具有自动化活动配重系统的新型高铁下行式移动模架的总体设计研究

陈程广，张乐亲

(武汉通联路桥机械技术有限公司，武汉 430050)

1 概述

新型高铁下行式移动模架是在原高铁下行式移动模架的基础之上，通过对其原有的设计不足之处进行创新和优化而成的新一代移动模架。原有的支腿自动化顺序倒运方式，后门架车轮在梁面上的走行方式，梳形梁带动模板向两侧打开而钢箱梁固定不动的开模方式和主框架两跨式布局等均保持不变。

1.1 原高铁下行式移动模架的不足之处

原高铁下行式移动模架的设计不足之处，主要体现在以下两点。

(1)模架的2榀钢箱梁间通过4对拉压杆柔性的联接在一起。每对拉压杆均可以产生1对力偶，用以抵抗由于主框架大重心的变化而产生的偏转力矩，保证2榀主框架的横向稳定性［1］。但是，这样的设计，在移动模架纵移过孔的过程中，每道活动门均要开合1次，增加了模架过孔的工序，而且，活动门在受力状态下开合，其开合操作也相对困难。

(2)对于原模架的开模方式来说，梳形梁带动外模板的开合过程中，由于其小重心的不断变化，其开合过程中平稳性较差。具体表现在开合模动作完成后，梳形梁及模板总会产生一个偏转角。这样，模架在左右两侧的梳形梁合模对接时，变得相对困难。

1.2 新型高铁下行式移动模架的创新点

针对原高铁下行式移动模架的不足之处，新型高铁下行式移动模架作了如下的创新和优化。

(1)将前门架、中门架及后门架都设计成马鞍式刚性横联，使2榀主框架在横向刚性地联接成为一个整体;用刚性横联来增强2榀主框架的横向稳定性［2］。进而取消原来2榀钢箱梁间的4道柔性横联，使模架在开模之后，整机可直接纵移过孔到位，不需要再去开合4道活动横联，减少了模架的过孔工序。

马鞍式刚性横联的设计，不但要考虑其强度，而且更应当考虑到刚度［3］;因为刚度小了，会引起钢箱梁的扭转。从而使其受力不均。当然，刚度太大，会浪费材料，整机质量增加。它的设计只需要按相应的规范进行即可，此处不再赘述。

(2)在开模系统中引入了自动化活动配重系统。

活动配重首先保证了梳形梁及模板在开合过程中小重心的横向平稳性;使其在整个开合过程中始终保持水平，不产生任何偏转角度。这样在合模时，使左右两侧的梳形梁易于对接;而且还可以使模板在合模后，不用再重新调整。

活动配重同时也保证了主框架大重心始终位于钢箱梁2条纵移轨道之内，使主框架的横向稳定性有了保障。也只有这样，在开模之后，主框架只须在这3个马鞍式刚性横联的联接下，直接纵移过孔。

综上所述，自动化活动配重系统和马鞍式刚性横联这两项设计相辅相成，共同使该新型移动模架在使用性能上有了一个质的提升。

1.3 新型高铁下行式移动模架总图(图1)

图1 新型高铁下行式移动模架总图(单位:mm)

2 自动化活动配重系统的设计分析

自动化活动配重系统是本新机型设计的一个难点，将重点介绍其设计理论及其方法。

2.1 自动化活动配重设计的难点

(1)如何使活动配重的动力来自于梳形梁开合的油缸［4］，若单独再给每个活动配重增加动力，则成本会大大增加。因此动力来自于梳形梁开合油缸是必须的。

(2)如何使梳形梁开合的同时，活动配重向其相反的方向移动，而且两者的移动距离始终保持一定的比例。

2.2 活动配重的工作原理

在每条梳形梁下方的钢箱梁内固定1个直径大小不同的双卷筒，卷筒直径的比例，可决定梳形梁走行的距离与配重相对于梳形梁走行的距离之比［5］。

第1根钢丝绳的一端缠绕在小卷筒上，另一端固定在梳形梁上;第2根钢丝绳一端缠绕在大卷筒上，另一端固定在配重箱上。

当梳形梁移动时会带动第1根钢丝绳，而该钢丝绳又会带动小卷筒回转，小卷筒回转则会带动大卷筒回转，大卷筒回转则会卷绕第2根钢丝绳，从而带动配重箱向梳形梁相反的方向移动。

为了使梳形梁在开合模2个方向上都能使配重箱配合动作，只需要在大小卷筒上再各增加1根钢丝绳即可。

另外，为了使钢丝绳能够张紧，在连接配重箱及梳形梁的钢丝绳端均配有锁具螺旋扣;为了减小配重箱的摩擦力，配重箱设计有滚轮。

工作原理如图2所示。

图2 配重系统的工作原理(单位:mm)

2.3 活动配重的设计计算

2.3.1 大小卷筒名义直径比

开模距离为3 800 mm，配重箱相对于梳形梁走行距离为6 200 mm。

则大小卷筒名义直径比，即 D∶d=(3 800+6 200)∶3 800=2.63［6］

2.3.2 钢丝绳的选择

通过梳形梁、模板系统、钢箱梁等部件的重心计算，单个活动配重的质量为1.5 t就可以满足上述要求。

取摩擦系数ω=0.1(考虑到各种不利因素)［7］

则大卷筒上钢丝绳拉力 F=1.5×10 000×0.1=1 500 N［8］

因为大小卷筒的扭矩相同，则

式中 F——大卷筒的钢丝绳拉力;

R——大卷筒的名义半径;

f——小卷筒的钢丝绳拉力;

r——小卷筒的名义半径。

再考虑到钢丝绳张力，故适当选用直径大一点的钢丝绳［10］。

综上则钢丝绳的选用为:小卷筒钢丝绳选用φ10 mm;而大卷筒钢丝绳则选用φ8 mm。

2.3.3 双卷筒的直径选择

综上则大小卷筒实际直径最终选择为:大卷筒直径选择为330 mm;小卷筒直径选择为118.5 mm。再通过钢丝绳的长度来定双卷筒容绳量。

3 使用效果

该新型高铁移动模架先后用于京石客运专线及南广客运专线施工(图3)。效果非常理想。得到了客户的好评。图4为双卷筒的钢丝绳排绳情况。排绳情况及其配重行走过程均与设计理念相一致。

图3 新型模架在施工

图4 双卷筒的排绳情况

4 结语

本新型移动模架，具有更加合理的结构形式和更加高效的使用性能，两者的优化组合，使其具有更加广阔的市场前景。同时，这种模架的创新设计，也为以后移动模架的发展，提供了一个新的设计思路。

［1］国家标准化委员会.GB 3811—2008 起重机设计规范［S］.北京:中国标准出版社，2009.

［2］王金诺，于兰峰.起重运输机金属结构［M］.北京:中国铁道出版社，2002

［3］刘鸿文.材料力学［M］.4版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 3766—2001 液压系统通用技术条件［S］.

［5］郑文纬，吴克坚.机械原理［M］.7版.北京:高等教育出版社，2000.

［6］哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学［M］.4版.北京:高等教育出版社，1995.

［7］张质文.起重机设计手册［M］.北京:中国铁道出版社，2001.

［8］王三民.机械设计计算手册［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［9］成大先.机械设计手册［M］.4版.北京:化学工业出版社，2001.

［10］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 8918—2006 重要用途钢丝绳［S］.