一種自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)的研究

苑喜斌

摘 要：本文介紹了一種應(yīng)用于地鐵隧道工況下鋪設(shè)軌道板的門式起重機(jī)，特別是對(duì)一種在地鐵隧道中可自變形的輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)的使用環(huán)境、技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)組成、有益效果等進(jìn)行了詳細(xì)描述。此種鋪板門式起重機(jī)，具有自變形可調(diào)功能，能夠在地鐵隧道內(nèi)對(duì)軌道板進(jìn)行精調(diào)鋪裝工作。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；鋪板；門式起重機(jī)

中圖分類號(hào)：U215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0072-02

0 引言

近年來，城市軌道交通建設(shè)速度不斷加快，城市軌道交通成為城鄉(xiāng)居民主要的交通工具。地鐵作為城市軌道交通工具的一種，也在不斷的高速建設(shè)中。且其施工在安全、質(zhì)量、文明、環(huán)境等方面不斷提高、創(chuàng)新。為了適應(yīng)地鐵快速發(fā)展，針對(duì)地鐵隧道尺寸的限定以及要求，特別設(shè)計(jì)了一種自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)專用鋪軌設(shè)備。

本文所介紹的一種自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)是地鐵鋪軌專用設(shè)備，該門式起重機(jī)是“機(jī)-電-液”一體的起重機(jī)械，采用工業(yè)級(jí)微機(jī)來控制驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向及各種預(yù)定動(dòng)作，整機(jī)運(yùn)行靈活，適應(yīng)多種工況。

1 使用環(huán)境

1.1 工作環(huán)境

溫度：-10℃-45℃；濕度：存放場地：≯90%（不結(jié)露）；使用場地：≯80%（不結(jié)露）。

1.2 工作場地

平地或隧道內(nèi)，輪胎著力點(diǎn)為地面或隧道管片。

1.3 動(dòng)力來源

外接電源：三相五線制380V，50Hz。

2 技術(shù)參數(shù)

額定起重量：16t；起升高度：3.0m；起升速度：0-3m/min；變形寬度：1620mm；變形高度：1250mm；水平移動(dòng)范圍： ±200mm；整機(jī)升降速度：5m/min；重載行走速度：0-40m/min；輪胎轉(zhuǎn)向角度：±15°；車輪組擺動(dòng)角度：0-45°；最小轉(zhuǎn)彎半徑：11m。

3 結(jié)構(gòu)組成

此種自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)由六個(gè)部分組成，即金屬結(jié)構(gòu)、起重裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行走系統(tǒng)及附件組成。

3.1 金屬結(jié)構(gòu)

金屬結(jié)構(gòu)主體采用高強(qiáng)度鋼板焊接而成，為箱型結(jié)構(gòu)，充分保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。金屬結(jié)構(gòu)各部分均采用高強(qiáng)度螺栓連接，分解后的單元外形尺寸滿足公路、鐵路運(yùn)輸要求。

金屬結(jié)構(gòu)上方為一個(gè)矩形框架，框架中間部分設(shè)置加強(qiáng)板，用以增加框架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，框架前后各有兩個(gè)錯(cuò)位相連的伸縮外套，用以安裝橫向伸縮裝置，橫向伸縮裝置主要由伸縮內(nèi)套和油缸組成。支腿通過螺栓與伸縮內(nèi)套端部相連，支腿亦設(shè)計(jì)為伸縮結(jié)構(gòu)，通過油缸調(diào)節(jié)高度，并設(shè)置鎖緊機(jī)構(gòu)。通過橫向伸縮裝置，整機(jī)可實(shí)現(xiàn)跨度調(diào)節(jié)，通過支腿伸縮裝置，整機(jī)可實(shí)現(xiàn)作業(yè)高度調(diào)節(jié)。

金屬結(jié)構(gòu)前后的懸臂梁，用以安裝電纜卷筒、泵站、電控箱等其它設(shè)施。金屬結(jié)構(gòu)前后下方設(shè)置兩組由油缸驅(qū)動(dòng)可90°旋轉(zhuǎn)的臨時(shí)支撐架，臨時(shí)支撐架可將整機(jī)撐起，輔助整機(jī)完成各種變形動(dòng)作。

3.2 起重裝置

起升裝置是由四臺(tái)電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)成。卷揚(yáng)機(jī)為三合一變頻制動(dòng)電機(jī)。為了防止過卷繞和欠卷繞，在卷筒軸端安裝有高度限位器。同時(shí)設(shè)計(jì)為八繩防搖裝置，防止了吊裝軌道板時(shí)劇烈擺動(dòng)。見圖1。

由于采用四臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，其同步性非常重要。采用的設(shè)計(jì)方案是：其中兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)采用一點(diǎn)起吊方式繞向，另兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)采用兩點(diǎn)起吊纏繞方式，實(shí)現(xiàn)被提升的軌道板“四點(diǎn)起吊，三點(diǎn)平衡”的目標(biāo)，保證軌道板受力均勻。見圖2。

四點(diǎn)起吊方式優(yōu)點(diǎn)在于：（1）可在施工時(shí)調(diào)整軌道板的空間位置（施工精度高）；（2）確保軌道板與底座平行落下（穩(wěn)定性好）；（3）同時(shí)可以保證軌道板在空中三點(diǎn)平衡（軌道板受力狀態(tài)好）；

本吊機(jī)設(shè)計(jì)了專用吊具，它由吊梁和支撐梁兩層組成。且吊梁可在支撐梁上通過電力推桿實(shí)現(xiàn)縱移方向微調(diào)，且設(shè)置擺動(dòng)微調(diào)螺桿裝置，可保證軌道板實(shí)現(xiàn)水平擺動(dòng)微量調(diào)節(jié)。見圖3。

此專用吊具優(yōu)點(diǎn)在于：（1）施工人員可近距離微調(diào)軌道板位置，防止遠(yuǎn)端大擺動(dòng)調(diào)節(jié)造成的慣性沖擊；（2）采用電動(dòng)推桿，實(shí)現(xiàn)縱移微調(diào)，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，操作簡便；（3）采用擺動(dòng)螺桿微調(diào)裝置，保證曲線區(qū)軌道板精確對(duì)位；（4）采用液壓油缸，實(shí)現(xiàn)橫向微調(diào)功能；（5）采用“四點(diǎn)起吊三點(diǎn)平衡”原理，作業(yè)平穩(wěn)。綜上所述：此專用吊具可實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的微量調(diào)節(jié)和水平擺動(dòng)角度調(diào)節(jié)，保證軌道板精確對(duì)位。

3.3 行走與轉(zhuǎn)向裝置

此吊機(jī)共有四組行走裝置，每組行走裝置包含兩個(gè)懸掛和兩個(gè)車輪，輪胎選用實(shí)心壓配式，防止爆胎，保障安全性。行走裝置與支腿鉸接，通過液壓缸可實(shí)現(xiàn)一定0-45度內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制懸掛的傾角，實(shí)現(xiàn)沿隧道管片行走。整機(jī)設(shè)置4個(gè)轉(zhuǎn)向油缸，轉(zhuǎn)向油缸控制懸掛的轉(zhuǎn)向角度，可實(shí)現(xiàn)多種行走模式。

3.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)包括液壓泵站、液壓油缸、液壓馬達(dá)等。此自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為開式靜液壓系統(tǒng)，電液控制。工作液壓系統(tǒng)為開式液壓系統(tǒng)，工作液壓系統(tǒng)包括液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、吊具橫移系統(tǒng)、輪組擺動(dòng)系統(tǒng)和液壓支腿系統(tǒng)等。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為電液比例閉環(huán)控制，精確控制各輪組的轉(zhuǎn)角。隧道壁行走轉(zhuǎn)彎時(shí)采用手動(dòng)控制差速，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

3.5 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由控制器、各種傳感器和控制繼電器等部件組成。車載控制器負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)的處理，依據(jù)操作輸入信號(hào)以及現(xiàn)場傳感器反饋的信號(hào)，經(jīng)過控制器核心CPU的運(yùn)算處理，從而給定執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥信號(hào)，達(dá)到整機(jī)各功能協(xié)調(diào)運(yùn)行的目的。

自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)的所有基本操作指令均來自于操作者本身，操作者是指令發(fā)送的唯一主體，通過觸摸屏完成各個(gè)指令的操作。同時(shí)，控制器通過分析處理現(xiàn)場傳感器反饋的信號(hào)，可主動(dòng)處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最終執(zhí)行命令，有效保障運(yùn)輸車安全運(yùn)行。

另外，控制器內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動(dòng)行走控制模塊和轉(zhuǎn)向控制模塊等功能模塊。驅(qū)動(dòng)行走控制模塊綜合處理行走開式泵、行走馬達(dá)、壓力傳感器和速度傳感器等信號(hào)，從而達(dá)到對(duì)整機(jī)行走功能的精細(xì)化控制，使起重機(jī)平穩(wěn)起步、行走和停車。轉(zhuǎn)向控制模塊主要根據(jù)遙控器的操作指令和現(xiàn)場角度傳感器反饋的信號(hào)，控制軟件按照預(yù)先設(shè)定的算法，計(jì)算各個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理論角度，最終協(xié)調(diào)控制各個(gè)轉(zhuǎn)向執(zhí)行閥的控制信號(hào)，使起重機(jī)能夠流暢同步轉(zhuǎn)向，有效控制由于轉(zhuǎn)向不同步造成的輪胎磨損或者機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞。

電氣控制系統(tǒng)通過分析現(xiàn)場反饋過來的傳感器信號(hào)，可主動(dòng)干預(yù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，也可提前預(yù)判可能發(fā)生的不安全因素，從而保證此自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)的安全運(yùn)行。

另外，配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)了解設(shè)備工作部件情況。

4 結(jié)語

本文所介紹的一種自變形輪胎式門式起重機(jī)有以下有益效果：（1）此自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)作為一種地鐵隧道施工設(shè)備，采用輪胎走行，全面去除施工時(shí)鋪軌要求，大量節(jié)約勞動(dòng)力，避免對(duì)成型隧道進(jìn)行二次破壞隧道面；（2）自變形輪胎式軌道鋪板門式起重機(jī)大車走行系統(tǒng)，能夠使整個(gè)設(shè)備在隧道壁上運(yùn)行，避免設(shè)備施工受混凝土澆筑后短時(shí)間內(nèi)不能受力影響，提高工作效率；（3）專業(yè)的鋪板吊具設(shè)計(jì)，提高軌道板對(duì)位精度，使用簡單方便；（4）采用國外進(jìn)口馬達(dá)，安全可靠。

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