论文部分内容阅读
摘要：900t轮胎式提梁机是为高速铁路施工而开发的新机型。其主要功能是在预制梁场内对混凝土箱梁进行起吊、搬运和配合运梁车进行装车；其具有性能稳定、高效、功能集成化高的特点。主要介绍900t轮胎式提梁机吊杆在吊运过程中的主要受力情况以及结构强度分析。
关键词:900t轮胎式提梁机；吊杆；行走系统
中图分类号：U463.3文献标识码：A文章编号：
引言
近年来我国正在进行多条时速350km／h、250km／h客运专线铁路的建设，其中桥梁是客运专线土建工程重要组成部分，具有比例大、高架桥、长桥多的特点。桥梁的主要功能是为列车高速运行提供具有平顺性、稳定的桥上线路，并尽量减少其养护维修工作量，以确保行车安全和乘坐舒适。铁路客运专线预制场内32、24、20m整孔双线后张法预应力混凝土简支箱梁(以下简称箱梁)，根据箱梁本身特点，为了节约生产成本现在箱梁生产全部采用现场预制生产，现场架设箱梁。由于箱梁体积大，重量大，生产好的箱梁
需要专用的移梁设备进行迁移。900t轮胎式提梁机(以下简称提梁机)是为客运专线箱梁施工而开发的一种新型移梁、架梁专用设备，其最大起吊、搬运能力为900t。箱梁的起吊、搬运是由吊杆的一端固定在箱梁的吊孔上，另一端固定在捉梁机的专用吊具上，吊具通过钢丝绳经过卷扬机的卷扬，箱梁被提升起来，在箱梁的起吊、搬运过程中稳定性能的要求直接取决于吊杆结构的稳定。对于吊杆结构的受力分析，传统分析方法只是采用静态分析方法，加上一个安全系数进行安全计算。吊杆在实际应用中，采用吊运100孔箱梁对吊杆进行探伤检验，检验合格继续使用，不合格进行调整。采用有限元分析方法可以很好的模拟实况进行校核计算，并把这个方法应用到工程中，可以减少吊杆的探伤次数，节约成本。
1．900t轮胎式提梁机
1.1900t轮胎式提梁机是一种专门用于铁路客运专线预制梁厂梁体的调运、移位、存放的设备，采用轮胎走行方式，机动灵活。轮胎式提梁机的起重吨位大、移动速度低、转场灵活且工作频繁，主要由动力系统、电控系统、液控系统、提升系统、行走系统、机架系统、驾驶室及安全防护系统等组成。机架系统主要由主梁、横梁及支腿构成。整机采用机电液一体化微电控制技术，能够实现同步行走、同步卷扬及应急制动等功能。机架系统形成提梁机的主体框架多采用门式结构，梁断面采用箱形梁结构，具有较高的强度。
1.2 900t提梁机为全液压控制，它的液压控制系统包括驱动系统、悬挂系统、支腿系统、转向系统、天车系统和卷扬系统。提梁机的液压系统的驱动系统是闭式回路系统，其他的为开式回路系统，采用恒功率负荷传感+电液比例控制。在开式回路中，提梁机的转向系统是用比例多路阀控制，可以实现高精度的同步转向；悬挂的液压系统不但采用比例控制技术，并且使用了单向节流阀和防爆阀的控制结构，从而保护液压系能够安全可靠的工作。液压卷扬系统是采用比例技术、PLC和PID的综合控制，使液压马达能够同步工作；提梁机并设计了3种卷扬制动保护，以保障卷扬系统能正常工作。提梁机的整机重量过大将导致轮胎承受力较大，轮胎磨损严重，对行驶路面的要求也较高。因此，提梁机的整机重量是评价提梁机的重要指标。
2．提梁机吊杆的分析
2.1提梁机吊杆的工作原理
箱梁在生产台座上经过浇筑、养护、拆模、初张拉后即可吊出生产台座。在每一孔箱梁两端，都有4个吊装孔，在吊运过程中，把8根吊杆插进吊装孔内(如图1所示)，调整同一高度，进行试吊装，检验箱梁吊装是否在同一水平面上，发现不合格，立刻把箱梁放在台座，对吊杆调节螺母进行调整，经检查多合格后才能吊运。
图1箱梁吊点图
2.2提梁机吊杆的结构
箱梁在横移时，只有箱梁两端吊杆负重。其吊杆强度和刚度是否满足要求是影响提梁机运用性能的重要因素，因此也是评价所设计的吊杆是否合格的关键参数。提梁机吊杆在使用过程中，主要承受的载荷有：垂向载荷、纵向载荷、横向载荷，其中垂向载荷由两端8根吊杆共同承担，横向载荷、纵向载荷在不利工况下由8根吊杆的剪切变形来承担。
3．行走系统的构成
提梁机行走系统由行走框架、悬挂、驱动桥、从动桥、悬挂液压缸、支腿液压缸和轮胎等组成。行走框架是行走系统的主体结构，悬挂及支腿液压缸通过螺栓与其刚性联接，懸挂能在一定角度内水平回转，以实现提梁机转向功能，支腿液压缸用于转向时支起提梁机减少转向阻力。驱动桥实现行走驱动，驱动桥与从动桥上装配全钢子午胎，驱动桥与从动桥通过销轴装于悬挂上，可在一定范围内上下摆动。悬挂液压缸通过销轴与悬挂相连，活塞与驱动桥和从动桥通过销轴联接，悬挂液压缸作用相当于单作用缸，起到行走时减少路面冲击的作用。
3.1垂向载荷
垂向载荷为一个吊杆所承受的货物质量，大小为F=9.8Q/8式中，Q为箱梁质量。横移箱梁过程中，吊杆不但承受货物的垂向静载荷，而且承受垂向动载荷的用。垂向动载荷是由于路面不平、8根吊杆安装的不同位以及轮组安装等因素，引起箱梁振动而产生的，其计算公式如下 Q=qQ／8
式中，q为每吨货物的垂直惯性力，q=4．54kN／t
3.2纵向载荷
吊杆在运行过程中制动及启动过程的冲击，均会引起货物的纵向惯性力大小为T=tQ／8式中，t为每吨货物的纵向惯性力；移梁过程中采用柔性支撑进行固定t=0．0012Q一0．32Q+29．85
式中，Q为重车总重，当Q>150t时，t=5．88kN／t纵向摩擦力F=9.8µQ／8风力W=qS／8
式中，q为侧向计算风压。受风面为平面时，q=0.49kN/m；S为侧向迎风面的投影面积。
为摩擦系数，取0．3。T=T—F±W 式中，T为纵向合力。
3.3横向载荷
横向载荷包括提梁机在运行时的摇头振动、侧摆振动、两吊具不同步引起纵向载荷的部分分力。
横向载荷分为横向惯性力N和摩擦力F两部分。N=n Q／8 F=µ(9．8Q／8一Q)
式中，n为每吨货物的横向惯性力，n=2．82kN／t；Q为箱梁质量；Q为货物的垂直惯性力。F=N一F式中，F为横向合力。
考虑到吊运箱梁过程中，当两吊具不同步时，在横向载荷中纵向载荷的分力比较小，可以不计。
4.提梁机机架系统结构强度分析
对提梁机机架系统强度分析时，可将轮组上的8个柔性轮胎悬挂支承简化为3个方向的变刚度弹簧的约束，建立提梁机的模型，对提梁机整体进行结构强度分析。其中主梁拱度为50mm，选用单元为Beam188(梁单元)、Combin39(非线性弹簧单元)，节点数为323，单元数为208。根据实际提梁机各梁不同截面尺寸，共定义了9种梁单元，建立提梁机模型见图2。
图2提梁机总体结构分析的位移图
由图2可见，机架系统的最大位移为107．8mm，发生在主梁对称中心处。采用3个方向的变刚度弹簧约束的计算结果与实际测量基本相符，对于柔性过约束系统的分析具有一定的实际指导意义。
5动力系统
整个提梁机共有2台柴油发动机。负责整车液压系统动力。柴油发动机、行走泵、起升及转向系统共用泵、其他泵组和油箱控制阀组和电池等组成动力模块，安装在动力仓内。另单配1台辅助动力舱，为整机提供辅助动力和照明。
900t轮胎式提梁机目前也是铁路客运专线预制梁场内用于箱梁吊装、转移和装车施工较为普遍一种的施工设备。这类提梁机不仅能满足纵行、横行两种运行方式，还可以斜行和小角度转向，可以覆盖梁场内所有台座．基本不受梁场制存梁台座规划限制，同时在梁场内设置一条约32m宽的纵移通道，用来完成提梁机在不同跨台座之间转换和运梁车的装梁工作。
该提梁机采用轮胎作为承载部件，利用轮胎弹性好的特点增大接地面积，很好地吸收冲击和振动，同时行走机构采用液压悬挂系统．悬挂升降行程满足±15cm,自动适应路面的不平整度并实现载荷的均匀分配。
该提梁机采用独立转向的方式，转向角度为一100—950,可以实现纵向行走、横向行走、斜行以及小角度转向等多种功能。当重载转向时，先支起辅助支腿在检测支腿压力达到一定设计值后，使悬挂仅仅承担自重引起的承载量，此时轮胎变形量小，缩小了接地面积减小了转向阻力矩，然后进行转向，满载时原地能转向900，而轻载时不用辅助支腿直接进行转向。该提梁机的起吊高度和吊具行程均大于13m,满足跨越制梁台座的侧模栏杆提梁出模．同时也满足需双层存梁的存梁要求。
参考文献:
[1]王海．900t提梁机的设计与实现[M]．上海：同济大学机械工程分院，2007.
[2]赵静一，孙炳玉，李鹏飞．900t提梁机液压行走系统原理分析及其功率匹配[J]．液压与气动，2007，12(12)：39-41.
[3]中华人民共和国铁道部．铁路货物装载加固规则[M]．北京：中国铁道出版社，2006.
关键词:900t轮胎式提梁机；吊杆；行走系统
中图分类号：U463.3文献标识码：A文章编号：
引言
近年来我国正在进行多条时速350km／h、250km／h客运专线铁路的建设，其中桥梁是客运专线土建工程重要组成部分，具有比例大、高架桥、长桥多的特点。桥梁的主要功能是为列车高速运行提供具有平顺性、稳定的桥上线路，并尽量减少其养护维修工作量，以确保行车安全和乘坐舒适。铁路客运专线预制场内32、24、20m整孔双线后张法预应力混凝土简支箱梁(以下简称箱梁)，根据箱梁本身特点，为了节约生产成本现在箱梁生产全部采用现场预制生产，现场架设箱梁。由于箱梁体积大，重量大，生产好的箱梁
需要专用的移梁设备进行迁移。900t轮胎式提梁机(以下简称提梁机)是为客运专线箱梁施工而开发的一种新型移梁、架梁专用设备，其最大起吊、搬运能力为900t。箱梁的起吊、搬运是由吊杆的一端固定在箱梁的吊孔上，另一端固定在捉梁机的专用吊具上，吊具通过钢丝绳经过卷扬机的卷扬，箱梁被提升起来，在箱梁的起吊、搬运过程中稳定性能的要求直接取决于吊杆结构的稳定。对于吊杆结构的受力分析，传统分析方法只是采用静态分析方法，加上一个安全系数进行安全计算。吊杆在实际应用中，采用吊运100孔箱梁对吊杆进行探伤检验，检验合格继续使用，不合格进行调整。采用有限元分析方法可以很好的模拟实况进行校核计算，并把这个方法应用到工程中，可以减少吊杆的探伤次数，节约成本。
1．900t轮胎式提梁机
1.1900t轮胎式提梁机是一种专门用于铁路客运专线预制梁厂梁体的调运、移位、存放的设备，采用轮胎走行方式，机动灵活。轮胎式提梁机的起重吨位大、移动速度低、转场灵活且工作频繁，主要由动力系统、电控系统、液控系统、提升系统、行走系统、机架系统、驾驶室及安全防护系统等组成。机架系统主要由主梁、横梁及支腿构成。整机采用机电液一体化微电控制技术，能够实现同步行走、同步卷扬及应急制动等功能。机架系统形成提梁机的主体框架多采用门式结构，梁断面采用箱形梁结构，具有较高的强度。
1.2 900t提梁机为全液压控制，它的液压控制系统包括驱动系统、悬挂系统、支腿系统、转向系统、天车系统和卷扬系统。提梁机的液压系统的驱动系统是闭式回路系统，其他的为开式回路系统，采用恒功率负荷传感+电液比例控制。在开式回路中，提梁机的转向系统是用比例多路阀控制，可以实现高精度的同步转向；悬挂的液压系统不但采用比例控制技术，并且使用了单向节流阀和防爆阀的控制结构，从而保护液压系能够安全可靠的工作。液压卷扬系统是采用比例技术、PLC和PID的综合控制，使液压马达能够同步工作；提梁机并设计了3种卷扬制动保护，以保障卷扬系统能正常工作。提梁机的整机重量过大将导致轮胎承受力较大，轮胎磨损严重，对行驶路面的要求也较高。因此，提梁机的整机重量是评价提梁机的重要指标。
2．提梁机吊杆的分析
2.1提梁机吊杆的工作原理
箱梁在生产台座上经过浇筑、养护、拆模、初张拉后即可吊出生产台座。在每一孔箱梁两端，都有4个吊装孔，在吊运过程中，把8根吊杆插进吊装孔内(如图1所示)，调整同一高度，进行试吊装，检验箱梁吊装是否在同一水平面上，发现不合格，立刻把箱梁放在台座，对吊杆调节螺母进行调整，经检查多合格后才能吊运。
图1箱梁吊点图
2.2提梁机吊杆的结构
箱梁在横移时，只有箱梁两端吊杆负重。其吊杆强度和刚度是否满足要求是影响提梁机运用性能的重要因素，因此也是评价所设计的吊杆是否合格的关键参数。提梁机吊杆在使用过程中，主要承受的载荷有：垂向载荷、纵向载荷、横向载荷，其中垂向载荷由两端8根吊杆共同承担，横向载荷、纵向载荷在不利工况下由8根吊杆的剪切变形来承担。
3．行走系统的构成
提梁机行走系统由行走框架、悬挂、驱动桥、从动桥、悬挂液压缸、支腿液压缸和轮胎等组成。行走框架是行走系统的主体结构，悬挂及支腿液压缸通过螺栓与其刚性联接，懸挂能在一定角度内水平回转，以实现提梁机转向功能，支腿液压缸用于转向时支起提梁机减少转向阻力。驱动桥实现行走驱动，驱动桥与从动桥上装配全钢子午胎，驱动桥与从动桥通过销轴装于悬挂上，可在一定范围内上下摆动。悬挂液压缸通过销轴与悬挂相连，活塞与驱动桥和从动桥通过销轴联接，悬挂液压缸作用相当于单作用缸，起到行走时减少路面冲击的作用。
3.1垂向载荷
垂向载荷为一个吊杆所承受的货物质量，大小为F=9.8Q/8式中，Q为箱梁质量。横移箱梁过程中，吊杆不但承受货物的垂向静载荷，而且承受垂向动载荷的用。垂向动载荷是由于路面不平、8根吊杆安装的不同位以及轮组安装等因素，引起箱梁振动而产生的，其计算公式如下 Q=qQ／8
式中，q为每吨货物的垂直惯性力，q=4．54kN／t
3.2纵向载荷
吊杆在运行过程中制动及启动过程的冲击，均会引起货物的纵向惯性力大小为T=tQ／8式中，t为每吨货物的纵向惯性力；移梁过程中采用柔性支撑进行固定t=0．0012Q一0．32Q+29．85
式中，Q为重车总重，当Q>150t时，t=5．88kN／t纵向摩擦力F=9.8µQ／8风力W=qS／8
式中，q为侧向计算风压。受风面为平面时，q=0.49kN/m；S为侧向迎风面的投影面积。
为摩擦系数，取0．3。T=T—F±W 式中，T为纵向合力。
3.3横向载荷
横向载荷包括提梁机在运行时的摇头振动、侧摆振动、两吊具不同步引起纵向载荷的部分分力。
横向载荷分为横向惯性力N和摩擦力F两部分。N=n Q／8 F=µ(9．8Q／8一Q)
式中，n为每吨货物的横向惯性力，n=2．82kN／t；Q为箱梁质量；Q为货物的垂直惯性力。F=N一F式中，F为横向合力。
考虑到吊运箱梁过程中，当两吊具不同步时，在横向载荷中纵向载荷的分力比较小，可以不计。
4.提梁机机架系统结构强度分析
对提梁机机架系统强度分析时，可将轮组上的8个柔性轮胎悬挂支承简化为3个方向的变刚度弹簧的约束，建立提梁机的模型，对提梁机整体进行结构强度分析。其中主梁拱度为50mm，选用单元为Beam188(梁单元)、Combin39(非线性弹簧单元)，节点数为323，单元数为208。根据实际提梁机各梁不同截面尺寸，共定义了9种梁单元，建立提梁机模型见图2。
图2提梁机总体结构分析的位移图
由图2可见，机架系统的最大位移为107．8mm，发生在主梁对称中心处。采用3个方向的变刚度弹簧约束的计算结果与实际测量基本相符，对于柔性过约束系统的分析具有一定的实际指导意义。
5动力系统
整个提梁机共有2台柴油发动机。负责整车液压系统动力。柴油发动机、行走泵、起升及转向系统共用泵、其他泵组和油箱控制阀组和电池等组成动力模块，安装在动力仓内。另单配1台辅助动力舱，为整机提供辅助动力和照明。
900t轮胎式提梁机目前也是铁路客运专线预制梁场内用于箱梁吊装、转移和装车施工较为普遍一种的施工设备。这类提梁机不仅能满足纵行、横行两种运行方式，还可以斜行和小角度转向，可以覆盖梁场内所有台座．基本不受梁场制存梁台座规划限制，同时在梁场内设置一条约32m宽的纵移通道，用来完成提梁机在不同跨台座之间转换和运梁车的装梁工作。
该提梁机采用轮胎作为承载部件，利用轮胎弹性好的特点增大接地面积，很好地吸收冲击和振动，同时行走机构采用液压悬挂系统．悬挂升降行程满足±15cm,自动适应路面的不平整度并实现载荷的均匀分配。
该提梁机采用独立转向的方式，转向角度为一100—950,可以实现纵向行走、横向行走、斜行以及小角度转向等多种功能。当重载转向时，先支起辅助支腿在检测支腿压力达到一定设计值后，使悬挂仅仅承担自重引起的承载量，此时轮胎变形量小，缩小了接地面积减小了转向阻力矩，然后进行转向，满载时原地能转向900，而轻载时不用辅助支腿直接进行转向。该提梁机的起吊高度和吊具行程均大于13m,满足跨越制梁台座的侧模栏杆提梁出模．同时也满足需双层存梁的存梁要求。
参考文献:
[1]王海．900t提梁机的设计与实现[M]．上海：同济大学机械工程分院，2007.
[2]赵静一，孙炳玉，李鹏飞．900t提梁机液压行走系统原理分析及其功率匹配[J]．液压与气动，2007，12(12)：39-41.
[3]中华人民共和国铁道部．铁路货物装载加固规则[M]．北京：中国铁道出版社，2006.