具有自動(dòng)化活動(dòng)配重系統(tǒng)的新型高鐵下行式移動(dòng)模架的總體設(shè)計(jì)研究

陳程廣，張樂親

(武漢通聯(lián)路橋機(jī)械技術(shù)有限公司，武漢 430050)

1 概述

新型高鐵下行式移動(dòng)模架是在原高鐵下行式移動(dòng)模架的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)其原有的設(shè)計(jì)不足之處進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化而成的新一代移動(dòng)模架。原有的支腿自動(dòng)化順序倒運(yùn)方式，后門架車輪在梁面上的走行方式，梳形梁帶動(dòng)模板向兩側(cè)打開而鋼箱梁固定不動(dòng)的開模方式和主框架兩跨式布局等均保持不變。

1.1 原高鐵下行式移動(dòng)模架的不足之處

原高鐵下行式移動(dòng)模架的設(shè)計(jì)不足之處，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

(1)模架的2榀鋼箱梁間通過4對(duì)拉壓桿柔性的聯(lián)接在一起。每對(duì)拉壓桿均可以產(chǎn)生1對(duì)力偶，用以抵抗由于主框架大重心的變化而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩，保證2榀主框架的橫向穩(wěn)定性［1］。但是，這樣的設(shè)計(jì)，在移動(dòng)模架縱移過孔的過程中，每道活動(dòng)門均要開合1次，增加了模架過孔的工序，而且，活動(dòng)門在受力狀態(tài)下開合，其開合操作也相對(duì)困難。

(2)對(duì)于原模架的開模方式來說，梳形梁帶動(dòng)外模板的開合過程中，由于其小重心的不斷變化，其開合過程中平穩(wěn)性較差。具體表現(xiàn)在開合模動(dòng)作完成后，梳形梁及模板總會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏轉(zhuǎn)角。這樣，模架在左右兩側(cè)的梳形梁合模對(duì)接時(shí)，變得相對(duì)困難。

1.2 新型高鐵下行式移動(dòng)模架的創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)原高鐵下行式移動(dòng)模架的不足之處，新型高鐵下行式移動(dòng)模架作了如下的創(chuàng)新和優(yōu)化。

(1)將前門架、中門架及后門架都設(shè)計(jì)成馬鞍式剛性橫聯(lián)，使2榀主框架在橫向剛性地聯(lián)接成為一個(gè)整體;用剛性橫聯(lián)來增強(qiáng)2榀主框架的橫向穩(wěn)定性［2］。進(jìn)而取消原來2榀鋼箱梁間的4道柔性橫聯(lián)，使模架在開模之后，整機(jī)可直接縱移過孔到位，不需要再去開合4道活動(dòng)橫聯(lián)，減少了模架的過孔工序。

馬鞍式剛性橫聯(lián)的設(shè)計(jì)，不但要考慮其強(qiáng)度，而且更應(yīng)當(dāng)考慮到剛度［3］;因?yàn)閯偠刃×耍瑫?huì)引起鋼箱梁的扭轉(zhuǎn)。從而使其受力不均。當(dāng)然，剛度太大，會(huì)浪費(fèi)材料，整機(jī)質(zhì)量增加。它的設(shè)計(jì)只需要按相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行即可，此處不再贅述。

(2)在開模系統(tǒng)中引入了自動(dòng)化活動(dòng)配重系統(tǒng)。

活動(dòng)配重首先保證了梳形梁及模板在開合過程中小重心的橫向平穩(wěn)性;使其在整個(gè)開合過程中始終保持水平，不產(chǎn)生任何偏轉(zhuǎn)角度。這樣在合模時(shí)，使左右兩側(cè)的梳形梁易于對(duì)接;而且還可以使模板在合模后，不用再重新調(diào)整。

活動(dòng)配重同時(shí)也保證了主框架大重心始終位于鋼箱梁2條縱移軌道之內(nèi)，使主框架的橫向穩(wěn)定性有了保障。也只有這樣，在開模之后，主框架只須在這3個(gè)馬鞍式剛性橫聯(lián)的聯(lián)接下，直接縱移過孔。

綜上所述，自動(dòng)化活動(dòng)配重系統(tǒng)和馬鞍式剛性橫聯(lián)這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)相輔相成，共同使該新型移動(dòng)模架在使用性能上有了一個(gè)質(zhì)的提升。

1.3 新型高鐵下行式移動(dòng)模架總圖(圖1)

圖1 新型高鐵下行式移動(dòng)模架總圖(單位:mm)

2 自動(dòng)化活動(dòng)配重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

自動(dòng)化活動(dòng)配重系統(tǒng)是本新機(jī)型設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，將重點(diǎn)介紹其設(shè)計(jì)理論及其方法。

2.1 自動(dòng)化活動(dòng)配重設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

(1)如何使活動(dòng)配重的動(dòng)力來自于梳形梁開合的油缸［4］，若單獨(dú)再給每個(gè)活動(dòng)配重增加動(dòng)力，則成本會(huì)大大增加。因此動(dòng)力來自于梳形梁開合油缸是必須的。

(2)如何使梳形梁開合的同時(shí)，活動(dòng)配重向其相反的方向移動(dòng)，而且兩者的移動(dòng)距離始終保持一定的比例。

2.2 活動(dòng)配重的工作原理

在每條梳形梁下方的鋼箱梁內(nèi)固定1個(gè)直徑大小不同的雙卷筒，卷筒直徑的比例，可決定梳形梁走行的距離與配重相對(duì)于梳形梁走行的距離之比［5］。

第1根鋼絲繩的一端纏繞在小卷筒上，另一端固定在梳形梁上;第2根鋼絲繩一端纏繞在大卷筒上，另一端固定在配重箱上。

當(dāng)梳形梁移動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)第1根鋼絲繩，而該鋼絲繩又會(huì)帶動(dòng)小卷筒回轉(zhuǎn)，小卷筒回轉(zhuǎn)則會(huì)帶動(dòng)大卷筒回轉(zhuǎn)，大卷筒回轉(zhuǎn)則會(huì)卷繞第2根鋼絲繩，從而帶動(dòng)配重箱向梳形梁相反的方向移動(dòng)。

為了使梳形梁在開合模2個(gè)方向上都能使配重箱配合動(dòng)作，只需要在大小卷筒上再各增加1根鋼絲繩即可。

另外，為了使鋼絲繩能夠張緊，在連接配重箱及梳形梁的鋼絲繩端均配有鎖具螺旋扣;為了減小配重箱的摩擦力，配重箱設(shè)計(jì)有滾輪。

工作原理如圖2所示。

圖2 配重系統(tǒng)的工作原理(單位:mm)

2.3 活動(dòng)配重的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 大小卷筒名義直徑比

開模距離為3 800 mm，配重箱相對(duì)于梳形梁走行距離為6 200 mm。

則大小卷筒名義直徑比，即 D∶d=(3 800+6 200)∶3 800=2.63［6］

2.3.2 鋼絲繩的選擇

通過梳形梁、模板系統(tǒng)、鋼箱梁等部件的重心計(jì)算，單個(gè)活動(dòng)配重的質(zhì)量為1.5 t就可以滿足上述要求。

取摩擦系數(shù)ω=0.1(考慮到各種不利因素)［7］

則大卷筒上鋼絲繩拉力 F=1.5×10 000×0.1=1 500 N［8］

因?yàn)榇笮【硗驳呐ぞ叵嗤?，則

式中 F——大卷筒的鋼絲繩拉力;

R——大卷筒的名義半徑;

f——小卷筒的鋼絲繩拉力;

r——小卷筒的名義半徑。

再考慮到鋼絲繩張力，故適當(dāng)選用直徑大一點(diǎn)的鋼絲繩［10］。

綜上則鋼絲繩的選用為:小卷筒鋼絲繩選用φ10 mm;而大卷筒鋼絲繩則選用φ8 mm。

2.3.3 雙卷筒的直徑選擇

綜上則大小卷筒實(shí)際直徑最終選擇為:大卷筒直徑選擇為330 mm;小卷筒直徑選擇為118.5 mm。再通過鋼絲繩的長(zhǎng)度來定雙卷筒容繩量。

3 使用效果

該新型高鐵移動(dòng)模架先后用于京石客運(yùn)專線及南廣客運(yùn)專線施工(圖3)。效果非常理想。得到了客戶的好評(píng)。圖4為雙卷筒的鋼絲繩排繩情況。排繩情況及其配重行走過程均與設(shè)計(jì)理念相一致。

圖3 新型模架在施工

圖4 雙卷筒的排繩情況

4 結(jié)語(yǔ)

本新型移動(dòng)模架，具有更加合理的結(jié)構(gòu)形式和更加高效的使用性能，兩者的優(yōu)化組合，使其具有更加廣闊的市場(chǎng)前景。同時(shí)，這種模架的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也為以后移動(dòng)模架的發(fā)展，提供了一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路。

［1］國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).GB 3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］王金諾，于蘭峰.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2002

［3］劉鴻文.材料力學(xué)［M］.4版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 3766—2001 液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件［S］.

［5］鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理［M］.7版.北京:高等教育出版社，2000.

［6］哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)［M］.4版.北京:高等教育出版社，1995.

［7］張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2001.

［8］王三民.機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［9］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［10］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 8918—2006 重要用途鋼絲繩［S］.