高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机走行系统设计

梁盼盼

（中铁十一局集团汉江重工有限公司 湖北襄阳 441006）

1 引言

随着我国高速铁路建设的迅速发展，高速铁路大跨度预应力混凝土简支箱梁（即40 m预应力简支箱梁）技术也开始投入新时代建设中［1-3］。我国高铁桥梁施工成套装备“提运架”中的900 t级大吨位提梁机、搬梁机、运梁车、架桥机的设计研发已较为成熟，但是1 000 t级运架一体机由于其本身要求的功能较多、承载较大、自重较大，施工中遇到的工况较为复杂，所以其设计研发进度相比较而言较为缓慢［4-7］。运架一体机中的走行系统是为整机提供支撑、承载整机自重及梁片负荷、传递动力、转换移动方向、调整整机高度的重要部件。走行系统的研发质量，一定程度上影响着运架一体机的发展［8］。

2 昆仑号架桥机

昆仑号架桥机用于高速铁路、客运专线双线整孔箱梁的提运、架设。可以提运整孔箱梁通过时速250 km和时速350 km的隧道；可以架设24～40 m等跨度的高速铁路、客运专线及城际铁路双线（单箱单室、单箱双室）预应力混凝土整孔箱梁；可在隧道口和隧道内架梁；可以提运箱梁在施工便道、路基和已架好的箱梁上行驶及架梁作业，对以上设施不造成任何危害；可以随时架设位于梁场两侧的任何一侧的桥梁，而不存在转场问题。

高速铁路40 m简支箱梁昆仑号架桥机由主梁、走行系统、起吊系统、卷扬系统、中支腿、主支腿、附属结构、电气系统等组成。其中走行系统又分为前走行系统和后走行系统两部分。昆仑号架桥机结构如图1所示。

图1 昆仑号架桥机结构

3 走行系统设计

3.1 走行系统功能设计

高速铁路40 m简支箱梁昆仑号架桥机结构复杂，满足24～40 m简支箱梁基本工况运架梁、曲线运架梁、坡道运架梁、过隧运梁、隧道口架梁等要求。因此，对走行系统的设计要求比较高［9］。

为满足各种工况下的运架需求，走行系统需要具备以下功能：

（1）前、后走行系统需要承载40 m简支箱梁（1 000 t）及整机自重。

（2）前、后走行系统需满足整机驱动及制动要求。

（3）前、后走行系统可进行90°转向，以满足整机可纵向走行和横向走行的需求。

（4）前、后走行系统能承受一定的拉力，以满足整机吊装的需求。

（5）前走行系统悬挂系统需具有±400 mm的调节功能，以满足整机运梁过隧和坡道运架梁需求。

（6）后走行系统需具有±800 mm的高度调整量，其中悬挂系统需具有±400 mm的调节功能，伸缩立柱对主梁的高度调整量为±400 mm，以满足整机运梁过隧和坡道运架梁需求。

（7）后走行系统可进行平面转动以满足曲线运架梁需求。

（8）后走行系统可立面转动以满足坡道运架梁需求。

3.2 走行系统结构形式

基于对前走行系统与后走行系统的功能要求不同，按需设计，将前、后走行系统结构形式单独设计。结构设计时不仅要考虑满足基本的受力要求，还需考虑结构尺寸是否符合过隧条件，工作时是否会与昆仑号架桥机的其他部件产生干涉等问题［10］。考虑到其悬挂系统应具有一致性和互换性，方便协同工作以及保养维修，故前、后走行系统的悬挂系统采用相同设计。

前走行系统与主梁通过螺栓群形成刚性连接，后走行系统自身设有大型推力关节轴承，安装完成后与主梁形成球铰连接，保证了昆仑号架桥机整机结构的稳定性。

3.2.1 前走行系统

前走行系统可平衡主梁因线路纵坡、横坡产生的弯矩，具有90°转向、调整高度以及驱动和刹车的功能。

前走行系统由连接曲梁、走行纵梁和悬挂系统等部件组成，结构尺寸22 980 mm（长）×2 934 mm（宽）×7 775 mm（高），如图2所示。

图2 前走行系统结构

悬挂系统包含悬挂架、平衡臂、车桥、转向耳板、悬挂升降油缸、轮组等部件，如图3所示。该系统通过回转支承连接于前、后车架纵梁下方。通过转向油缸推拉悬挂架上的耳板实现转向。悬挂系统左右两侧车轮组中心距离6.05 m，共10个轴线，每轴线4个车轮（轮胎），车轮直径约1.7 m。其中，6轴为驱动轴，4轴为制动轴，液压驱动车轮转动及转向。

图3 悬挂系统结构

连接曲梁与主梁、走行纵梁采用螺栓连接，走行纵梁与悬挂系统之间采用螺栓连接。

3.2.2 后走行系统

后走行系统主要由悬挂系统、转向支撑、纵梁、横梁、大型推力关节轴承、伸缩立柱、主梁顶升等组成，如图4所示。

图4 后走行系统结构

悬挂系统左右两侧车轮组中心距离5.2 m，共11个轴线，其中，6轴为驱动轴，5轴为制动轴。

后走行系统纵梁和横梁通过高强度螺栓连接。横梁上部设有大型推力关节轴承，通过高强度螺栓与横梁连接。大型推力关节轴承具有自润滑功能，可承受大吨位的动载荷，工作时轴圈最大摆动角可达3°，满足了后走行系统的受力要求和转动需求。大型推力关节轴承上部通过高强度螺栓与伸缩立柱连接，伸缩立柱对主梁的调整量为±400 mm，由液压系统实现调整功能，伸缩立柱通过液压插销系统与设置在主梁内部的柱套销接连接。

由于伸缩立柱对主梁的高度调整量为±400 mm，悬挂架自身具有±400 mm的调节功能，故后走行系统总共有±800 mm的高度调整量。后走行系统的结构尺寸为24 325 mm（长）×7 088 mm（宽）×8 370 mm（高）。中位时，昆仑号架桥机整机高为9 200 mm；高位时，整机高为10 000 mm；低位时，整机高为8 400 mm。

3.3 走行系统的工况及载荷分析

3.3.1 工况分析

高速铁路40 m简支箱梁昆仑号架桥机可完成40 m、32 m、24 m简支箱梁的架设，所以设计中针对不同梁型架设过程中可能出现的载荷工况都要考虑。在运梁过程中，前走行系统和后走行系统一起承担两个支反力；在架梁过孔工况中，后走行系统和主支腿一起承担两个支反力，此时前走行系统悬空，不承受支反力，仅承担本身自重产生的拉力。

经过初步计算筛选，得到5种控制工况（24 m梁运架为非控制工况）。在各工况下，前、后走行系统支反力（含前、后走行系统自重）见表1。

表1 前、后走行系统支反力 t

由表1可知，对于前走行系统，根据工况分析结果可知：前走行系统的控制工况为工况2，即32 m梁运输工况。

对于后走行系统，根据工况分析可知：

运梁工作状态下：后走行系统的控制工况为工况1，即40 m梁运输工况。

架梁工作状态下：后走行系统的控制工况为工况3，即40 m梁架梁（过孔）工况。

3.3.2 载荷计算

进行前、后走行系统的载荷计算时，要分别计算每种工况下，其在3个方向所受的载荷共同作用下的影响。

（1）竖向力

竖向力即最大冲击载荷，运行冲击系数为1.3。

（2）纵向力

纵向力主要包含惯性力、30‰斜坡产生的纵向分力、纵向风力。

（3）横向力

横向力主要包含20‰斜坡产生的横向分力、横向风力。

分别计算在运梁和架梁工况下的载荷，前、后走行系统计算结果见表2。

表2 前、后走行系统载荷计算 t

3.4 走行系统结构计算

根据上文前、后走行系统的载荷计算结果，对其结构件进行分析计算，结果见表3。对前走行系统的重点结构件连接曲梁进行单独验算，结果见表4。

表3 走行系统结构计算结果

表4 连接曲梁结构计算结果

计算分析表明：前、后走行系统各结构件的强度和刚度均在设计范围之内，能满足昆仑号架桥机运架梁的施工要求。

在24～40 m简支箱梁的架设过程中，每一个工作循环走行系统都包含吊装、运梁、架梁工况。昆仑号架桥机应用至今，上百次的工作循环中，走行系统工作状态良好，证明了其从功能设计到结构设计，都具有可靠性和安全性。运梁工况下的走行系统如图5所示。

图5 运梁工况

4 结束语

2020年6月，世界首台千吨级运架一体机昆仑号架桥机在福厦铁路［11-12］湄洲湾跨海大桥首架成功，至今已架设142孔梁片，其走行系统也经受住了实践的考验。昆仑号架桥机的走行系统是目前我国提运架设备中承载最大、功能最多的轮胎式走行机构。能满足曲线运架梁、坡道运架梁、过隧运梁、隧道口架梁等各种复杂工况的施工要求，为我国铁路建设发展大跨度简支箱梁提供了有力的设备支撑，使得40 m简支箱梁的规划落成现实，更为实现“走出去”战略增添了技术力量。