨，选用德国的0 3 1 m m 钢 丝绳，安全系数达6 3 。 起升电机高速端和卷筒低速端装有光电编码器，高速和低速转速为恒 比，当电控测量到卷筒转速明显超过电机转速比例时，会认为高速联轴器或 高速轴出现严重故障，此时电控会立即断开总电源，所有卷筒低速液压钳盘 式制动器制动，确保架桥机安全 每台小车的两个卷扬机钢丝绳固定端固定在主梁前端，其中后台小车前 端两个钢丝绳用均衡轮相联，从而将两台小车吊梁时四吊点转换成三吊点， 箱梁避免受扭起吊。钢丝绳缠绕方法见图3 菖小车镑丝绳茬绕田后小车镑丝绳缠绕图 图3 钢丝绳缠绕方法 每根钢丝绳固定端设有拉力传感器，电气系统可实时测出四吊点起升重 量。卷扬机结构见图4 。 图4 卷扬机结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 3 2 主梁 架桥机主梁为双箱梁结构，每侧共有七个节段，前部两段为悬臂梁， 截面为工字梁结构，供辅助小车走行。中后部5 个节段为箱形梁截面， 是架桥机架梁的主要节段，见图5 图5 主粱 主梁节段最长节为1 2 m ，全长7 5 m 。箱形梁高2 8 m ，宽1 5 m ，最大 扳厚2 0 m m ，悬臂段最大板厚2 8 r a m ，最重节重1 7 t ，总重1 8 8 t 两侧主梁中心距6 8 m ，节段间用1 0 9 s 级高强度螺栓和连接板联接， 解体后可由公路或铁路运输箱形主梁前半部下部设有耳梁，供前支腿 和辅助支腿挂轮走行移位，满足架变跨梁需要每根主梁上部设有走行 轨道，供起重小车纵向走行，轨距1 1 9 m ，轨道采用8 0 xl o o n 皿的方钢， 轨道端部设有车挡。 两侧主梁在前支腿位置中部设有横联，尾部下平台和上部卷扬机平 台也起后横联作用，和整机组装后“0 ”形后支腿横联一起共有三个横 联，可保证两侧主梁的横向中心距和横向冈度。 架桥机主梁类似双悬龙门起重机主梁，前后悬臂段按l 3 0 0 设置上 翅，中部简支段按1 6 5 0 设置上拱，主梁材料用q 3 4 5 d ，应力控制在 2 1 0 m p a 以内。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 3 3 前支腿 前支腿由挂轮、导向轮、承力平台、铰支座、固定柱、折叠柱、调 节柱和支腿油缸等组成。架桥机与主梁铰接形式连接，见图6 。 图6 前支腿 承力平台上部装有4 个挂轮和8 个导向轮及与主梁连接法兰。挂轮 自带动力，电机功率4 0 7 5 k w ，可使前支腿沿主梁下耳粱纵向移位， 满足架不同跨度箱梁要求，平台上的法兰与主梁下部法兰螺栓连接，以 固定与主梁位置。铰座位于承力平台与固定柱之间，使前支腿以铰接形 式支撑主梁。 固定柱为门式结构形式，为便于运输，固定柱可拆散成左右两部分。 固定柱下部装有上支腿油缸，架末孔梁时折叠柱拆起，由固定柱支撑于 桥台上架梁。 折叠柱上部和固定柱，下部和调节柱法兰相连。折叠柱装有下支腿 油缸，架桥时调整前支腿支撑高度。 每侧调节柱分为四段，高度分别为2 9 0 、6 0 0 、3 0 0 、2 0 0 r a m 。上部两 节为方形箱结构，下部两节为半方形结构( 即哈佛结构) ，其中2 9 0 1 节为长期不拆，6 0 0 m 节在架2 4 m 、2 0 m 箱梁时拆除，以调节前支腿高度， 3 0 0 r a m 和2 0 0 r a m 为可拆式，可使前支腿在标准高度，降低或抬高2 0 0 3 0 0 r a m ，以适应在纵坡时调整主梁的水平度，如加以枕木商度可调l o o m m ， 则在2 0 的纵坡上可使架桥机调整到9 o 架梁。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 前支腿的上支腿油缸为2 8 0 2 0 0 - 8 0 0 ，下支腿油缸为2 8 0 2 0 0 - 1 1 0 0 ， 油缸只是调整支腿高度，架桥时由哈佛受力 3 4 后支腿 后支腿位于主梁尾部，为“o ”形门架结构，与主梁以高强度螺栓、摩 擦板形式固定连接，是架桥机的刚性支腿，架桥时两台起重小车要在后支 腿后侧悬臂取粱，因此后支腿受力很大根据其受力特点，将龙门架平面 设计成上宽下窄形式，以提高与主梁的连接刚度，见图7 。 图7 后支腿 后支腿内净空为：高4 2 6 m ，宽1 4 m ，满足喂梁净高、净宽要求，其外 形尺寸为1 7 6 2 x 1 3 5 m ，总重9 8 t ，可解体为9 段运输。最大节段是下部 半横梁，尺寸为7 5 3 0 1 2 1 m ，该节段重l o t 。 下横粱下部装有1 6 个走行轮胎，4 个支撑油缸和2 组受力固定支柱( 垫 箱) 。走行轮胎为橡胶实心胎，型号：1 7 5 2 5 ，外径1 3 7 m ，宽度0 4 5 8 m ， 其中8 个为主动轮，由排量为4 5 m l r 的液压马达闭式驱动i = 2 1 5 的轮边减 速机，实现o 3 m m i n 的过孔走行每个走行轮胎用四支串联油缸，以连杆 形式实现全轮转向，满足曲线架桥和架桥机过孔时对位要求1 6 个轮胎2 个为一组，用8 个均衡油缸支撑，保证轮胎均匀受截。 架桥机过孔到位后由横梁下部的4 支顶升油缸顶起横梁，在受力固定支 柱下垫上枕木，油缸回缩使枕木受力，实现受力转换。两侧走行轮中心、垫 箱中心，均在箱梁腹板正上方，施工荷载易于通过。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 3 5 辅助支腿 辅助支腿用于架桥机过孔作业时的前支撑，以及纵移导梁时作辅助吊点 辅助支腿由主粱挂轮、导向轮、固定法兰、上横梁、伸缩柱、下部走行轮、 导梁挂轮等组成，见图8 。 图8 辅助支腿 辅助支腿与主梁是固定法兰连接，上部挂轮、导向轮和前支腿完全一样， 可变化与主梁的固定位置。伸缩柱由两个2 8 0 2 0 0 8 0 0 油缸驱动，调整辅助 支腿在3 0 0 m m 高度内变化，与前支腿同时调整架桥机纵向水平度。下部四 个走行轮可沿导梁上8 0 l o o m m 方钢轨道，由后支腿推动走行。下部自带动 力的4 个挂轮吊挂在导梁的耳梁上，推送导梁过孔。 3 6 导梁 导梁是架桥机过孔时的轨道，设计成高位式，上部为箱形粱，下部为高 度可调、位置可变支腿，见图9 。 图9 导梁 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 箱形梁截面尺寸为宽i 8 m ，高2 4 m ，全长3 6 8 9 m ，分为三段，用高强 螺栓连接板联接，最长节段长1 2 3 m ，重2 0 t ，导梁上部设有两报8 0 x1 0 0 哪 方钢轨道，供辅助支腿走行，轨距1 6 m 。设计时控制导梁挠度为1 6 0 0 ，应 力小于2 1 0 m p a ，上拱5 0 m 。 导梁前后支腿设计成“a ”形，支腿下部6 0 0 1 接长连接为可拆式，调节 不同跨梁时高度的变化。架桥时前后支腿与导梁法兰固接，前支腿的挂轮， 可沿导梁后退8 与导梁固接，以便架2 4 m 梁时使用架2 0 m 梁时拆除导梁 后节段，后支腿装在中节段后部 导梁箱形梁底面高出已架梁2 0 0 m ，所以称为高位导梁。架末孔梁时， 拆除前后支腿，导梁直接置于路基上架首孔梁时随着导梁前移，逐步安装 导梁前支腿和后支腿。解决了首孔、末孔梁的架设问题。 3 7 辅助小车 辅助小车的作用是架桥机完成过孔后将下导梁吊移、定位至下一孔桥敦 上辅助小车具有走行、横移、起升三维运动功能。辅助小车用1 6 个被动 挂轮挂在两根工字形悬臂梁上，由两台卷扬机拖动实现走行，卷扬电机功率 为2 x 3 k w 。横移是由1 个1 0 0 5 5 - 4 5 0 油缸实现的，横移量为_ + 2 2 5 m ，速度 2 0 0 m m i n ；横移偏摆下导梁，满足曲线过孔的需要。起升采用2 个 2 0 0 1 0 0 一1 0 0 0 油缸，速度0 2 m m i n ，起升油缸下各挂一个起重吊钩，辅助 小车见图l o 。 图l o 辅助小车 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 3 8 司机室及平台 司机室及平台布置在主梁尾部的吊架上，有效地利用了尾部空间司机 内、主要控制柜布置在此，架桥机解体过隧道时大部分控制电缆不需要拆除， 又不额外侵占过隧道限界。 平台面积可达3 7 时，司机室、电气柜大小不受限制，较大的平台增大了 维修人员活动空问和视野。隔热型2 6 1 5 2 2 m 大型司机室内，只有控 制台j 净空较大，司机具有舒适的操作环境。 3 9 液压系统 架桥机液压系统根据部件需要分为五个独立的系统，分别是：辅助小 车液压系统；辅助支腿液压系统；前支腿液压系统；后支腿液压系统； 卷扬机液压系统每个液压系统安装在各自的部件上，其控制部分均是以 泵站形式，用电磁换向阀方式控制各自执行元件。其中后支腿液压系统较为 复杂，是以闭式系统控制轮胎行走马达，开式系统控制各执行油缸各系统 均有油堵、油温、欠压检测和保护功能。 3 10 各系统泵站及执行元件 系统泵站及执行元件见下表： 电机功系统压力 泵站油泵执行元件 率( k w ) ( b a r ) 横移油缸：1 0 0 5 5 - 4 5 01 个 辅助小车1 0 c 柱塞泵 7 51 8 0 起升油缸：2 0 0 1 0 0 - 1 0 0 02 个 辅助支腿l o c 柱塞泵 7 。52 3 0 支腿油缸：2 8 0 2 2 0 - 8 0 02 个 上支腿油缸：2 8 0 2 2 0 - 5 0 02 个 前支腿l o c 柱塞泵 7 52 3 0 下支腿油缸：2 8 0 2 2 0 - 1 1 0 02 个 卷扬机4 c c 齿轮泵 2 21 9 0钳盘式制动器8 个 2 8 0走行液压马达；4 5 c c8 个 7 1 c 柱塞泵 支腿油缸：2 5 0 1 8 0 _ 3 0 04 个 后支腿+ 1 9 c 齿轮泵 4 5 1 8 0转向油缸：2 2 0 9 0 2 4 04 个 + 4 c 齿轮泵 均衡油缸：1 4 0 1 0 0 - 5 0 08 个 西南交通大学硕士研宽生学位论文第16 页 4 电气系统 4 1 电气系统控制执行元件 电气系统控制元件表( 见下表) 部件名称执行元件 起升卷扬电机2 3 7 k - 起升卷扬高速制动器2 2 5 0 w 走行拖拉电机2 x 1 8 5 l c 霄 起重小车( 2 台) 横移电机2 5 5 k w 液压泵站电机2 2 k w 钳盘式制动器2 组( 8 个) 走行拖拉电机2 x 3 k w 液压泵站电机7 5 h 辅助小车 横移油缸1 个 起升油缸2 个 上部挂轮电机4 0 7 5 k w 下部挂轮电机4 0 7 5 k w 辅助支腿 液压泵站电机7 5 l c r 支腿油缸2 个 挂轮电机4 0 7 5 k w 液压泵站电机7 5 h 前支腿 上支腿油缸2 个 下支腿油缸2 个 液压泵站电机4 5 k w 支腿油缸4 个 后支腿 转向油缸l 组( 4 个) 均衡油缸4 个 走行液压马达4 个 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 4 2 电气系统架构 。 j q g o o c 型架桥机电气系统在传统d c s 网络的下一层再引入一层现场网 络，形成设备级网络、控制级网络和管理级网络这样三层网络结构，以此来 满足架桥机、运梁车安全、可靠、方便地进行架梁作业。d e s 在形成了三层 网络结构以后，基本控制单元深入到了类似变频器设备控制这一级，向上， i ) c s 的功能延伸到管理控制级，逐步形成了一个较完整的控制，管理一体化 的体系结构。其低层是以p r o f i b u s 现场总线将设备、p l c 的远程i o 点连接 在一起的设备层、中间是以m o d b u s 总线将p l c 、工控机以及操作人机界面连 接在一起的控制层网络，而上层的工控机p c 工作站主要完成管理和信息服 务任务。三层设备各司其职，代表了工业控制的典型结构。 j q g o o c 型架桥机电气系统控制层网络采用了以p l c 为核心的控制系统： 通过司机室管理层嵌入式工控机p c 工作站提供的操作人机界面进行控制； 即所有操作通过屏幕及遥控器统一进行，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部分的工作状态，并将用户程序的运行界面与摄像头 的实时监视图像有机地融合为一体，为用户提供了友好人机界面，直观地监 视各项安全保护参数的动态变化，同时提供多媒体声像报警。无线遥控装置 为用户提供了便捷的操作环境。该系统还可以通过i n t e r n e t 互连网进行远 程测试与维护。运梁车可以离开网络自成系统独立运行。 系统框图如下； 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 护 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 4 3 系统可靠性设计 在现代化架桥机的电气设计中，动作程序设计即性能程序设计已为广大 用户所熟悉。真正的难点在于可靠性设计方面首先电气系统要保证自身的 安全可靠，在这个基础上才能维护整个架桥机的安全。电气系统的可靠性模 型为典型的层次化结构。对不同的应用层次采用不同的安全级别我们在电 气系统的软硬件设计中，将从电气系统自检测、多工作模式、互为冗余技术 来支持整个电气系统的安全。 4 3 1 功能性保护 。 满足所有工况的基本条件： ( 1 ) 负载设过载保护( 电气、机械：如梁片吊重过载保护等) ( 2 ) 所有平移运动设置端点限位( 整机、起重不车走行等) ( 3 ) 垂直运动设置高度限位 ( 4 ) 电气柜的散热设计 ( 5 ) 柜外电器的防雨设计 ( 6 ) 重负载软启软停。( 吊梁、整机走行平稳，大电机启动避免对电网冲 击) 4 3 2 安全性保护 ( 1 ) 吊点重量，油缸及支座压力，架桥机的水平姿态，走行速度，风速 等重要物理量的监测与控制。 ( 2 ) 平移、垂直运动的限位预警。重载走行速度限制在l 米分以内。 ( 3 ) 运粱车与架桥机接近对位及箱梁对位落粱的摄像监测。 ( 4 ) 运梁车计算机系统的供电电源欠压保护 ( 5 ) 设置专用的急停遥控器；由现场指挥者掌握，用于紧急情况下的停 机处理。 ( 6 ) 设置前支腿手拉急停开关；梁片对位落梁时的手动急停开关。 ( 7 ) 总电源空开加装漏电保护模块。 ( 8 ) 运行状态及故障纪录( 具备黑匣子功能) ； 依靠嵌入式工作站( e m s ) 的强大功能，可以将架桥机的运行状态及 故障纪录存盘，并可离线打印存档。 ( 9 ) 设置备用工作模式( k 1 ) ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 当某些元器件出现故障时，操作者可以在这种模式下通过人机界面 ( 单选或多选) 来屏蔽某些功能，以便应急处理 ( 1 0 ) 运梁车油路堵塞报警控制。 ( 1 1 ) 运梁车对位时的防撞保护。 ( 1 2 ) 运梁车油温，压力，走行速度，超宽等重要模拟量参数的监控 4 3 3 电气系统对误操作的处理 首先从操作界面的设计上加以重视，避免误操作； 4 3 3 1 误操作分类 根据结果来分大致分为a ，b 两类。 a 类有可能产生灾难性后果。 b 类会引起元器件损伤。 4 3 3 2 处理方法( 将非法工况存在计算机中) ： 首先通过计算机系统来过滤非法的操作( 不存在工况) 。计算机对于偶然 的误操作不予理睬；对于连续的误操作停机处理 对于a 类误操作首先在硬件上互锁 4 3 4 某些危险工况下的电气安全保护 4 3 4 1 整机走行 前提：计算机系统确认故障自检信息正常，设备就位； ( 1 ) 首先电气系统通过后限位开关5 s t l 与天车间的限位开关5 s t 9 确保 前后起重小车退到机臂尾端。 ( 2 ) 计算机系统监测后支腿收缩的整个过程，确认到位后方发出整机走 行允许指令。 ( 3 ) 整机开始限速走行( 限制在3 米分以内) ，计算机根据预先设置的 2 0 米、2 4 米、3 2 米等梁型走行程序，进行距离控制程序( 由控制层网络p i c 与管理层计算机共同完成) ；当整机行至距端点约5 米时，经由两套软硬件 的同时确认，控制系统开始强行减速并预警直至自动停止。 4 3 4 2 运梁车与架桥机对接联机工作 安装在运梁车端部的测距传感器在距离架桥机5 米时计算机系统开始 强行减速同时预警，1 米之内时维持最底速度直至停止。 4 3 4 3 箱粱位对位 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 ( 1 ) 后小车取梁后，前后小车低速运行( 1 m r a i n ) ，至l m 处开始以最低 速度运行，直至停止。调速时，低速运行。 ( 2 ) 在箱梁距前支腿3 - _ 5 米时计算机系统开始强行减速同时预警，1 米 之内时维持最底速度直至停止 ( 3 ) 前支腿设置急停开关，在紧急情况下使用 4 3 5 电气系统的故障自诊断技术 故障自诊断技术包含两个方面的内容； ( 1 ) 计算机系统不断收集尽可能多的设备动态信息，除了各个传感器外， 还包括每个强电元件均接入计算机进行监测作为系统故障自诊断的数据依 据。 ( 2 ) 在软件中设计完善的故障判别模式及应对措施。 4 3 6 电气系统的工艺设计 电气系统的工艺设计是整个电气安全性设计的重要组成部分，与国外发 达国家相比，我们的薄弱环节主要体现在工艺设计方面。 实际上9 0 的电气故障是由于电气工艺引起的，而非原理性故障。就架 桥机而言，再好的原理构思，如果不能很好地与架桥机融合在一起，使用户 在使用上感到不方便，那么这种构思是不成功的。工艺设计贯穿于整个电气 设计的全部过程。工艺设计与原理设计必须相互兼顾、相互弥补舍取，以满 足整个电气系统的安全性要求。在这方面，我们引用了国外的许多先进技术， 如电气系统的架构；电气系统的布局安装；户外电器的处理；传感器的选取 ( 如液压等) ；电磁兼容性设计等。 4 4 电气系统采用的新技术 ( 1 ) 现场总线网络控制技术。 ( z ) 子系统相互监督，互为冗余技术。 ( 3 ) 实时故障自诊断技术。 ( 4 ) 多变频器总线方式控制的同步算法及力矩限制。 ( 5 ) 实现完全屏幕化菜单操作方式。 ( 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全面的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 施工信息 ( 7 ) 基于激光测距原理的架桥机过孔保护技术。 ( 8 ) 通过i n t e r a c t 互连网，设计方可随时异地向用户方提供以下各种服务； 砷远程系统测试 ”远程故障诊断 西远程数据采集 m 远程软件升级 ( 9 ) 运梁车与架桥机拖梁同步闭环算法。 ( 1 0 ) 小车定量横移功能。 4 5 操作人机界面简介 j q 9 0 0 c 架桥机采用了大模块化分层结构、双重操作模式；用户可以在先 进的屏幕操作或普通的面板操作中任选一种、任意切换下面仅介绍屏幕操 作界面。 4 5 1 操作界面 操作界面由操作面板和菜单操作组成。由于采用了屏幕化菜单操作方式， 所以涉及操作面板上的元件特别少可最大限