铁路高墩内部升降运输吊篮及动力系统设计

艾宗良 张 剑 彭长长

(1.中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 610031；2.武汉武桥交通装备技术有限公司， 武汉 430000)

铁路高墩内部升降运输吊篮及动力系统设计

艾宗良1张 剑2彭长长2

(1.中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 610031；2.武汉武桥交通装备技术有限公司， 武汉 430000)

针对目前铁路桥墩内部检查工作强度大，检查效率低的特点，在传统墩内搭建固定检查平台的基础上,增加一套升降运输吊篮。采用动力系统控制吊篮升降,确保检查人员可以在墩内借助升降运输吊篮完成上下运输,到达检查平台，完成桥墩检查工作，提高了检查工作效率。同时，文章详细介绍了其动力系统的布置形式和计算方法。考虑到动力系统的发电机需要控制重量，以便在设备使用完毕后人工搬运转场，该设备选用了单相电机及单相输出的汽油发电机，并核算了发电机的输出功率。

升降运输吊篮； 动力系统； 功率计算； 发电机选型

随着铁路桥梁建设的快速发展，对桥梁及桥墩检查设备的需求越来愈大。目前，铁路桥墩的检修主要通过箱梁内部或者T梁的避车台进入桥墩顶帽，检修一般局限于桥墩顶帽附件位置。对于高墩，桥墩内部检修一般通过爬梯和环形平台进行。这种方式对检查工作人员体力要求高，工作效率低。目前，铁路高墩内部的检修并没有成熟的专用机械设备。针对以上情况，研究提出了在既有桥墩内部增设一套升降运输吊篮系统进行人员的运输，检查人员借助吊篮到达墩内平台上进行桥墩检查，无需依靠人力上下爬梯，从而降低了劳动强度，提高了检查效率。同时，该系统采用了严格的安全措施以确保检修人员的安全。升降运输吊篮采用动力系统进行升降，由于桥墩内部无电源供应，动力系统需自带电源。考虑使用频率和检修条件，该动力系统中的电气部分，包括电机及电源部分，需在设备使用完后靠人工搬运转场，对其重量有严格的控制要求。

1 升降运输吊篮结构形式及工作原理

桥墩内部升降运输吊篮主要由动力系统、升降平台、墩内预埋件及预埋平台、电气系统组成。动力系统固定在预埋平台上，通过钢丝绳与升降平台进行连接，升降运输吊篮由电气系统进行控制，具体结构形式如图1所示。由可手动或电动驱动的动力系统通过钢丝绳牵引载有检查人员的升降平台，在墩内升降到达每层墩内平台，检查人员借助检查设备对墩内进行检查。

检查人员进行检查作业时的步骤：

(1)由3名检查人员携带检查设备及动力源，包括备用燃油进入墩内平台(动力源重量为20 kg，额定功率使用时间为4.2 h)。

(2)由2名检查人员携带设备进入运输吊篮，1名工作人员遥控卷扬机工作，下降吊篮至固定平台。

(3)检查人员携带设备进入固定检查平台，对墩内情况进行检查。

(4)墩内检查完毕后，先提升到墩内的顶部固定平台，再由爬梯爬行至桥面，关闭爬梯门，检查工作结束。检查作业完成后，可将动力源等拆卸至其他桥墩中使用或放入仓库中储存。

图1 高墩内部升降运输吊篮

2 升降运输吊篮技术参数

该高墩内部升降运输吊篮自重载荷3 kN，额定起升载荷2 kN，吊篮起升速度10 m/min，起升高度60 m，所使用动力系统1套，动力系统需自带电源。电气系统中包括电机和自带电源部分应轻便，以便检查人员工作完成后搬运转场，重复使用。

3 动力系统形式选择及布置

动力系统是整个升降运输吊篮最重要的组成部分，负责整个动作的运行，动力系统选择合适与否直接关系着整个系统的稳定及效率。目前升降吊篮通常采用的提升形式有3种：卷扬机、摩擦绳轮升降机和摩擦提升机。对3种形式进行对比可知：(1)卷扬机系统结构稳定，同步性好，但重量较重；(2)摩擦绳轮升降机结构简单，维修、搬运方便，但摩擦绳轮升降机同步性较差；(3)摩擦提升机结构较轻，但可移动性较差。桥墩内部升降运输吊篮主要用作运输检查人员，并非检修平台，结构尺寸小，其动力系统的提升机构对同步性的要求较高。经比较后，选择单电机通过减速机带动双卷筒作为升降运输吊篮动力系统。

吊篮采用两套钢丝绳进行提升，采用1台减速机通过两对开式齿轮同时驱动两个卷筒，以保证同步性，齿轮副的小齿轮安装在减速机轴上，两个大齿轮安装在两卷筒端头，结构布置如图2、图3所示。电机安装于减速机上，减速机与两卷筒同时通过齿轮啮合于一体形成动力系统。

图2 动力系统正视图

图3 动力系统俯视图

4 动力系统功率计算及配件选型

4.1 电机稳态起升功率计算及电机选型

根据升降运输吊篮的自重载荷、额定起升载荷及起升速度计算电机稳态起升功率为：

(1)

式中：Q——吊篮的额定起升载荷，Q=2 000 N;G——吊篮的自重载荷，G=3 000 N；v——起升速度，v=10 m/min；η——机构总效率，η=0.985×0.94×0.95。

经计算：

PN=948.1W

初选电机功率：

(2)

式中：H——系数，H=2.5；λm——电动机最大转矩倍数，λm=2.2。

经计算：

P0≥1 077.4W

由于该动力系统功率控制在1.1 kW即可,且设备需轻便,综合比选现有的动力系统，选择型号YY90S4的单相电机。该电机的额定功率1.1 kW，额定转速1 400 r/min，效率71%，功率因数0.95。

4.2 发电机计算及选型

选择单相汽油发电机作为动力源，根据电机额定功率、效率及功率因素计算发电机输出功率为：

(3)

式中：PP——单相电机额定功率，PP=1.1 kW；η1——单相电机效率，η1=71%；ψ——单相电机功率因素，ψ=0.95。

经计算：

PF=1.63 kW

综合比选，选择雅马哈便携式数码发电机EF2000iS，其性能参数如表1所示。其额定输出1.6 kVA，重量仅20 kg，可人力搬运。

表1 数码发电机EF2000iS性能参数

4.3 齿轮副计算及减速机选型

减速机采用TK系列螺旋锥齿轮减速机，减速比27.34，具体型号为TKA58-27.34。根据提升速度及卷筒直径计算齿轮副传动比为3.53。经详细计算及强度校核，确定齿轮副中的小齿轮齿数为17，大齿轮齿数为60，模数为6 mm。

5 安全保障措施

安全保障措施是升降运输吊篮能否成功运用的关键。

首先，为了防止升降钢丝系统在工作时出现意外，在其上设置防坠器以防止主钢丝绳发生断裂时吊篮的整体坠落。在其下部安装安全缓冲气囊以保证吊篮的安全。

其次，考虑机电设备故障的应急处理，为防止设备故障带来的安全隐患，既有桥墩墩内平台之间的爬梯不拆除，设备故障引起吊篮无法工作时，作业人员可从吊篮撤离，并通过墩内爬梯上行回到桥墩入口后安全离开桥墩。

最后，制定严格的操作规范，确保检修人员与外界随时联系，按照检修规程进行检修操作，确保人员安全。

6 结束语

升降运输吊篮更能保障检修人员的安全，降低了劳动强度，提高了检查效率，节省了时间成本，从而在一定程度上降低了投资成本。

其动力系统作为桥墩内部升降运输吊篮的核心部件，其功率大小决定了运输吊篮的提升能力和作业时的动力续航时间，合理计算升降运输吊篮功率，选择合适的电机以及发电机，既可以确保工作的可靠性，还可以延长动力续航时间，同时也降低了设备重量，在需要人力转运动力设备的条件下，这一点特别重要。

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The Design of Lifting Basket in Bridge Pier and Dynamic System

AI Zongliang1ZHANG Jian2PENG Changchang2

(1.China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd，Chengdu 610031，China；2.Wuhan Wuqiao Traffic Equipment Technology Co. Ltd，Wuhan 430000，China)

In order to solve the problem of the high intensity and low efficient of the railway bridge pier inspection, a lifting basket has been brought in on the basic of setting up fixed inspection platform in traditional piers. Dynamic system has been used to control the basket up and down, ensure the inspector could finish the inspection of the bridge pier with the help of the lifting basket. In addition, detail structure and calculation method of the dynamic system has been introduced. Single-phase motor and single-phase gasoline engine generator has been selected and output power of generator is checked in consideration of weight control of the generator of the dynamic system to benefit the transport of the motor and generator after work.

lifting basket; dynamic system; power calculation； generator type selection

2016-03-23

艾宗良(1980-)，男，高级工程师，一级注册结构工程师。

1674—8247(2016)04—0016—03

U443.22

A