900t轮胎式提梁机设备制造的结构分析.doc

1、1900t 轮胎式提梁机设备制造的结构分析摘要：900t 轮胎式提梁机是为高速铁路施工而开发的新机型。其主要功能是在预制梁场内对混凝土箱梁进行起吊、搬运和配合运梁车进行装车；其具有性能稳定、高效、功能集成化高的特点。主要介绍 900t 轮胎式提梁机吊杆在吊运过程中的主要受力情况以及结构强度分析。 关键词:900t 轮胎式提梁机；吊杆；行走系统 中图分类号：U463.3 文献标识码：A 文章编号： 引言 近年来我国正在进行多条时速 350kmh、250kmh 客运专线铁路的建设，其中桥梁是客运专线土建工程重要组成部分，具有比例大、高架桥、长桥多的特点。桥梁的主要功能是为列车高速运行提供具有平顺性

2、、稳定的桥上线路，并尽量减少其养护维修工作量，以确保行车安全和乘坐舒适。铁路客运专线预制场内 32、24、20m 整孔双线后张法预应力混凝土简支箱梁(以下简称箱梁)，根据箱梁本身特点，为了节约生产成本现在箱梁生产全部采用现场预制生产，现场架设箱梁。由于箱梁体积大，重量大，生产好的箱梁 需要专用的移梁设备进行迁移。900t 轮胎式提梁机(以下简称提梁机)是为客运专线箱梁施工而开发的一种新型移梁、架梁专用设备，其最大起吊、搬运能力为 900t。箱梁的起吊、搬运是由吊杆的一端固定在箱梁的2吊孔上，另一端固定在捉梁机的专用吊具上，吊具通过钢丝绳经过卷扬机的卷扬，箱梁被提升起来，在箱梁的起吊、搬运过程中

3、稳定性能的要求直接取决于吊杆结构的稳定。对于吊杆结构的受力分析，传统分析方法只是采用静态分析方法，加上一个安全系数进行安全计算。吊杆在实际应用中，采用吊运 100 孔箱梁对吊杆进行探伤检验，检验合格继续使用，不合格进行调整。采用有限元分析方法可以很好的模拟实况进行校核计算，并把这个方法应用到工程中，可以减少吊杆的探伤次数，节约成本。 1900t 轮胎式提梁机 1.1900t 轮胎式提梁机是一种专门用于铁路客运专线预制梁厂梁体的调运、移位、存放的设备，采用轮胎走行方式，机动灵活。轮胎式提梁机的起重吨位大、移动速度低、转场灵活且工作频繁，主要由动力系统、电控系统、液控系统、提升系统、行走系统、机架

4、系统、驾驶室及安全防护系统等组成。机架系统主要由主梁、横梁及支腿构成。整机采用机电液一体化微电控制技术，能够实现同步行走、同步卷扬及应急制动等功能。机架系统形成提梁机的主体框架多采用门式结构，梁断面采用箱形梁结构，具有较高的强度。 1.2 900t 提梁机为全液压控制，它的液压控制系统包括驱动系统、悬挂系统、支腿系统、转向系统、天车系统和卷扬系统。提梁机的液压系统的驱动系统是闭式回路系统，其他的为开式回路系统，采用恒功率负荷传感+电液比例控制。在开式回路中，提梁机的转向系统是用比例多路阀控制，可以实现高精度的同步转向；悬挂的液压系统不但采用比例3控制技术，并且使用了单向节流阀和防爆阀的控制结构

5、，从而保护液压系能够安全可靠的工作。液压卷扬系统是采用比例技术、PLC 和 PID 的综合控制，使液压马达能够同步工作；提梁机并设计了 3 种卷扬制动保护，以保障卷扬系统能正常工作。提梁机的整机重量过大将导致轮胎承受力较大，轮胎磨损严重，对行驶路面的要求也较高。因此，提梁机的整机重量是评价提梁机的重要指标。 2提梁机吊杆的分析 2.1 提梁机吊杆的工作原理 箱梁在生产台座上经过浇筑、养护、拆模、初张拉后即可吊出生产台座。在每一孔箱梁两端，都有 4 个吊装孔，在吊运过程中，把 8 根吊杆插进吊装孔内(如图 1 所示)，调整同一高度，进行试吊装，检验箱梁吊装是否在同一水平面上，发现不合格，立刻把箱

6、梁放在台座，对吊杆调节螺母进行调整，经检查多合格后才能吊运。 图 1 箱梁吊点图 2.2 提梁机吊杆的结构 箱梁在横移时，只有箱梁两端吊杆负重。其吊杆强度和刚度是否满足要求是影响提梁机运用性能的重要因素，因此也是评价所设计的吊杆是否合格的关键参数。提梁机吊杆在使用过程中，主要承受的载荷有：垂向载荷、纵向载荷、横向载荷，其中垂向载荷由两端 8 根吊杆共同承担，横向载荷、纵向载荷在不利工况下由 8 根吊杆的剪切变形来承担。 43行走系统的构成 提梁机行走系统由行走框架、悬挂、驱动桥、从动桥、悬挂液压缸、支腿液压缸和轮胎等组成。行走框架是行走系统的主体结构，悬挂及支腿液压缸通过螺栓与其刚性联接，悬挂

7、能在一定角度内水平回转，以实现提梁机转向功能，支腿液压缸用于转向时支起提梁机减少转向阻力。驱动桥实现行走驱动，驱动桥与从动桥上装配全钢子午胎，驱动桥与从动桥通过销轴装于悬挂上，可在一定范围内上下摆动。悬挂液压缸通过销轴与悬挂相连，活塞与驱动桥和从动桥通过销轴联接，悬挂液压缸作用相当于单作用缸，起到行走时减少路面冲击的作用。 3.1 垂向载荷 垂向载荷为一个吊杆所承受的货物质量，大小为 F=9.8Q/8 式中，Q为箱梁质量。横移箱梁过程中，吊杆不但承受货物的垂向静载荷，而且承受垂向动载荷的用。垂向动载荷是由于路面不平、8 根吊杆安装的不同位以及轮组安装等因素，引起箱梁振动而产生的，其计算公式如下

8、 Q=qQ8 式中，q 为每吨货物的垂直惯性力，q=454kNt 3.2 纵向载荷 吊杆在运行过程中制动及启动过程的冲击，均会引起货物的纵向惯性力大小为 T=tQ8 式中，t 为每吨货物的纵向惯性力；移梁过程中采用柔性支撑进行固定 t=00012Q 一 032Q+2985 式中，Q 为重车总重，当 Q150t 时，t=588kNt 纵向摩擦力F=9.8Q8 风力 W=qS8 5式中，q 为侧向计算风压。受风面为平面时，q=0.49kN/m；S 为侧向迎风面的投影面积。 为摩擦系数，取 03。T=TFW 式中，T 为纵向合力。 3.3 横向载荷 横向载荷包括提梁机在运行时的摇头振动、侧摆振动、两

9、吊具不同步引起纵向载荷的部分分力。 横向载荷分为横向惯性力 N 和摩擦力 F 两部分。N=n Q8 F=(98Q8 一 Q) 式中，n 为每吨货物的横向惯性力，n=282kNt；Q 为箱梁质量；Q 为货物的垂直惯性力。F=N 一 F 式中，F 为横向合力。 考虑到吊运箱梁过程中，当两吊具不同步时，在横向载荷中纵向载荷的分力比较小，可以不计。 4.提梁机机架系统结构强度分析 对提梁机机架系统强度分析时，可将轮组上的 8 个柔性轮胎悬挂支承简化为 3 个方向的变刚度弹簧的约束，建立提梁机的模型，对提梁机整体进行结构强度分析。其中主梁拱度为 50mm，选用单元为 Beam188(梁单元)、Combi

10、n39(非线性弹簧单元)，节点数为 323，单元数为 208。根据实际提梁机各梁不同截面尺寸，共定义了 9 种梁单元，建立提梁机模型见图 2。 图 2 提梁机总体结构分析的位移图 6由图 2 可见，机架系统的最大位移为 1078mm，发生在主梁对称中心处。采用 3 个方向的变刚度弹簧约束的计算结果与实际测量基本相符，对于柔性过约束系统的分析具有一定的实际指导意义。 5 动力系统 整个提梁机共有 2 台柴油发动机。负责整车液压系统动力。柴油发动机、行走泵、起升及转向系统共用泵、其他泵组和油箱控制阀组和电池等组成动力模块，安装在动力仓内。另单配 1 台辅助动力舱，为整机提供辅助动力和照明。 900

11、t 轮胎式提梁机目前也是铁路客运专线预制梁场内用于箱梁吊装、转移和装车施工较为普遍一种的施工设备。这类提梁机不仅能满足纵行、横行两种运行方式，还可以斜行和小角度转向，可以覆盖梁场内所有台座基本不受梁场制存梁台座规划限制，同时在梁场内设置一条约 32m宽的纵移通道，用来完成提梁机在不同跨台座之间转换和运梁车的装梁工作。 该提梁机采用轮胎作为承载部件，利用轮胎弹性好的特点增大接地面积，很好地吸收冲击和振动，同时行走机构采用液压悬挂系统悬挂升降行程满足15cm,自动适应路面的不平整度并实现载荷的均匀分配。 该提梁机采用独立转向的方式，转向角度为一 100950,可以实现纵向行走、横向行走、斜行以及小

12、角度转向等多种功能。当重载转向时，先支起辅助支腿在检测支腿压力达到一定设计值后，使悬挂仅仅承担自重引起的承载量，此时轮胎变形量小，缩小了接地面积减小了转向阻力矩，然后进行转向，满载时原地能转向 900，而轻载时不用辅助支腿直接7进行转向。该提梁机的起吊高度和吊具行程均大于 13m,满足跨越制梁台座的侧模栏杆提梁出模同时也满足需双层存梁的存梁要求。 参考文献: 1王海900t 提梁机的设计与实现M上海：同济大学机械工程分院，2007. 2赵静一，孙炳玉，李鹏飞900t 提梁机液压行走系统原理分析及其功率匹配J液压与气动，2007，12(12)：39-41. 3中华人民共和国铁道部铁路货物装载加固规则M北京：中国铁道出版社，2006.