10 t 博格軌道板門(mén)式起重機(jī)的研制與應(yīng)用

黨修洵

（鄭州鐵路局 裝卸機(jī)械廠，河南 鄭州 450052）

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速鐵路、客運(yùn)專線及城際軌道交通的快速發(fā)展，與之相適應(yīng)的高精度起重設(shè)備大多依賴國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格高、周期長(zhǎng)、維修困難。京津城際軌道交通線路施工中，博格軌道板(無(wú)砟道床)的鋪設(shè)要求精度高，且工期緊、難度大。鄭州鐵路局裝卸機(jī)械廠與石家莊鐵道學(xué)院國(guó)防交通研究所聯(lián)合研制了BGMG型全路面、全液壓輪胎式博格軌道板門(mén)式起重機(jī)，方便了博格軌道板的鋪設(shè)，極大地提高了工作效率。

1 機(jī)構(gòu)組成及特點(diǎn)

輪胎式博格軌道板門(mén)式起重機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、起重小車(chē)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、吊具系統(tǒng)、大車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等組成 (見(jiàn)圖1)。

博格軌道板門(mén)式起重機(jī)起重量為吊具下10 t，結(jié)構(gòu)形式為U型雙梁，主梁、上橫梁、下橫梁為箱形結(jié)構(gòu)，支腿采用無(wú)縫鋼管Ф402×12。在主梁一端設(shè)有垂直和水平油缸，跨度可在8.2～9.0 m范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，高度調(diào)節(jié)范圍±350 mm。取物裝置采用自行設(shè)計(jì)的專用吊具，縱向、橫向角度調(diào)整范圍為±10°，最大起升高度18 m。驅(qū)動(dòng)動(dòng)力采用4C200型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，照明系統(tǒng)采用EDL1300TE型發(fā)電機(jī)，既可司機(jī)室操作，也可遙控操作。懸臂為可拆卸式，無(wú)懸臂時(shí)可在隧道內(nèi)工作，有懸臂時(shí)可在高架橋上工作，可直接將博格軌道板從橋下14 m吊運(yùn)到高架橋上鋪設(shè)。

2 工作原理

2.1 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)采用液壓絞車(chē)，為保證博格軌道板的精確定位，在其中一根下橫梁上的2個(gè)支腿下部各布置2個(gè)共4個(gè)液壓絞車(chē)，通過(guò)鋼絲繩導(dǎo)向滑輪組，在起重小車(chē)上形成4個(gè)吊點(diǎn)，4個(gè)吊點(diǎn)通過(guò)結(jié)構(gòu)布置和鋼絲繩纏繞方法轉(zhuǎn)換為3點(diǎn)靜定平衡體系。專用吊具與博格板的形狀均為長(zhǎng)方形，在起重小車(chē)和吊具一端的2個(gè)吊點(diǎn)采用橫向布置，即起重小車(chē)和吊具的2個(gè)滑輪組為軸線平行布置，分別用2根鋼絲繩單獨(dú)纏繞，形成2個(gè)獨(dú)立的吊點(diǎn)；在吊具另一端的2個(gè)吊點(diǎn)采用同軸縱向布置，用一根鋼絲繩通過(guò)平衡滑輪組纏繞這 2個(gè)吊點(diǎn)，使其 2個(gè)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換為1個(gè)吊點(diǎn)，由此構(gòu)成4點(diǎn)起升3點(diǎn)平衡體系，各吊點(diǎn)的受力達(dá)到相同，見(jiàn)圖2。

由于起升機(jī)構(gòu)4個(gè)吊點(diǎn)的液壓絞車(chē)旋轉(zhuǎn)速度有誤差，因此在液壓絞車(chē)上分別安裝編碼器，由可編程控制器(PLC)比較液壓絞車(chē)轉(zhuǎn)速，控制其比例流量，使4個(gè)液壓絞車(chē)達(dá)到同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)的同步升降。4臺(tái)液壓絞車(chē)可單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)。

2.2 運(yùn)行機(jī)構(gòu)

運(yùn)行機(jī)構(gòu)全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，由本機(jī)自帶的4C200型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

（1）小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)由安裝在主梁一端的2臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏈輪牽引鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)，2個(gè)液壓馬達(dá)由一個(gè)帶比例控制板的比例換向閥控制，走行速度由比例換向閥控制，見(jiàn)圖3。

（2）大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)為了適應(yīng)在高速鐵路、客運(yùn)專線橋梁和路基上運(yùn)行的特殊要求，在 2 根下橫梁兩端 4 個(gè)支點(diǎn)各安裝 1 個(gè)支承輪胎，采用全驅(qū)動(dòng)方式，在每個(gè)輪輞上安裝走行液壓馬達(dá)。4 個(gè)液壓馬達(dá)由1個(gè)電磁換向閥控制，大車(chē)走行速度由1臺(tái)電液比例換向閥(EL)控制的主變量泵完成，主變量泵的壓力輸出由2個(gè)壓力選擇電磁換向閥控制，達(dá)到走行同步。在下橫梁及走行輪上安裝位移傳感器，控制轉(zhuǎn)向液壓缸使走行輪轉(zhuǎn)向，偏轉(zhuǎn)角度為±20°，轉(zhuǎn)向速度由比例換向閥控制。4個(gè)走行輪既可前方2個(gè)轉(zhuǎn)向，也可4個(gè)同步轉(zhuǎn)向，見(jiàn)圖4。

2.3 吊具控制

吊具控制部分由4個(gè)旋鎖機(jī)構(gòu)和吊具縱向位移機(jī)構(gòu)組成，4個(gè)旋鎖機(jī)構(gòu)由2個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)，2個(gè)油缸由1個(gè)電磁換向閥驅(qū)動(dòng)，控制吊具旋鎖的開(kāi)閉動(dòng)作?？v向位移機(jī)構(gòu)由1個(gè)電磁換向閥控制1個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)，控制吊具的縱向位移，見(jiàn)圖5。

3 主梁強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》載荷組合，選擇結(jié)構(gòu)最危險(xiǎn)工況如下。

強(qiáng)度計(jì)算工況為第Ⅱ類載荷：自重載荷+起升動(dòng)載荷+慣性載荷+工作狀態(tài)風(fēng)載荷+偏斜運(yùn)行側(cè)向力。

因起重機(jī)的風(fēng)載荷和慣性載荷及偏斜運(yùn)行側(cè)向力較小，簡(jiǎn)化計(jì)算，只計(jì)算小車(chē)移動(dòng)載荷和主梁均布引起的主梁彎矩。因小車(chē)輪距較小，小車(chē)在1根主梁上的移動(dòng)載荷簡(jiǎn)化為一個(gè)集中載荷P。根據(jù)載荷圖，主梁的危險(xiǎn)截面在跨中和支腿根部位置。

主要技術(shù)參數(shù)為：起重量Q=100 000 N，起重小車(chē) (含吊具)G= 48 080 N；跨度Lmax= 9 m，Lmin=8.2 m；有效懸臂l0max= 4.8 m，l0min= 4 m；懸臂總長(zhǎng)lmax= 5.99 m，lmin=5.19 m。

3.1 主梁截面特性

主梁截面面積(參見(jiàn)圖6)為F =1×45+1×42+2×0.8×63=187.8 cm2。

主梁截面型心位置：Y=(45×1×64.5+42×1×0.5+2×0.8×63×32.5)/187.8= 33 cm。

主梁截面慣性矩[1]為Ix=(42×13)/12+42×1×32.52+(45×13)/12+45×1×31.52+2×(0.8×633)/12+2×0.8×63×0.52= 122 385.8 cm4。

主梁截面模量為Wx=Ix/Y=122 385.8/33 = 3 709 cm3。

3.2 主梁強(qiáng)度計(jì)算

小車(chē)靜輪壓P=（Q+G）/ 2 =74 040 N。

起升速度V=12.5 m/min，取ψ2=1.1，ψ2為起升載荷動(dòng)載系數(shù)[2]；

圖6 主梁截面示意圖

小車(chē)滿載下降制動(dòng)時(shí)的計(jì)算輪壓為：

3.2.1 小車(chē)在跨內(nèi)運(yùn)行時(shí)的最大彎矩

（1）小車(chē)移動(dòng)載荷引起的最大彎矩。小車(chē)位于跨中滿載下降制動(dòng)，跨度變?yōu)樽畲?，Lmax= 9 m，且無(wú)懸臂時(shí)為最不利工況，由小車(chē)移動(dòng)載荷引起的最大彎矩[1](圖7) 為：m

（2）主梁均布載荷引起的最大彎矩。主梁均布載荷為q= 2 740 N/m，主梁均布載荷引起的最大彎矩[1]（圖8）為：m

（3）小車(chē)在跨內(nèi)運(yùn)行時(shí)的最大彎矩[2]為：

3.2.2 小車(chē)在懸臂端運(yùn)行時(shí)的最大彎矩

（1）當(dāng)跨度變?yōu)樽钚?Lmin= 8.2 m)時(shí)，有效懸臂變?yōu)樽畲?，小?chē)滿載位于有效懸臂端下降制動(dòng)時(shí)為最不利工況，由移動(dòng)載荷在支腿處引起的最大彎矩[2](圖9) 為：

（2）主梁均布載荷在支腿處引起的最大彎矩[2](圖10) 為：

（3）小車(chē)在懸臂端運(yùn)行時(shí)的最大彎矩為：

3.2.3 主梁強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，第Ⅱ類載荷組合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)nⅡ=1.33，選用材料為Q235B時(shí)的許用應(yīng)力為：

小車(chē)在跨內(nèi)運(yùn)行時(shí)主梁跨中的最大應(yīng)力[2]為：

小車(chē)在懸臂端運(yùn)行時(shí)支腿根部的最大應(yīng)力為：

由以上可知，強(qiáng)度計(jì)算通過(guò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，首臺(tái)輪胎式博格軌道板門(mén)式起重機(jī)已通過(guò)國(guó)家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的型式試驗(yàn)，并獲得了生產(chǎn)許可證。2007年該產(chǎn)品成功應(yīng)用于京津城際軌道交通項(xiàng)目部，博格軌道板可以通過(guò)門(mén)式起重機(jī)從橋兩側(cè)直接提升至橋面鋪設(shè)，也可放置在橋梁兩側(cè)，解決了博格軌道板運(yùn)輸、存放、鋪設(shè)之間的矛盾，大大提高了工作效率和博格軌道板的鋪設(shè)精度，滿足了用戶要求。

[1]成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.