高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机主梁与走行系统连接机构设计

周衍领 周光忠 万 鹏 梁盼盼

（1.中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600；2.中铁十一局集团汉江重工有限公司 湖北襄阳 441006）

1 概述

随着我国高速铁路建设的跨越式发展，高速铁路预应力钢筋混凝土简支箱梁从32 m跨度升级到40 m跨度，与之相配套，架设高速铁路40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁的运架一体机“昆仑号”应运而生。目前在郑济、厦深、南沿江等新建高速铁路线路上大量采用了40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁，与既有32 m预应力钢筋混凝土简支箱梁相比，其跨度增大8 m，高度增加0.23 m，重量也由900 t/榀增加至1 000 t/榀。目前，国内外市场上既有的大量架设32 m预应力钢筋混凝土简支箱梁的运架一体机，无论从结构、起吊能力还是从功能上都已不能满足40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁的架设要求［1］。

高速铁路40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机由主梁、前走行系统、后走行系统、支撑系统、连接机构、卷扬机平台、起吊系统、动力系统、控制系统、液压系统、附属结构等构成。主梁通过连接机构与后车系统铰接连接，前车系统利用铰制孔螺栓与主梁腹板固结连接［2］。昆仑号架桥机连接机构安装位置图见图1。

图1 昆仑号架桥机连接机构安装位置

2 连接机构设计

2.1 连接机构设计功能要求

40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机主梁与后车系统之间的连接机构是该运架一体机关键要害结构，此结构不仅是主梁与走行系统建立联系的桥梁，其设计还需兼具下列功能：

（1）传递和承受纵、横、竖三向荷载，消解整机内部应力和弯矩［3］。

（2）整机悬空时，保证走行系统和主梁连接不断开。

（3）可三向转动，每个方向转动角度不小于3°。

（4）作为铰支座与主梁、前车组成简支受力体系［4］。

2.2 连接机构设计原则

40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机主梁与后车系统连接机构设计，应遵循以下主要设计原则：

（1）较小的结构高度

在满足40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机工作所需的各项功能条件下，尽量压缩连接机构的结构高度，以达到降低整机高度的目的，从而满足架桥机在过隧、隧道进出口等特殊工况下运架箱梁的要求［5］。

（2）较长的使用寿命

40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机要在不同环境下的高铁线路上运架梁作业，就需要频繁地进行拆装和转场工作，同时还要遭受高低温、潮湿、风沙、台风、暴雨等恶劣气候条件的影响，连接机构要有较长的使用寿命，保证在频繁拆装和各种恶劣气候条件下能正常工作［6］。

（3）较高的环保要求

40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机连接机构，在工作过程中要有良好的密封和润滑功能，需选择合适的润滑材料，禁止选择具有挥发、渗漏等容易污染场地和混凝土梁面的材料；同时，还要防止连接机构之间在工作中产生噪声，污染周围环境。

2.3 连接机构设计方案比选

（1）实体球铰

目前，市场上既有的预应力钢筋混凝土简支箱梁运架一体机主梁与后车系统连接机构，大部分参考门式起重机柔性支腿上的实体球铰结构设计而成。实体球铰结构高度大，采用铸件机加工而成，加工精度较低，采用法兰＋螺栓的连接方式分别与主梁和走行系统连接。

实体球铰连接机构采用钢对钢形式的摩擦副，摩擦副之间需要加注润滑脂润滑摩擦面，因密封不严，摩擦副之间润滑脂容易渗漏、挥发而脱水失效，摩擦面常因缺乏润滑脂保护而极易锈蚀，造成转动困难，从而产生转动噪声等缺陷和弊端。要满足40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁架设，其设计结构高度需达到700 mm，因而导致整机结构高度较高，严重影响运架一体机的使用性能，影响整机隧道通过性，无法进行隧道进出口架梁等工况施工［7］。实体球铰结构如图2所示。

图2 马达排量与系统压强关系

图2 实体球铰结构

（2）关节轴承

40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机主梁与后车系统连接机构如采用关节轴承形式，其整体结构（结构高度420 mm，较之实体球铰结构高度减少280 mm）高度比球铰显著降低，采用特制自润滑材料组成摩擦副，可免维护，摩擦系数更小，转动灵活，环境友好，承载能力、使用寿命及使用功能都有较大的增强和提高。关节轴承的轴圈和座圈同样利用法兰＋螺栓的方式，分别与主梁和后车系统连为一体。昆仑号架桥机主梁与后车系统之间采用关节轴承形式的连接机构连接，降低了整机高度，满足了整机隧道通过性及隧道进出口架梁施工要求［8］。关节轴承实物如图3所示。

图3 关节轴承

2.4 两种连接机构优缺点比较

预应力钢筋混凝土简支箱梁运架一体机主梁与后车系统连接机构实体球铰及关节轴承，在运架一体机工作过程中都发挥着至关重要的作用，两种连接机构优缺点如表1所示。

表1 连接机构优缺点比较

由表1可知，关节轴承在结构高度、适用性、承载能力、防尘、润滑、环境友好、使用效果、使用寿命等指标上均好于实体球铰［9-11］。

3 应用效果

通过对两种连接机构的比选，新研制的高速铁路40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁昆仑号架桥机主梁与后车系统连接机构最终采用关节轴承连接形式。昆仑号架桥机于2020年5月下线，6月在厦深高铁湄洲湾大桥首架成功。目前，昆仑号架桥机在厦深高铁湄洲湾大桥已经成功架设40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁100余榀，架梁过程经历了包括陆地、高温、高湿、海边、海上、大风等工况。经现场应用表明，主梁与后车系统连接机构关节轴承工作正常，没有出现转动困难、转动噪声、密封不严、内部锈蚀等缺陷和弊端。

4 结束语

关节轴承形式的连接机构在昆仑号架桥机上的成功应用，为后续类似连接机构的研发提供了技术和应用参考；为我国新建高速铁路如期顺利架设40 m预应力钢筋混凝土简支箱梁提供了必要的装备保障；同时打破国外专利和技术垄断，对我国未来布局海外铁路建设，对接一带一路，助力高铁出海等意义重大［12］。