单线箱梁YL550型运梁车的研制与应用

2018-03-06段启楠

建筑机械 2018年2期

段启楠

单线箱梁YL550型运梁车适用于高速铁路、客运专线550t级单线混凝土箱梁的运输，能够方便快捷的把梁片从预制场地运至架梁工位，并能配合JQ55型架桥机完成架梁作业，同时还能驮运箱梁和配套架桥机快速安全地通过时速250km、断面半径R3920mm的单线隧道。运梁车具有双向作业功能，无需调头即可运梁和架桥机转场驮运。

1 550t级过隧运梁车主要结构

如图1所示，单线箱梁YL550型运梁车主要由车体、走行轮组、拖梁台车、转向机构、前后司机室、动力室、液压支腿等组成。

其中，车体采用单主梁鱼腹式结构；支腿设置在车体前后部主梁下端；走行轮组及转向系统位于车体主梁两腹板正下方；驮梁台车位于车体轨道上方，与车体前端橡胶垫支座配合支撑驮运箱梁；司机室位于车体前后端，且前端的伸出车体外，设置为旋转式结构。

图1 YL550型运梁车结构简图

单线箱梁YL550型运梁车既能满足20～32m等跨及变跨高速铁路、客运专线预应力混凝土单线单箱梁的运输，并配合架桥机完成架梁作业，也能满足驮运配套架桥机转场作业。其主要技术参数如表1所示。

表1 550t级低位运梁车主要技术参数

1.1 车体

车体受力恶劣复杂，要求车体结构必须要有足够的强度和刚度，而车体强度和刚度与车体结构形式有很大的关系。运梁车车体结构形式主要有以下2种：

（1）单主梁式车体［1］［2］：由一根主梁和若干悬臂横梁组成，具有抗扭性能好、承载能力大、抗变形能力强、结构相对简单、安装方便等特点，主要用在大吨位双线箱梁运梁车车体上。

（2）双主梁式车体［3］：用焊接或螺栓连接将两根主梁和中间若干横梁连接成一个刚性框架。刚性框架结构相对复杂、结构轻、安装相对复杂，但中间空间大，走线布管简单，主要用在小吨位单线箱梁运梁车车体上。

综合考虑隧道断面和实际受力需求，如图2所示，单线箱梁YL550型运梁车车体采用单主梁鱼腹式结构，车体主梁中间高，两端矮，前后左右对称，车体腹板正上方设有驮梁台车走行轨道，前端设有驮梁支座，正下方设有与轮组连接的法兰座。车体结构设计在满足强度和刚度的同时，能有效控制整车的宽度和高度，满足驮运过隧的要求。

图2 车体与支腿结构简图

采用ANSYS14.0对车体建立有限元模型。主要结构采用板壳单元shell63模拟。车体材料采用Q345C板，其许用应力为250MPa。计算运梁车运550t级箱梁行驶。考虑走行冲击，取动载系数1.1，通过计算分析得到：最大应力为199MPa，小于许用应力，如图3所示，出现在变截面位置，强度满足要求。最大静扰度为152mm，如图4所示。

图3 车体单元平均应力云图

图4 车体刚度云图

1.2 走行轮组

单线箱梁YL550型运梁车轮组布置在车体的两侧，采用双胎并置的结构形式，每个轮组与车体底部通过回转支承螺栓连接；两两轮组通过连杆连接并由一个转向油缸驱动。在考虑到箱梁施工载荷和运梁过隧通道限制的基础上，走行轮组布置在车体底部，每轴轮组与车体通过螺栓连接。运梁车共32个走行轮组通过车体连成一体，液压悬挂均衡系统保证每个走行轮组均匀受载，使运梁车能在凹凸不平的路面上行走。

1.3 转向机构

常见运梁车转向按驱动方式分，有独立转向和连杆转向，存在以下特点：

（1）独立转向：每个轮组轴线由单独的油缸驱动，各油缸之间通过油路连接，实现全轮独立转向。其结构简单，可实现八字、半八字、斜行，但成本高，控制复杂。

（2）连杆转向：由连杆系连接各轮组轴线，通过油缸带动连杆实现，结构复杂，只能实现八字转向，但成本低。

单线箱梁YL550型运梁车转向系统采用独立连杆转向机构，即两组轮组用连杆连接，用一套转向机构来完成转向，既拥有独立转向的八字转向、半八字转向等功能，又有吸取连杆转向成本低的优点，如图5所示。

1.4 液压支腿

共设有2组伸缩油缸支腿：前支腿、后支腿。每个支腿设有1个油缸，通过螺栓与焊接箱型结构成整体。在运梁车空载下临时停车或检修，以及配合架桥机架设混凝土箱梁时使用。每个支腿伸缩油缸采用球铰与底板相连。支腿底板采用大面积圆形板，保证在架设混凝土箱梁的正常支承，而且不超过其支撑箱梁的最大许用载荷。

图5 两轮组连杆转向机构

1.5 驮梁台车

设1台驮梁台车，沿运梁车主梁轨道走行，与架桥机吊梁小车同步拖梁走行，完成喂梁作业。

台车总成为板式结构，分为由上下台车架组成，台车与车体轨道及上下台车架之间安装剪磨板实现相互滑动，下台车架上设计有旋转定位销，实现上下台车架沿中心回转，满足曲线梁驮运喂梁对台车偏转要求；下台车架侧面设有导向板，用于避免台车两侧走行一前一后，保证台车在轨道上滑行；上台车架上部设有橡胶座，用于驮运箱梁时提供缓冲和防滑功能。每台驮梁台车设置有2个固定插销，装梁前需要将驮梁台车与车体固定插销，防止运输过程中驮梁台车滑动。

2 工作过程

单线箱梁YL550型运梁车主要有运梁、喂梁和驮运架桥机3个功能。

（1）运输箱梁并配合架桥机喂梁工况。

①运梁车走行到装梁位，运梁车轮组均衡升降调整处于中位状态，液压支腿下支，支撑到位；

②装载箱梁。装载箱梁中心相对整车悬挂合力中心左右偏移不得大于±50mm。

③液压支腿收缩，运梁车驮运箱梁走行。

④运梁接近架桥机尾部，用低速继续行驶，运梁车前司机室距架桥机中支腿约2.5m，将前司机室旋转外折到箱梁侧面，继续蠕行。

⑤运梁车车体前部距架桥机中支腿后面约0.44m处停车，运梁车液压支腿油缸下支，支撑到位。

⑥解除驮梁台车与车体插销固定，前小车提梁，与台车同步拖拉走行。

⑦前小车与台车同步拖拉梁片到位，后小车取梁，运梁车返回梁场。

（2）驮运架桥机工况。

运梁车的载运能力以及托架可支撑在车体轨道梁上，并可在轨道梁上走行，方便整体驮运架桥机进行转场作业。

3 方案实现的关键技术

3.1 降低驮梁平面高度及走行宽度

（1）鱼腹式车体。车体主梁中间高，两端低，前后左右对称。车体腹板正上方设有驮梁台车走行轨道，正下方设有与轮组连接的法兰座。车体结构设计在满足强度和刚度的同时，能有效控制整车的宽度和高度。

（2）板式驮梁台车技术。驮梁台车采用板式结构，链牵滑动走行，摒弃了以往轮轨走行方式，既省去传统电机减速机驱动车轮在轨道上走行的复杂机构，又有效降低运梁喂梁高度。

（3）悬挂轮组采用双胎并置结构和宽基小轮胎方案，不仅增大轴线载荷，同时降低悬挂高度。

以上3种设计方案有效降低了驮梁平面高度和走行宽度，满足驮运过隧的要求。如图6所示，驮运550t/32m箱梁过隧道R3920。整车处于中位状态，考虑到轮胎重载50mm变形量，驮运高度为2.8m。轮组升降调节范围±300mm。

3.2 悬挂铰点位置优化设计

轮组悬挂的布置设计是运梁车设计中的一个重点和难点。如何在小空间下设计出具有承载能力强和满足整车升降高度范围的轮组，对单线箱梁YL550型运梁车显得尤为重要。

传统轮组铰点位置的确定是通过个人经验和不断的试算得到满足条件的结果，难以保证为最优设计结果。单线箱梁YL550型运梁车根据实际需求，结合以往类似产品的结构形式和设计经验，分析轮组的已知参数，以悬挂液压缸受力最小为目标，空间尺寸为约束，建立数学模型求解，得到弯臂、摆动臂、油缸三者之间的3个铰点以及摆动臂和车桥连接铰点的最优相对位置。如图7为悬挂总成几何模型和力学模型，并对模型的约束条件进行了描述。限于篇幅，具体数学模型和分析计算过程见文献［4］，铰点相对位置计算结果如图8所示。