含架梁支撐的900t過(guò)隧運(yùn)梁車研制與應(yīng)用

沈超　諶興

摘 要：結(jié)合鐵路建設(shè)施工在隧道內(nèi)進(jìn)行箱梁的馱運(yùn)和架設(shè)的需求，研制出含架梁支撐的900t過(guò)隧運(yùn)梁車。采用降低馱運(yùn)箱梁高度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低位馱運(yùn)箱梁和架橋機(jī)安全快速過(guò)隧道以及配合架橋機(jī)在隧道內(nèi)架梁；采用架梁載荷分配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將架梁載荷合理分配到輪胎和承載梁載荷；采用架梁支撐安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)架梁支撐安全可靠而且拆裝便捷。該設(shè)備在鄭徐線、皖贛線鐵路建設(shè)施工中得到成功應(yīng)用，應(yīng)用情況證明，各項(xiàng)性能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：運(yùn)梁車；箱梁；架梁支撐；隧道

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.229

隨著鐵路建設(shè)施工的不斷深化，一方面存在大量的橋隧相連問(wèn)題，特別是在山嶺地區(qū)施工尤其明顯，另一方面隧道內(nèi)可能存在溶洞和暗河等現(xiàn)象，需要在隧道內(nèi)進(jìn)行箱梁的馱運(yùn)和架設(shè)。為解決進(jìn)出隧道口及隧道內(nèi)架梁難題，我院成功研制出900噸級(jí)分體式隧道內(nèi)外通用箱梁運(yùn)架設(shè)備，其中含架梁支撐的900t過(guò)隧運(yùn)梁車與其他運(yùn)梁車最大的區(qū)別在于：不僅要求實(shí)現(xiàn)馱運(yùn)箱梁和架橋機(jī)快速安全通過(guò)時(shí)速250km、斷面半徑R6410mm的標(biāo)準(zhǔn)隧道；還要求配合架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)在隧道內(nèi)外共同完成架梁作業(yè)。即由運(yùn)梁車伸縮支腿和架橋機(jī)前支腿共同承載架梁載荷和架橋機(jī)自重。

1 低位過(guò)隧運(yùn)梁車主要結(jié)構(gòu)

如圖1所示，運(yùn)梁車主要由車體、懸掛及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前后司機(jī)室、馱梁臺(tái)車、伸縮腿、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。其主要性能見(jiàn)表1。

1.1 車體

如圖2所示，車體采用拼接式車架，滿足24m、32m標(biāo)準(zhǔn)箱梁和24m～32m之間非標(biāo)箱梁的運(yùn)輸要求，每個(gè)節(jié)段重量及外形尺寸均滿足公路運(yùn)輸要求。

1.2 支腿

如圖2所示，支腿共有前支腿、中支腿、后支腿和后輔助支腿；前支腿采用內(nèi)藏式形式縱向兩行設(shè)置在車體腹部，每行左右側(cè)各有一個(gè)液壓油缸。中支腿和后支腿單側(cè)有兩個(gè)油缸并排；后輔助支腿設(shè)計(jì)成可水平可折疊的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)折疊油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)折疊，可避免架橋機(jī)后支腿翻轉(zhuǎn)時(shí)與其發(fā)生碰撞。中支腿、后支腿和后輔助支腿鉸座與車體采用高強(qiáng)度螺栓和抗剪板連接，抗剪塊采用上下形式分別固定在支腿和車體上，高強(qiáng)度螺栓連接抵抗彎矩，抗剪塊抵消豎直力。每個(gè)油缸采用球鉸與底板相連，用來(lái)保證在承載梁的正常支承。

1.3 伸縮腿

如圖3所示，伸縮腿主要由柱鉸，上橫聯(lián)，內(nèi)柱和橫聯(lián)外柱等組成。伸縮腿一端通過(guò)法蘭為運(yùn)梁車車體相連；另一端通過(guò)柱鉸支撐在架橋機(jī)的主梁上。

1.4 懸掛及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

如圖4所示，懸掛系統(tǒng)與車體采用高強(qiáng)度螺栓加抗剪塊的連接形式，抗剪塊采用凹凸形式分別固定在懸掛系統(tǒng)分配梁和車體上，高強(qiáng)度螺栓連接抵抗彎矩，抗剪塊抵消豎直力、輪組驅(qū)動(dòng)制動(dòng)帶來(lái)的水平力和扭矩。

考慮到常見(jiàn)獨(dú)立轉(zhuǎn)向成本高和全連桿轉(zhuǎn)向只能八字轉(zhuǎn)向和直行問(wèn)題，采用獨(dú)立連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)即懸掛兩兩用連桿連接，用一套轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成轉(zhuǎn)向。該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)即擁有獨(dú)立轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向八字轉(zhuǎn)向、半八字轉(zhuǎn)向、斜行和直行等功能，又有吸取連桿轉(zhuǎn)向的優(yōu)點(diǎn)，有效降低成本。

1.5 馱梁臺(tái)車

馱梁臺(tái)車主要由驅(qū)動(dòng)裝置、滾子鏈和臺(tái)車架等組成，驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于車體的后端，并驅(qū)動(dòng)循環(huán)滾子鏈，臺(tái)車架前后與滾子鏈連接；臺(tái)車架下表面設(shè)有減磨滑板和限位導(dǎo)向裝置，可保證臺(tái)車架沿車體上表面的鋼滑板相對(duì)滑動(dòng)；上部設(shè)橡膠座，為馱運(yùn)箱梁時(shí)提供緩沖防滑功能。

2 低位過(guò)隧運(yùn)梁車的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 降低馱運(yùn)箱梁高度技術(shù)

運(yùn)架設(shè)備通過(guò)隧道、隧道內(nèi)架梁時(shí)，需要隧道斷面尺寸要求。因此運(yùn)梁車馱梁高度需要降至1.7m以下。因此需要控制每個(gè)部件的高度：

（1）馱梁臺(tái)車采用板式結(jié)構(gòu)，鏈條牽引滑動(dòng)走行，摒棄以往輪軌走行方式。變頻電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)鏈條帶動(dòng)臺(tái)車架及其上箱梁滑動(dòng)，與架橋機(jī)吊梁小車同步拖梁走行，完成喂梁作業(yè)。既省掉了傳統(tǒng)的電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪在軌道上走行的復(fù)雜機(jī)構(gòu)，又有效降低臺(tái)車高度。

（2）懸掛輪組采用雙胎并置結(jié)構(gòu)形式和寬基小輪胎（355/65R15）方案，不僅增大了軸線載荷，同時(shí)降低懸掛高度。

（3）車體節(jié)段連接節(jié)段間連接因彎矩比較大，若采取常見(jiàn)摩擦板連接方式，因車體高度低，螺栓數(shù)量太多，需增大箱梁整體截面尺寸，嚴(yán)重影響整機(jī)高度。采用內(nèi)置法蘭箱形式，上下部雙頭螺栓連接并施加預(yù)緊力，用于抵抗節(jié)段間彎矩產(chǎn)生的拉力，中間采用抗剪銷連接，用于傳遞豎向剪力。受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理。

2.2 架梁載荷分配技術(shù)

運(yùn)梁車與架橋機(jī)前支腿同時(shí)承擔(dān)箱梁載荷和架橋機(jī)自重載荷，載荷達(dá)到1200噸，如何將架梁載荷合理分配到承載梁片上，保證承載梁片的安全性是900噸級(jí)分體式隧道內(nèi)外通用箱梁運(yùn)架設(shè)備方案設(shè)計(jì)可行的根本基礎(chǔ)。

采用油壓傳感器和溢流閥組合實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸的限力控制；油缸在限力值范圍內(nèi)可形成剛性支撐；當(dāng)組合中某油缸負(fù)載超過(guò)限力值時(shí)，油缸就會(huì)壓縮，將載荷通過(guò)壓力的形式傳遞給其他油缸或輪組。根據(jù)上述原理，在運(yùn)梁車車體側(cè)邊設(shè)置前、中、后、后輔四組油缸支腿，通過(guò)油缸合理限力，采用系統(tǒng)化的液壓頂升組合，實(shí)現(xiàn)不同跨度下各組限力支腿施工載荷的自適應(yīng)，保證架梁穩(wěn)定性和施工載荷合理分配。

運(yùn)梁車架梁支撐具體工作過(guò)程：

（1）油缸限壓值設(shè)置：根據(jù)待架設(shè)的梁重和支撐運(yùn)梁車的梁片或地基承載能力不同，控制系統(tǒng)設(shè)定各支腿的油缸最大值Pimax（i=1，2，3，4）；

（2）預(yù)頂升：運(yùn)梁車運(yùn)梁到位后，控制油缸使各支腿伸出觸地，并伸出到輪胎剛好脫離地面為止；

（3）檢測(cè)油壓：伸縮腿支撐架橋機(jī)主梁，承受架橋機(jī)取梁載荷和架橋機(jī)自重時(shí)，通過(guò)各支腿油缸內(nèi)的油壓傳感器檢測(cè)各油缸的壓力Pi（i=1，2，3，4）；

（4）判斷Pi是否大于Pimax，如果否，則維持頂升力不變；如果是，則通過(guò)各支腿油缸的溢流閥泄壓使油缸壓力不超過(guò)Pimax；

（5）限壓油缸支腿組限壓控制完成，與輪組共同支撐運(yùn)梁車及其以上部分。

2.3 架梁支撐安全技術(shù)

柱鉸上下部分都設(shè)有翼緣限位板，通過(guò)翼緣限位板直接距離控制，可允許柱鉸旋轉(zhuǎn)2°，適應(yīng)架橋機(jī)主梁擾度和架設(shè)坡度梁，保證支撐面貼合緊密。

架梁作業(yè)時(shí)，運(yùn)梁車架梁支撐與架橋機(jī)前支腿共同支撐，形成雙跨雙鉸支門式結(jié)構(gòu)，這就要求架梁支撐處安全可靠。除在架橋機(jī)主梁該處采用噴砂涂無(wú)機(jī)富鋅漆增加表面粗糙度外，在柱鉸上表面設(shè)有工業(yè)橡膠板來(lái)增大摩擦力開(kāi)克服架橋機(jī)主梁對(duì)架梁支撐產(chǎn)生的水平力。

考慮到運(yùn)架設(shè)備為特種設(shè)備，防止出現(xiàn)意外的不確定因素導(dǎo)致支撐處產(chǎn)生滑移或者顫動(dòng)等，在柱鉸與架橋機(jī)主梁上設(shè)有兩個(gè)腰圓孔，形成空間十字孔形式，可通過(guò)錨桿與主梁進(jìn)行可拆分錨固連接。從而實(shí)現(xiàn)配合架橋機(jī)在3%的縱坡坡道上架梁時(shí)支撐穩(wěn)定牢靠，又在錨固時(shí)安裝方便。

3 應(yīng)用和結(jié)論

低位過(guò)隧運(yùn)梁車于2015年3月在鄭徐線和后續(xù)的皖贛線得到成功應(yīng)用，如圖5所示。應(yīng)用情況證明，各項(xiàng)性能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

低位過(guò)隧運(yùn)梁車是900噸級(jí)分體式隧道內(nèi)外通用箱梁運(yùn)架設(shè)備的配套設(shè)備。已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枮椋?01510147357.7），并已通過(guò)湖北省科技成果鑒定，鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

低位過(guò)隧運(yùn)梁車具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）運(yùn)梁車伸縮腿可以作為架梁支撐，同時(shí)能夠調(diào)節(jié)架橋機(jī)尾部高度，適應(yīng)坡道架梁，簡(jiǎn)化了架梁工藝和相應(yīng)架橋機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）采用多油缸支腿組合設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)油缸的限力控制，使支腿組能夠自適應(yīng)分散架梁載荷，使車體及支撐梁片受力均衡；（3）馱梁臺(tái)車由循環(huán)鏈驅(qū)動(dòng)采用滑動(dòng)走形的結(jié)構(gòu)形式，有效降低了馱梁高度，滿足隧道內(nèi)架梁工況；（4）輪組與車體的法蘭連接設(shè)置抗剪塊裝置，起到保護(hù)連接螺栓的作用，使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定安全。因此該設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。

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