低速重载轨道小车链拖拉设备的研究与设计

张玉敏

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

在一些实际生产过程中，低速、重载轨道小距离转运是较为常见的一种运输工况。铁路桥梁作为重要的交通基础设施，其良好的工作状态是保证铁路安全运行的最基本条件。随着我国铁路营运时间的增加，许多长时间服役的重载铁路桥梁已经产生了多种不同程度的病害，梁体病害发展到一定程度，需对梁体进行更换。线上换梁是一种快速又极为有效的换梁方式，但是桥梁施工地大多在一些山川丘陵地区，桥隧相连，施工过程中需要线上运梁车将桥梁运输至施工地段。运输过程中，由于桥梁的体积问题及铁路运输限界要求，运梁车在运输过程中需要解决运梁过隧问题。如果将梁体直接放在运梁车上可以满足铁路运输的限界要求，但是运梁车到位后桥梁的小距离转运就会变得极为困难，还需其他大型起重机械辅助进行。鉴于此，可以在运梁车上配置驮梁轨道小车，将梁体放置在驮梁轨道小车进行运输，运输到位后通过移动驮梁轨道小车实现梁体的小距离转运。采取这种方式运输对驮梁轨道小车的尺寸、动力系统有了极高的要求，为了在其特殊的工作环境中实现桥梁的小距离转运工作，可以选择多从动轮链传动链条拖拉的方式来实现。

1 链传动的特点

链传动的主要特点是工作可靠，整体尺寸较小，结构紧凑，并能够在高温和潮湿的环境中工作。链条传动兼有齿轮传动和带传动的特点，且与齿轮传动相比，链传动成本更底，质量更轻便，与带传动相比链条不需要张得很紧，且传动效率很高,一般传动，约为0.94~0.96。对于用循环压力供油润滑的高精度传动，约为0.98。在多轴传动装置中，链传动是理想的传动型式之一，它不仅可以避免笨重的结构，保持规定的传动比，还能适应较长距离的传动要求，常应用于工业，农业，交通运输业等领域。

2 低速重载轨道小车链拖拉设备设计详情

2.1 主要设计要求

换梁工况下要求运梁车上的两台轨道驮梁小车驮载桥梁在≤30‰的坡度轨道正向反向运行50m，每台轨道驮梁小车载重(含自重)：185T，车速：0.5m/min，车身高：0.3m，车身长：1.38m。车身宽：3.8m。

2.2 设计方案研究分析

根据现场工况条件和轨道小车参数要求，如果将动力设备安置在驮梁轨道小车上，可以采用电动机配减速器的方式实现小车运转，此方式可以提供精确的传动比，确保小车运行的速度精度，工作可靠，效率高，但是，因为小车的车速很小，所用的减速机尺寸必然会很大，难以满足车体尺寸要求；如果将小车的动力设备与小车分离，将动力设备安置在运梁车前后两端，可以采用卷扬机牵引或链传动链条拖拉的形式来实现小车运转，此方式相对于齿轮传动，传动精度要求较低，工作可靠，能适应低速重载的工况，但是使用卷扬机牵引，需用到钢丝绳，钢丝绳弹性较大，如果出现拉断现象，对施工人员的安全会造成严重威胁。综合考虑驮梁轨道小车车体尺寸和载重之间的矛盾，最终选择将动力设备安置在运梁车前端，采用链传动链条拖拉的形式来实现小车运转。

采用将轨道驮梁小车前后两端固定在链条上的拖拉方式，通过链轮运转，利用链条的拉力将轨道小车拖动，具体实施方案如图1所示。每台运梁车配备4台链轮箱，作为运梁车上轨道驮梁小车的拖拉系统，靠近运梁车前端的两组链轮箱链条与1号驮梁小车相连（图中小车未画出），后两组链轮箱链条与2号驮梁小车相连（图中小车未画出），两组链轮箱同步运转，实现两台轨道驮梁小车的同步运动。

图1 低速重载轨道小车链拖拉设备

具体链轮方案如图2所示，主要由链轮箱体、链条、减速器、液压马达等结构组成，液压马达与减速器相连，减速器通过轴与链轮箱中的链轮相连，链轮箱再通过螺栓与运梁车相连。考虑到驮梁轨道小车要正反向两个方向做直线运用，可以采用主动链轮的正反转来实现，在主动轮两侧加装两个从动轮，以保证在主动轮正反转时保证链条的张紧状态。

图2 链轮箱

2.3 设计步骤

2.3.1 驮梁轨道小车牵引力计算

两台驮梁轨道小车一起运输桥梁在运梁车车架轨道上稳定运行的静阻力Fj由摩擦阻力Fm，坡度阻力Fp和风阻力Fw三项组成。

（1）摩擦阻力Fm

式中：

Q—额定载重量（N）；

G—驮梁轨道小车运动部分的自重载荷（N）；

μ—摩擦系数，μ取值0.08；

代入得：

（2）坡度阻力Fp

式中：α为坡度角，当坡度很小时，在计算中可用轨道坡度i代替sinα，i＝0.03，代入得：

（3）风阻力Fw

工作状态计算公式：

式中：

C—风力系数，取1.1；

kh—风力高度变化系数，取1.25；

PI—正常工作状态计算风压（N/m2），取150N/m2；

A—桥面板迎风面积，A=100m2；

代入得：

（4）静阻力Fj

2.3.2 驮梁轨道小车链传动设计

（1）电动机的静功率

式中：

Pj—电动机静功率（kw）；

Fj—静阻力（N）；

v—运行速度，最大运行速度5m/min；

η—机械传动效率，取90%；

m—电动机个数，m=4；

代入得：

（2）单台电动机的实际所需功率

式中：

P—单台电机的实际所需功率（kw）；

Kd—为电机安全系数，取1.3；

代入得：

故选用4台功率为15kw的电机或液压马达，功率可满足要求！

（3）减速机扭矩计算

单个减速机工作时，链条的牵引力F为：104871.25N，取安全系数为2，单根链条需要最小工作拉力F’为：209742.5N；牵引链条选用短节距传动用精密滚子链（GB/T 1243-1997），24A双排链条抗拉载荷Fmax为：249100N，满足使用要求。

选取驱动链轮的齿数为23，则链轮的参数为：

链轮节距P：38.1mm；

链轮齿数Z：23；

链轮节圆直径D：279.804mm；

每单根链条由1个驱动链轮驱动，每个链轮的驱动力距为：

液压马达选用丹佛斯OMS80摆线液压马达，最大转速810r/min，最大扭矩240NM，最大输出功率15.5kw；驱动减速机选用P2KC09-162-B5-71型减速机，减速比为162，许用输入功率为15.5kw，输出扭矩22000NM，完全满足工作要求。

3 低速重载轨道小车链拖拉设备的主要特征

（1）链拖拉设备在驮梁轨道小车尺寸受限的情况下，实现了小车的正常工作运转。

（2）不受外界环境的影响，运梁车拖拉设备都能够独立很好的工作，安装拆卸方便，成本底，维修简单，易保养。

（3）链条和链轮的传动方式同时结合了齿轮和带传动的优点，一齿一扣，能保证桥梁小距离运输所需精度，整个设备效率高，寿命长。

4 结语

根据铁路桥梁运输车上的驮梁轨道小车拖拉设备的设计要求，结合驮梁轨道小车的尺寸特点和其低速重载的属性，对其拖拉设备进行了分析研究和设计，在满足驮梁轨道小车尺寸要求的基础上，采用多从动链传动来实现驮梁轨道小车在相对恶劣环境、空间结构受限的情况下低速重载的正常工作。经过详细的分析计算，得出了驮梁轨道小车链拖拉设备的主要技术参数，并绘制了相关图纸，为后期的研究和设计提供了技术保障。具体的应用效果还需在后期的样机试验中验证，有些细节还需在后期样机试验的基础上不断优化改进。