（交通运输工程专业论文）城市轻轨铺轨机的设计与研究.pdf

摘要 随着我国城市的不断发展，市内交通也变得越来越拥挤。城市轻轨具有造价 比地铁低，运输能力比公共汽车大的显著优点，因而得到了越来越广泛的应用。 而在轻轨的建设中，轻型铺轨机占有着重要的地位。作者与中铁武汉工程机械设 计研究院合作，研发出了p g l 6 型铺轨机。本文主要的研究工作包含以下内容： l 、本文首先介绍了轻轨机车在国内外的发展情况，对目前常见的几种铺轨 机做了简单的结构和性能的比较介绍。 2 、介绍了p g l 6 型铺轨机主要性能参数，总体结构及辅助装置，并验算了铺 轨机的整体稳定性。 3 、根据铺轨机的要求，确定了铺轨机起升机构的型式，并对起升机构的主 要零部件进行了设计计算。 4 、根据铺轨机所承受的载荷，确定其主梁所受的载荷，按使主梁重量最轻 的原则设计出了主梁的参数，并用a n s y s 有限元软件进行了验算。 5 、根据铺轨机所需完成的动作，确定了液压系统的型式和所需的液压元件， 并对主要的元件进行了设计计算。 6 、根据铺轨机控制要求，确定了电气系统的型式和组成，并对p l c 可编程 控制器做出了重点说明。 7 、介绍了铺轨机在实际操作中的注意事项。 关键词：轻轨；铺轨机；起升机构；主梁；液压系统；电气系统 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s e c i t y , t h ec i t y t r a f f i ci s b e c o m i n gm o r e a n dm o r ej a m t h el i g h t r a i l w a yh a s t h eo b v i o u s a d v a n t a g ei ni t sp r i c ew h i c hi sm u c hm o r el e s st h a ns u b w a y , a n di t s t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t yi sm u c hl a r g e rt h a nb u s ，s oi ti sg e t t i n gm o r ea n d m o r ea p p l i c a t i o n w h i l ei nt h eb u i l d i n go fl i g h t r a i l w a y , t h el i g h t t r a c k l a y e rt a k e st h ec r i t i c a lr o l e t h el i g h tt r a c k l a y e rp g 16i sd e v e l o p e d b yw u h a nc o n s t r u c t i o nm a c h i n er e s e a r c hi n s t i t u t e ，t h ea u t h o rh a st a k e n p a r ti nt h ed e v e l o p m e n to ft h i sm a c h i n e t h er e s e a r c hw o r k so ft h i sp a p e r i n c l u d et h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： 1 t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h ea p p l i c a t i o no fl i g h tr a i l w a yi nf o r e i g n c o u n t r yf i r s t l ya n dp o i n t e do u tt h en e c e s s i t yo fd e v e l o p i n gt h el i g h t r a i l w a yi no u rc o u n t r y t h e nt h es t r u c t u r e so fs e v e r a lt y p e so fl a y i n g m a c h i n ea r ei n t r o d u c e d 2 t h i sp a s s a g ei n t r o d u c e dt h em a i np a r a m e t e r 、g e n e r a ls t r u c t u r ea n d a s s i s t a n te q u i p m e n to fp g16l i g h t t r a c k l a y e ra n dv e r i f i e dt h eg e n e r a l s t a b i l i t yo ft h em a c h i n e 3 a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fl i g h tl a y i n gm a c h i n e ，t h et y p eo f l i f t i n gm e c h a n i s m i sc o n f i r m e d ，a n di t si m p o r t a n tp a r t sa r ed e s i g n e d 4 t h el o a dt h a tt h em a i nb e a mb e a r si sc a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h e l o a dt h a tt h el a y i n gm a c h i n eb e a r s t h ep a r a m e t e r so fm a i nb e a ma r e d e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l et h a tt h ew e i g h ti st h el e a s tw h i l ei t s s t r e n g t h 、r i g i d i t ya n ds t a b i l i t ya r ee n o u g h t h er e s u l ti sv e r i f i e db yf i n i t e e l e m e n tm e t h o dw i t ht h eu s eo fa n s y ss o f t w a r e 5 t h eh y d r a u l i cs y s t e mt y p ea n dt h en e e d e dp a r t sa r ed e f i n e d a c c o r d i n gt ot h ew o r kt h a tt h el i g h tl a y i n gm a c h i n en e e dt of i n i s h ，a n dt h e m a i np a r t sa r ec a l c u l a t e d 6 t h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mt y p ea n dc o m p o n e n ta r ed e f i n e d i i a c c o r d i n gt ot h el i g h tl a y i n gm a c h i n e c o n t r o lr e q u i r e m e n t ，a n dt h em a i n p a r tp l c i si n t r o d u c e di nd e t a i l 7 t h ep a p e ri n t r o d u c e dt h ei t e m st h a tt h eo p e r a t o rm u s to b e yw h e n h eo p e r a t e st h el i g h tl a y i n gm a c h i n e k e y w o r d s ：l i g h tr a i l w a y ；l a y i n gm a c h i n e ；l i f t i n gm e c h a n i s m ； m a i nb e a m ；h y d r a u l i cs y s t e m ，e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m 1 l i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：立醯日期：丝丝年上月卫日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：立磅 导师签名碰日期：丝年且月且日 t 程顺i j 学位论义第一章绪论 1 1 城市轻轨概述 1 1 。l 轻轨的优点简述 第一章绪论 轻轨交通，又叫快速有轨交通，是在上世纪六十年代发展起来的一种先进的 城市公共交通。它是一种用电力牵引，在铁道上成列行驶的有轨电车。每米车厢 长度的重量在1 0 6 - - 一1 4 6 吨之间，比铁路车厢1 4 1 7 吨要轻，设备先进新颖， 属于轻型轨道交通，因此称为轻轨交通。 城市轻轨具有运量大、速度快、污染小、能耗少、准点运行、安全性高等优 点。城市轻轨与地下铁道、城市铁路及其它轨道交通形式构成城市快速轨道交通 体系，它可以有效缓解人口与交通资源、汽车与交通设施之间的紧张关系陋1 。轻 轨作为改善城市交通现状的有效载体，成为现代化大都市的重要选择，它在极大 程度上方便了乘客出行，使居民享受更高品质的生活。轻轨也更符合绿色交通的 标准，轨道延伸之处的大规模市政配套设施建设，更有利于环境综合治理口1 。 轻轨不象地铁那样要兴建巨大的地下遂道工程，轨道建筑的标准也要低些， 所以轻轨交通的工程费用仅为地铁的三分之一左右，而建设进度则比地铁要快得 多h 3 。行驶的最高车速能高达每小时8 0 公里，运送速度比无轨电车要快一倍左 右，载客容量则几乎大到十倍。在一列轻轨电车上的工作人员只要一名驾驶员， 不需要售票服务员。运载一位乘客行驶一公罩距离所用的电量，比无轨电车要小。 成本比无轨电车和公共汽车都低，经济效益很明显阵刊。 轻轨交通用电作动力，不存在废气污染环境的问题。城市里有了轻轨交通后， 公共汽车主要作为轻轨车站衔接和周转之用，所以市内原有公共汽车可以大量转 向市郊、市内空气相对地有较好的改善n 1 。 1 1 2 轻轨在国外的发展睁州 在国外，轻轨交通的出现是始于6 0 年代初期，欧洲一些经济发达国家为满足 城市公共交通客运量只益增长的需要，在改造旧式有轨电车的基础上，利用现代 技术，改造和发展有轨电车系统，提高其技术水平和服务质量发展起来的。 丁程顾 j 学位论义 第一章绪论 至目前，世界3 2 0 个城市拥有轨道客运交通系统，其中，只拥有地铁的城市约 占5 ，同时拥有地铁和轻轨的城市约占11 ，拥有轻轨和有轨电车的占8 4 。在轻 轨交通中，前苏联占2 5 ，东、西欧各占1 5 ，其余分布在美、同、澳、加等国。 从欧州已经实施的城市看，诸如法国的格勒诺布尔、南特和乌得勒支市，英国 的曼彻斯特、谢菲尔德和伦敦码头等轻轨铁路，虽然建设年代不久，里程较短，但 它却显示出了其优越的交通功能和良好的作用。轻轨交通的灵活性反应在：车辆 自身轻巧，能在较小弯道和较大坡道上行驶：行走系统选择多样化，钢轨车轮或混 凝土导向槽上橡胶车轮都适宜，因而，可以在各种不同城市的不同街区内或街道 上行驶。 此外，轻轨交通是属于中距离和中运量的交通工具，距离一般在1 5 k m 以内， 一般车辆有4 - - 6 节车厢，标准车厢长度2 3 一- - 2 8 m ，高度为2 6 5 m ，重量4 0 t ，最大客 容量每节2 0 0 - - 一2 6 0 人，其功能介于公共汽车和长距离地铁之间，这种交通运输方 式非常适合于欧洲的城市形态。鉴于郊区范围不大，客流量居中，电气化节省油料， 投入和运营费均比地铁要省等几个方面的原因，成为轻轨交通在欧洲得以发展繁 衍的关键因素。再之，欧洲城市中心地区都严格保护历史文物和古代建筑艺术成 就，其前提就是不允许对原有旧城进行大规模的拆建，发展轨道交通j 下满足了古 城发展对现代交通的补充，因此，深得一些古建筑保护专家的欢迎。 1 1 3 我国大城市发展轻轨交通的迫切性和现实性n h 6 3 当前，随着我国工业化和城市化进程的不断加快，交通问题成为制约我国城 市发展的严重问题。我国1 0 0 万人口以上的大城市已达3 4 个，而5 0 万1 0 0 万 人口之间的城市也达到4 3 个，但这些城市的交通仍主要依靠传统的公共汽车和 无轨电车，远远不能适应城市发展的需要。严重落后的交通造成了一系列恶劣后 果。比如，城市中心区交通拥挤，空气质量和出行速度下降，停车场地缺乏等。 为了从根本上解决这些“大城市病，发展以城市轨道交通为主动脉、其他公交 系统为毛细血管的有机的、高效的交通网络，成为解决城市交通的根本出路。在 轨道交通的发展中，我国已经有上海、天津、北京、广州等城市建设了地铁，极 大地缓解了交通拥挤的状况，但从我国的国情来讲，大规模建设城市轻轨交通比 建设地铁交通具有更大的现实性和经济性。因为： 第一，从投资上比较，轻轨在投资上远小于地铁。地铁每公里投资在6 亿元 2 丁程硕i ：学位论义第一章绪论 以上，轻轨的建设由于是在没有大规模开挖工程的前提下进行的，因此每公里投 资只需2 亿元至3 亿元，一般只相当于地铁的1 3 就我国国情来说，制约城市 地铁发展的一个重要因素就是投资过大，城市财力难以承受。与之相比，发展轻 轨所需投资较少，建设周期较短，技术要求较低，能量消耗较少，维修方便，是 目前我国解决交通拥堵问题的首选方案。比如长春轻轨一期工程全长1 4 1 6 公 里，工程投资只要1 1 3 4 个亿。如果建设地铁，需要近4 0 个亿，已于2 0 0 2 年 投入运营，凭借其安全、快速、准时、运营时间长的优势成为沿线8 0 多力市民 的首选交通工具。 第二，从性质上比较，轻轨是一种电气化铁路系统，运能虽然相对地铁较小， 但可以与其他交通工具共享1 0 - 2 0 混合，既可以采用地铁的高站台上下客， 也可以采用低站台甚至无站台的形式。车辆可以根据实际运量的需要采用单节或 多节，灵活多变。 第三，从保护建筑和绿地的角度，建设轻轨可充分利用地面道路与建筑间绿 化带的上空，可保留沿线建筑和绿地。新型轻轨交通占地少、运量大、速度快、 无噪音、无污染。轻轨建在地面上可以绕开重要的建筑物，克服地面建筑的限制， 而地铁却不能避开地面建筑，更不能耗资绕行。地铁运行中产生的强震动也会影 响到建筑物的生存年限，不利于重要建筑物的保护。轻轨施工还可避免深入挖掘 的行动，只要在地面上铺设路轨或修建道路，使工程难度大大降低，重要建筑物 下面也不会面临被挖而导致地基架空的危险。 总之，对于我国来说，发展轻轨更为实用。 1 2 我国轻轨线路铺设中的问题 城市轨道交通以其快捷、舒适、大容量、低污染等优势在我国大中型城市得 到快速发展。城市轨道的铺设方法及铺设设备，因城市轨道的特点以及城市施工 条件的限制，与普通铁路建设有所不同。国外城市轨道的铺设多采用长钢轨铺轨 列车，设备投入大，外形尺寸也不能满足国内城市轨道交通的限界要求。由于我国 城市轨道交通的限界多与地铁一致( 较普通铁路限界要小) ，而且城市轨道的坡 道大、曲率半径小，铺轨设备要求能在按轻型荷载设计的高架桥上作业，我国现 有的铺轨设备不能满足城市交通轨道建设的要求。因此，我们有必要研究城市轨 3 t 程顾i j 学位论文第一章绪论 道的铺设办法，丌发出适应我国城市轨道建设的新型铺轨设备n 。 1 2 1 城市轨道铺设施工工艺分析n 3 1 城市轨道交通铺轨作业的施工特点是：排放和噪音环保要求较高：施工 场地受到一定限制；路料运输和设备进场比较困难；平交道口多，连续施工 受到限制；施工工艺要求高，线路要求有较高的平顺性和稳定性；施工工期 一般较紧；只能承受轻型荷载的高架桥多；地下隧道多。 以北京城铁( 西直门一东直门) 建设工程为例，分析城市轨道铺设的施工特点 和工艺要求。 l 、 工程概况 北京城铁( 西直门一东直门) 以西直门车站西侧为起点，线路环北京市西北、 北、东北部呈倒“u ”字形，双线全长8 1 7 k m ，由地下线、地面线及高架线三部 分组成，其中有5 个高架车站，1 个地下车站，1 1 个地面车站。该工程要求一次 铺设无缝线路，轨道工程验交运行速度为8 0 k m h 。 2 、施工总体方案 根据北京城铁铺轨作业的施工特点和要求，首先要研制出适合于城市轨道交 通施工的轻型铺轨机械。北京城铁铺轨的总体方案是：先铺设2 5 m 正式轨排和无 孔过渡轨排，无缝线路段再换铺长钢轨。主要施工工艺流程：摊铺底层道碴： 机械铺设正式轨排、过渡轨排；无缝线路段换铺长钢轨和回收过渡轨；大型 养路机械进行养路作业，达到设计标高并符合设计标准；进行应力放散和线路 锁定。 由此看出，正式轨排和过渡轨排的铺设，在整个施工过程中占有很大比重， 其施工效率和施工质量是整个工程施工的关键。对于不同的城市和施工组织，其 施工工艺不尽相同，但铺轨作业的过程是无法省去的，而且施工工作量很大。 1 2 2 城市轨道铺设对设备的要求乜卜翻 1 、环保要求。城市轨道交通施工多半是在城区内进行，随着城市环保要 求的不断提高，对施工噪声和设备的排放标准都有了严格的规定。施工设备的技 术参数必须满足城市环保标准的要求。 2 、曲率半径、桥梁、坡度的要求。由于城市轨道是在城区内通过，其走向 4 t 程顾i j 学位论义第一章绪论 都会在一定程度上受到城市原有建筑物的影响，因此其线路的曲率半径一般都会 比较小，坡度比较大，由此对设备在大坡道上的平稳起动、走行与制动提出了更 高的要求。另外，为了不影响城市的地面交通，城市轨道在城区内采用高架的形 式比较多。由于多种因素，城市高架桥的承载能力一般都设计得有限，因此对施 工设备的轴重提出了严格的要求。 3 、限界的要求。现在城市地面轨道交通多半都与城市地铁组成一个完整的 交通体系。根据建设部2 0 0 3 年颁布的地铁限界标准的要求来看，城市地铁 隧道的限界要比普通铁路的隧道限界要小。因此，铺轨设备的外形尺寸必须满足 地铁限界标准的要求。 4 、施工组织的要求。由于城市地铁是在城区施工，施工周期一般都比较紧， 旌工场地受到限制。因此要求施工方案要快速高效、经济合理。具体对设备而言， 就是要求轻便、高效，具有双向铺设的功能，以解决市区设备无法调头，提高设 备使用效率的问题。 1 3 目前国内几种常见铺轨机的特点儿2 2 2 5 1 1 3 1c p g 5 0 0 型铺轨机 c p g 5 0 0 型铺轨机是长钢轨铺轨机，其主要性能指标：一次铺设轨条长度达 到5 0 0 m 、单班铺轨作业1 5 k m 以上、单枕问距误差不大于1 0 m m 等要求，且整 机自动化程度高、适用范围广、性能稳定可靠。 c p g 5 0 0 型长钢轨铺轨机组由履带式钢轨拖拉机、主机( 作业车、辅助动力车) 、 车载龙门吊、枕轨运输车组及其动力系统、液压系统、电气控制系统等几大部分 组成( 如图1 - 1 所示) 。 图1 - 1c p g 5 0 0 型长钢轨铺轨机组总体图 卜履帚式钢轨拖拉机；2 一电气控制系统：3 一动力、液压系统；4 一作业车； 5 一车载龙门吊6 一辅助动力车；7 一枕轨运输车组 履带式钢轨拖拉机由履带式推土机改装，其后端设置有用于夹持钢轨拖拉的 支架和放置滚筒的液压支架。 t 程顺l ? 学位论义第一市绪论 作业车由车体、履带式牵引装置、卷扬机、液压支腿、平碴机构、操作控制 室、柴油发动机、轨枕传送装置、布枕机构、匀枕机构、计程器、胶垫板安装工 具箱、钢轨导向滚轮组、长钢轨就位和对位器等组成。 辅助动力车由车体、发电机组、长钢轨推送装置、钢轨对中装置、扣件安装 工具箱、扣件紧固装置、长钢轨导向滚轮组、分轨装置等组成。 作业车和辅助动力车均采用两台二轴转向架的形式，由快速转k 3 型转向架 改装而成，其中作业车后2 轴和动力车4 根轴均为动力轴。 机组由一台3 8 6 k w 发动机为的动力系统和液压系统提供动力；由一台5 0 k w 发电机组为机组的控制系统及照明等提供电源。所用发动机均采用道依茨柴油发 动机，其尾气排放水平、噪音水平均符合环保要求，达到欧渊t l i i 号标准要求。 铺轨机组的牵引及各作业机构动作均为液压驱动，相互独立的牵引动力液压 系统和作业装置液压系统组成了机组的主机液压系统。 1 3 2n t c 型铺轨机 n t c 型铺轨机也是长钢轨铺轨机，其主要技术参数如下：长4 0 9 5 m ，宽 3 1 5 0 m ，高( 到龙门吊) 4 6 m ，重1 3 5 1 7 k g ：主机功率1 0 8 k w ，最大工作速度1 5 根 枕木m i n ，运行速度l o o k m h 。能铺设轨枕( 最长) 2 7 4 3 m ，能铺钢轨( 最 大) 7 2 k g m 。其主要组成部分如下： 1 、牵引动力部分 铺轨主机本身不提供走行动力，它使用牵引车辆9 7 3 装载机改装而成，在拖 拉机的后端装有长轨导向装置。该机的功能是预先摆放长轨，在铺轨作业时用于 牵引铺轨主机和枕轨运输车行驶并作为长轨回收的初始导向。 2 、铺轨主机 铺轨主机从结构上可分为作业车和作业梁两大部分。作业梁的前端支撑在可 转向的履带上，后端支撑在作业车上，在转场时可将履带收回改为轮对支撑。在 使用平板车作长途运输时作业车和作业梁可拆分，在作业梁上安装有两个液压油 缸提供拆分动力。从功能上铺轨主机可分为布枕机构、抽拉轨机构、收轨机构和 动力部分。 3 、龙门吊 龙门吊走行在轨枕运输车和作业车的吊车走行轨道上，主要由柴油机、液压 6 t 程颂l ：学位论文第一章绪论 泵、液压马达、传动机构、轨枕夹具、操制室等组成。龙门吊承担轨枕的运输工 作，在布枕作业时不断向传送带运输轨枕。在龙门吊上安装有多个摄像头，司机 能够通过显示屏清楚地观察到龙门吊前后和下方的情况，这样便于司机对位和保 证安全。龙门吊一次可运输轨枕1 8 根，最大运行速度3 2 k m h 。 4 、枕轨双层运输车 运输车是由国内自行设计配套的枕轨双层运输车，在运输车的下层装钢轨， 上层装轨枕，钢轨支撑在运输车底部的滚轮上。运输车的两旁设有龙门吊走行轨 道。龙门吊走行轨道由固定轨、活动轨和连接两列运输车之间的过桥组成，活动 轨在运输车通过曲线时自行抽拉。 1 3 3p g 2 8 型铺轨机 p g 2 8 型铺轨机是轨排铺轨机，其主要性能参数如下：长4 5 8 m ，宽3 5 6 m ， 高6 5 5 m ，主机最大轴重3 4 t ，吊轨走行速度3 5 4 m m i n 其主要组成部件如下： l 、机臂 机臂为箱型焊接梁，全长4 2 6 m ，宽0 8 m ，高1 2 5 m ，材料为1 6 m n 机臂内部 焊有横隔板和纵向加劲肋竿对其进行加强。机臂后部安装有吊轨小车运行机构。 吊轨小车走行轮挂在机臂下翼缘，在走行机构钢丝绳的牵引下，能沿机臂下翼缘 运行。机臂中部腹板开有两个通孔，横梁从中穿过机臂。 2 、起升与运行机构 起升机构由吊轨小车上的电动葫芦通过小车定滑轮组、扁担动滑轮组控制扁 担上每个吊点的升降。它有四套，控制扁担上四个吊点的升降。运行机构安装在 机臂后部，由电动机、链轮及链条、主动行星卷筒、从动摩擦卷筒制动器组成。 3 、摆头机构 本机设有两套摆头机构，分别安装在靠近横梁的机臂内，它由电动葫芦、滑 轮组、钢丝绳等组成。电动葫芦相对于机臂中心线左右对称，定滑轮组固定在横 梁上，动滑轮组固定在机臂上。钢丝绳的一端固定在电动葫芦内的卷筒上，另一 端固定在机臂上，滑轮倍率为6 。 4 、拖拉机构 轨排垛拖拉机构由电动机、链轮、链条、行星卷筒、摩擦卷筒、制动器、拖 轨、滑轮组、挂钩等组成。工作时，电动机通过传动链带动行星卷筒，在由行星 7 下程顺1 ：学位论义第一章绪论 卷筒和摩擦卷筒带动循环钢丝绳，通过滑轮组拖拉轨排。 5 、转向架 轨排铺轨机的走行机构与架桥机向类似。主机车辆采用前5 后4 转向架，两 转向架相距1 7 6 m 。5 轴转向架为旁承、心盘混合承载，4 轴转向架为心盘承载。 1 3 4p g 2 0 型铺轨机 p g 2 0 型铺轨机也是轨排铺轨机，由柴油发电机组、机臂、吊轨小车、扁担、 起升与运行机构、轨排拖拉机构、横梁、司机室、液压系统、电气系统、空气制 动系统和车体组成。 1 、机臂 机臂为箱型焊接梁。机臂的中部安装有轨排起升与运行机构。吊轨小车走行 轮挂在机臂下翼缘。起升机构钢丝绳通过吊轨小车与扁担滑轮起升轨排。同时机 臂中部开了两个通孔，让横梁穿过机臂。 2 、立柱 立柱安装在底架柱根处，共三组。每组立柱由柱身、中间柱、油缸、侧梁等 组成。侧梁有两根，安装在立柱上方，用以支承横梁。 3 、吊轨小车及扁担 吊轨小车由车架、均衡架、滑轮组、走行轮组、托轮组等组成。为受力均匀， 小车采用了具有均衡机构的四组走行轮组，每组有两个走行轮。扁担由扁担构架、 夹轨钳、副扁担、滑轮组等组成。 4 、起升和运行机构 机臂的中央腹板处开孔安装有四套起升机构，起升机构采用电动葫芦作为动 力，结构紧凑。还装有一套运行机构，它由电动机、制动器、行星卷扬机、被动 卷筒等组成，通过钢丝绳拖动吊轨小车运行。 5 、摆头机构 本机设有两套摆头机构，分别安装在靠近横梁的机臂内。每套摆头机构由油 缸、滑轮、钢丝绳等组成。 6 、拖拉机构 拖拉机构由一台y z r 2 2 5 - m 型电动机、行星卷筒、制动器、链轮、链条、滚 轮、拖轨、导向滑轮、挂钩等组成。 8 丁程硕l ：学位论文第一章绪论 7 、转向架 主机车辆采用标准心轴转8 型转向架，两转向架均为四轴转向架，均以心盘 承载。前后转向架各设动轴一根，转向架由牵引走行系统、构架、制动装置、车 轴等组成。 1 4 本文的研究内容 本文根据轻轨铺轨机的具体结构和存在的问题展开研究，全文共分7 章，各 章内容如下： 第一章介绍了城市轻轨的作用和发展概况，指出了轻轨建设中出现的问 题，说明轻轨铺轨机在轻轨建设中具有重要作用。同时介绍了我国目前常用的几 种铺轨机的结构和组成，指出轻轨铺轨机需要具备的特点。 第二章介绍了p g l 6 轻轨铺轨机的主要参数和结构，并验算了整机稳定性， 计算结果表明，整机稳定性合格。 第三章介绍了起升机构的设计计算。起升机构是铺轨机最重要的机构，其 设计选型必须f 确合理，各零部件必须满足设计要求。 第四章介绍了主梁的设计计算。主梁是铺轨机最重要的构件，必须安全可 靠。因此，其强度、刚度合稳定性必须满足要求。为保证设计的安全，用有限元 软件a n s y s 对主梁进行了计算，计算结果表明，主梁是安全可靠的。 第五章介绍了整机的液压设计及液压元件的设计选型。 第六章介绍了整机的电气系统的设计与研究。 第七章介绍了铺轨机应用实践。 1 5 本章小结 城市轻轨铺轨机是用于铺设城市轻型轨道的工程起重机，对铺设城市轻轨的 建设具有重要意义。本章介绍了城市轻轨的作用和发展概况，指出了轻轨建设中 出现的问题，说明轻轨铺轨机在轻轨建设中具有重要作用。着重介绍了c p g 5 0 0 、 n t c 、p g 2 8 型铺轨机的结构和组成，指出轻轨铺轨机需要具备的特点，并介绍了 本文的研究方向、内容和意义。 9 t 程顺i j 学位论义第二章p g l 6 型轻轨铺轨机的构成和整体稳定件计算 第二章p 6 16 型轻轨铺轨机的构成和整体稳定性计算 2 1p g l 6 轻型铺轨机的基本结构 p g l 6 型轻轨铺轨主要由工作机构、金属结构、动力装置、控制系统组成。 工作机构是为实现铺轨机不同的运动要求而设置的；金属结构是铺轨机的骨架， 它承受铺轨机的自重以及作业时的各种载荷；动力装置是铺轨机作功的能源；控 制系统包括液压系统和电气系统，通过控制系统，可实现各机构的起动、调速、 制动和停止，从而达到铺轨机作业所要求的各种动作。 2 2p g l 6 型轻轨铺轨机的性能参数 p g l 6 型轻轨铺轨机用于城市快速轨道交通工程中铺轨作业，应具有双向作 业能力，可以满足铺轨作业的各种要求。本机根据施工单位的条件和习惯，可配 合倒装龙门吊、机动平车进行作业，或配合机车推动滚轮列车组进行作业。p g l 6 型轻轨铺轨机亦能用于铁路新线施工和旧线改造工程的铺轨作业。能满足4 米线 间距复线铁路铺轨作业要求。车体及转向架能适应新线荒道运行。长途挂运解体 满足机车车辆限界要求。其基本要求如下： 额定起重量： 1 6 t 起吊速度： 4 m m i n 吊轨走行速度： 3 4 m m i n 主梁前支腿中心最大水平偏摆量： 1 6 5 0 m m 理论生产速度： 1 5 0 m h 铺轨机自重： 5 2 t 轨排垛层数：4 层 作业时最大轴重： 2 4 o t 运行轴重：1 5 o t 作业方式：双向 通过能力： 通过最小曲线半径： 1 8 0 m 1 0 t 程硕i ：学位论文第- 二章p g l 6 型轻轨铺轨机的构成和整体稳定件计算 长途挂运整机通过最小曲线半径： 2 0 0 m 铺轨最小曲线半径： 3 5 0 m 铺轨坡度：1 8 长途解体运输：符合机车车辆限界 液压系统压力： 1 6 m p a 本装置应设置良好的安全保护措施。 2 3p g l 6 型轻轨铺轨机的主要部件 p g l 6 型轻轨铺轨机主要由吊轨门吊、主梁、主机、摆头机构、吊轨扁担、 平衡重、柴油发电机组、电气系统及液压系统等组成，如图2 - 1 所示。 图2 - 1p g l 6 型轻轨铺轨机结构示意图 卜主机；2 一柴油发电机组；3 一电器系统；4 一摆头机构；5 一液压系统； 6 一吊轨扁担；7 一主梁；8 一吊轨门吊；9 一龙门支腿 2 3 1 吊轨门吊 吊轨门吊是铺轨机的主要工作装置，作用是从运轨平车上抓起轨排，然后运 动道指定位置放置轨排其结构形式是龙门框架结构顶梁上安装有两套电动葫 芦起吊装置吊轨门吊具有走行功能，能在车体和主梁上行驶因此，门吊装置上 还设有两组走行轮，走行机构通过电机驱动链条传动实现门吊走行。由于门吊行 走速度很慢，因此分别给这两组电动机配置了两个减速机，以控$ , jf - j 吊行走速度 走行轮通过两组底架相连为了运输拆卸的方便，同时考虑到力学静不定问题，底 架与门吊上部的框架通过四根销轴相连其中，该装置最重要的是要有能抓住轨 排的工具，即吊轨扁担吊轨扁担由箱型梁、吊轨板钩、滑轮组等组成。吊轨扁 担通过吊轨板钩抓住轨排，同时通过电动葫芦和滑轮组来控制吊轨扁担的起升和 t 程坝l ：学位论义 第一二章p g l 6 型轻轨铺轨机的构成和经体稳定性计算 降落 门吊结构示意图如图2 2 所示。 - - j l 厂- - 3 k 、，厂卜_ _ 1 赢r 17 l 厂 i lj jllj 、，、t 一，1 。1t ， i ， l _i ， 一 j 摹h 娶翌俐掣唰隐扩弦踞 _ 盘i 出 黼帆、，俑撩 黻& 跫萝 图2 - 2 吊轨门吊结构 卜吊轨扁担；2 一电动葫芦；3 - f l 架；4 一减速机；5 一链轮； 6 一销轴；7 一主动走行轮；8 一从动走行轮 2 3 2 摆头机构 摆头机构的作用是主梁处于悬臂状态时，沿着线路方向能横向移动，满足曲 线铺轨作业的要求。摆头机构由油缸、滚轮、滚轮座、中心销、支撑等组成。主 梁的支撑面处安放在车体前端上，其中央有一个转动中心销固定在车体上，后端 弧形梁上安设三个滚动轮。三个滚动轮绕中心销在轮座上左右移动，其动作靠摆 头油缸带动。摆头机构结构如图2 - 3 所示。 图2 - 3 摆头机构结构图 卜油缸；2 一滚轮及滚轮座；3 一主梁 1 2 丁程硕i ：学位论文第二章p g l 6 型轻轨铺轨机的构成和整体稳定性计算 2 3 3 主梁及龙门支腿 主梁设为双臂箱形焊接的整体式结构，采用自动焊主梁主要承载铺轨作业 时来自轨排和吊轨门吊的重量，因此它要具有足够的抗弯强度和刚度这部分设 计在后面章节会详细介绍前龙门支腿为横向联系梁结构，其立柱内安装有两个 支撑油缸，当油缸伸长时主梁前端支撑在路基上，成简支状态进行铺轨作业；当 油缸缩回时主梁悬臂，主机可通过机车或轨道车顶推在线路上运行。 2 3 4 车辆主机 主机是铺轨机的主要组成部分，它主要由发动机组、电气系统、液压系统、 平衡重、摆头机构、车体及转向架等部分组成，铺轨机的核心控制部分都在此主 机上其中车体部分由n 1 7 a 平车改造而成。n 1 7 a 平车由底架和活动端墙组成。 底架结构由中梁、侧梁、枕梁、端梁、横梁、小横梁和纵向辅助梁组成。由于作 用在n 1 7 a 平车上的载荷全部由底架承担，因此底架各主要梁件具有较大的断面。 中梁和侧梁都采用工字型钢梁组成鱼腹型梁，不仅受力合理、减轻了自重，而且 也有利于转向架的检修。底架横向梁有端梁、枕梁、大横梁和小横梁等。端梁用 厚8 m m 的钢板折压成不等翼的槽形断面。枕梁由厚1 2 m m 的上、下盖板及厚8 m m 的双腹板组焊成封闭的箱形断面，枕梁是把侧梁承受的垂直载荷传至心盘的最重 要的梁件，也是承受纵向水平载荷重要梁件之一，所以，此断面较强大，且为变 截面的等强度梁。大横梁共2 根，布置在枕梁之间，它由厚l o m m 的上、下盖板 和厚6 m m 的腹板组焊成工字型断面梁，上、下盖板均分为两段，搭焊在中梁上、 下盖板及侧梁上、下翼缘上。6 根小横梁采用1 2 0 5 3 5 5 m m 的槽钢。 而p g l 6 铺轨机的车体是在原n 1 7 a 平车车体的两侧梁上增设吊轨门吊走行 轨梁，同时加设摆头机构安装梁，并对端梁进行加强。转向架为转8 a 。主机不 带走行动力，由机车或轨道车顶推前行。其结构简图如图2 4 所示。 t 程烦i j 学位论义第二章p g l 6 型轻轨铺轨椤【的构成和整体稳定性汁算 图2 - 4 车体简图 卜平衡重；2 - $ 轨门吊走行梁；3 一转向架；4 一发电机组；5 一电气系统；6 _ 摆头机构；7 一液压系统 2 3 5 柴油发电机组 主机走行不带动力，工作动力用道依茨，f 4 l 9 1 2 g e n 风冷柴油发电机组为动 力，装机容量为3 2 k w 。 2 3 6 电气系统 电气系统由柴油发电机组、液压控制系统、吊轨门吊走行及起升控制系统等 组成。p g l 6 轻型低臂铺轨机采用了p l c 可编程控制及变频技术，提高了系统的 可靠性和先进性。铺轨机的操作既可在操作面板上进行操作，也可用遥控器进行 操作，操作简便、灵活。 2 3 7 液压系统 液压系统用于控制摆头机构及前龙门支腿的升降。该系统由1 l k w 电机带动 齿轮泵供油。本系统的额定压力1 6 m p a ，额定流量4 0 l m i n 。 2 3 8 平衡重 平衡重是为了保证铺轨机前行时纵向稳定而设置的，该平衡重放置在主机的 尾部。反向作业时，应将平衡重调头安置。 2 4 整体稳定性计算 工况：铺轨机在曲线上铺轨，风向垂直于铺轨方向。力矩计算点为铺轨机液 压支腿的支撑点。 1 4 t 程顾i j 学位论文第一二章p g l 6 型轻轨铺轨机的构成和整体稳定性计算 2 4 1 载荷计算 l 、 自重载荷： 车辆 吊轨门吊 吊轨扁旦 龙门支腿 主梁 2 、风载荷啪1 ： g 1 = 3 2 t g 2 = 8 t g 3 = 6 t g 4 = 5 t g 5 = 9 t r = ck p q a 式中：c - 风力系数， c = 1 6 k h - - 风压高度系数，毛= 1 风振系数，f l ：l q 一计算风压，q = 2 5 0 n m 2 a 一迎风面积 车辆： a l = 3 5 m 2 吊轨门吊：a 2 = 2 0 m 2 吊轨扁旦：a 3 = 5 m 2 龙门支腿：a 4 = 5 m 2 主梁：h 5 = 2 0 m 2 轨排： a 6 = 1 2 m 2 则作用在以下构件上的风载荷为： 车辆：p - 。= 1 4 0 0 0 n 吊轨门吊：p - 。= 8 0 0 0 n 吊轨扁旦：p , 3 = 2 0 0 0n 龙门支腿：p - 4 = 2 0 0 0n 主梁：p , 6 = 8 0 0 0n 轨排：p , 。= 4 8 0 0n 3 、坡度载荷： 按外侧超高1 5 0 m m 计算，s i n a = 1 5 0 1 4 3 5 = o 1 0 5 1 5 ( 2 一1 ) ! 蔓堑生坚型塑竺鉴蔓童呈鱼! ! 堡型堕垫型! 堕丝些! ! 鳖堡壁壅丝生簦 2 = ! ! u i o 粗型踊扣l 制l 阴俐成荆i 整体稳定忡汁笪 则：作用在以下构件上的坡度载荷为： 车辆： p g i = 3 2 s i n 口= 3 3 6 1 0 4n 吊轨门吊： 吊轨扁旦： 龙门支腿： 主梁： 轨排： 2 4 2 倾翻力矩 p 6 产1 5 s i n a = 1 5 8 x1 0 4n ：6 s i n c r = 0 6 3 x1 0 4n p , = 5 s i n c r = 0 5 3 x1 0 4n p c 5 = 5s i n c t = o 9 5 x1 0 4n 艮= 1 6 s i n a = 1 6 8 1 0 4n m 萨p 州忍+ 芝圪且 一i ，= l 式中： 见风载荷作用点至底平面的距离 车辆：h i = 1 。2 m 吊轨门吊：h 2 = 3 2 m 吊轨扁旦： 矗，= 5 1 m 龙门支腿：h 4 = 3 4 m 主梁： 反= 1 6 m 轨排：h 6 ：4 5 m e 一各部件的重心至底平面的垂直距离 车辆：h i = 1 4 m 吊轨门吊：h 2 = 3 3 m 吊轨扁旦： 鼠= 5 3 m 龙门支腿：h 4 = 3 5 m 主梁：h 。= 1 5 m 轨排：h 6 = 4 5 m 将数据代入( 2 2 ) 得：m 倾= 3 4 2 1 0 5n m 1 6 ( 2 2 ) t 程硕i ：学位论文第一二章p g l 6 轻型铺轨机的构成和整体稳定性计算 2 4 3 稳定力矩 5 m 稳= y g ，l ， 一 # l 式中： 厶各部件的重心至液压支腿的水平距离 厶2 2 2 厶2 4 2 三s = 1 4 m 将数据代入( 2 3 ) 得m 稳_ 9 4 x 1 0 5n i l l 2 4 4 稳定系数 2 5 本章小结 ( 2 3 ) 本章介绍了p g l 6 型轻轨铺轨机的基本构成和主要性能参数，并对主要 部件和系统如：吊轨门吊、摆头机构、主梁及龙门支腿、车辆主机、柴油发电机 组、电气系统、液压系统、平衡重进行重点介绍。并对铺轨机的整体稳定性作 了计算，计算结果表明，铺轨机的整体稳定性满足要求。 1 7 z 稳一 倾 m m = 乙 肛 赇足蔫陛定稳 t 程顺i ：学位论义第二三章起厂f 机构设计计算 第三章起升机构设计计算 起升机构是起升货物并使它产生升降运动的机构，它是铺轨机最主要和最基 本的机构。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、钢丝绳滑轮组、吊 具等组成心引。 3 1 起升机构传动方式的选择 由于起重小车空问受到限制，而起升速度较低，需要较大的速比，因而选用 减速电机( 摆线针轮马达) ，其速比较大，使传动系统的部置比较紧凑，同时便 于维修保养。其传动方式如图3 1 所示。 234 图3 - 1 起升机构传动方式 卜一减速电机：2 一齿轮减速器；3 一制动器；4 一卷筒 3 2 起升机构设计计算 3 2 1 起升载荷的计算 起升载荷p q - 缈2q( 3 一1 ) 式中伊2 升动载荷系数，见式( 4 - 1 ) ，仍= 1 1 q 额定起重量，q _ 1 6 t 代h ( 3 1 ) 得p q - - 1 7 6 产1 7 6 x1 0 5n 1 8 t 程硕l ：学位论文第三章 起升机构设计计算 3 2 2 起重钢丝绳的选取 钢丝绳最大起升拉力s 一= 二生 ( 3 - 2 ) “t i n 式中p q 起升载荷 a 起升滑轮组倍率，a = 2 r - - - 滑轮组效率，矽= o 9 5 搀一起升电机个数，n = 4 代入( 3 2 ) 得s 。= 2 3 2 1 0 4 n 选用6 w ( 1 9 ) 型钢丝绳，其公称抗拉强度为1 7 0 0 m p a ，其破断拉力换算系数 口2 = o 9 2 。 则钢丝绳破断拉力s 绳：t l s m a x ( 3 - 3 ) 口2 式中n 为安全系数n = 6 ， 将数具代入( 3 - 3 ) 得s 绳= 1 5 l 1 0 5n 查文献，选钢丝绳6 w ( 1 9 ) 一1 5 5 1 7 卜i _ 光一右交g b l l 0 2 7 4 。 3 2 3 确定滑轮直径 滑轮最小直径d m i n = ( e 一1 ) d 式中e - - - 系数，e = 2 0 d 一钢丝绳直径，d = 1 5 5 m m 代入( 3 4 ) 得d r a in = 2 9 4 5m m ， 圆整后选用标准滑轮d = 3