D型施工便梁移梁小车的研制

1、D型施工便梁移梁小车的研制、QC小组简介小组成员由工程项目管理、技术人员组成，有丰富的QC小组活动经验以及较高的技术创新能力，使QC、组活动较为标准有序的展开。小组名称进阶QC、组课题名称D型施工便梁移梁小车的研制课题类型创新型活动时间2016.032016.12活动次数10次小组人数6人小组成立时间2015年11月课题注册时间2015年12月课题注册号JSLW-QC-201512活动出勤率100%小组成员成员姓名职称职务学历组内分工组长李军工程师项目经理本科全面组织副组长黄维工程师项目副经理本科组织执行组员王义杰工程师项目副经理本科技术指导组员刘文晋工程师项目总工本科方案编制组员奚乐工程师技

2、术主管本科技术实施组员郭伟晨助理工程师技术贝本科资料整理制表人：刘文晋 制图时间：2016.01二、选择课题2.1、 环境背景随着国家陆路运输网络的不断扩展，新建（改建）公路或城镇道路需穿越既有 铁路线的情况越来越多，而此种情况多采用新建下穿铁路立交桥涵施工法。图2.1.1新建道路下穿铁路立交桥涵新建下穿铁路立交桥涵采用顶进法施工，即在铁路线一侧安全距离外预制箱涵, 并通过架设D型施工便梁对既有铁路进行加固，再土方拉槽进行顶进。图2.1.2 D型便梁加固线路，箱涵顶进施工D型施工便梁的使用保证了施工期间线路能满足铁路运输安全需要的轨道几何 状态，确保了在顶进施工过程中，铁路运输不中断。 但在施

3、工过程中，D型便梁需架 设多次，并且需要将便梁在施工范围内来回纵移多次，以往纵移便梁采用卷扬机拉 拽或者轨道车吊运的方式纵移使梁。2.2、 名词解释箱涵顶进：当新建道路必须从铁路路基下通过时，必须对既有铁路采取必要的 加固措施，然后在将铁路下路基挖空，将在铁路一侧已经预制好的箱涵顶进至铁路 下方，从而起到既支撑铁路有保证道路通行的作用。D型施工使梁：在下穿铁路立交桥涵施工中，用于加固铁路，以保证在铁路下方 路基挖空的情况下仍能不间断火车运行，类似于桥梁结构。图2.2 D型施工使梁2.3、 提出课题目前，在铁路上纵移D型施工便梁的方法主要有两种，一是采用卷扬机配合人 工拉拽，二是利用轨道车吊运的

4、方式纵移使梁。图2.3.1卷扬机配合人工拖拽移梁图2.3.2轨道车移梁近年来，随着铁路运输的增长，营业线尤其是干线行车密度越来越大，施工干 扰问题越来越突出，且路局对施工安全要求越来越高。以南京经济技术开发区润阳 路东延下穿京沪铁路立交桥工程为例，行车密度达 130对/昼夜，如此高的行车密度 严重影响线路封锁时的工作效率，威胁施工人员的人身安全。若采用现有的卷扬拖拽的方法，存在两线间人员下道躲避邻线车辆导致效率不高及便梁倾覆的危险，且 一次封锁2小时内使梁纵移距离有限；轨道车吊运移梁需轨道车提前进入附近车站, 吊装过程中需邻线封锁10-15分钟，且电气化区段需接触网停电配合，而接触网停 电为区

5、段停电，经常出现封锁点延迟甚至取消的状况，对运输影响大，费用较高。我们从施工占用时间和所需费用两个方面对卷扬机拖拽与轨道车移梁进行比较，以纵移一组D型施工便梁50米距离为例，对比情况如下：图2.3.3卷扬机拖拽与轨道车移梁施工时间柱状图施工时间（min）施工时间（min ）制图人：刘文晋 制图时间：2016.01卷扬机拖拽纵移一组便梁50米费用计算如下：人工：需要16人，每人每小时60元人工费；卷扬机费用：一次性购置费 1.6 万元，可移梁 100 次；即费用 16*60*1.67/10000+16100=0.18 万。轨道车租赁费约3万每次。需要特别指出的是，在工程实际中，一个造价约 500

6、0万的下穿立交工程，需 约20次移梁，即采用轨道车移梁需花费 60万元，采用卷扬机拖拽需要花费 3.6 万元，如下图所示：图2.3.4卷扬机拖拽与轨道车移梁费用柱状图费用（万元）制图人：刘文晋 制图时间：2016.01由此可得出以下结论：1、卷扬机拖拽法移梁虽然使用费用远低于轨道车移梁，但单次移梁时间比轨道 车移梁时间多出80分钟，侵占了宝贵的铁路封锁时间，影响了铁路正常运输，使施 工的不确定性增高，安全性降低。2、轨道车移梁时间相较于卷扬机拖拽移梁缩短 80min ,提高了作业人员安全性， 但大幅增加了费用，往返基地时对铁路运能产生影响，且在电气化铁路区段需进行 断电，各单位协作要求高，安全

7、风险增大。由以上两条可知，很有必要研制出一种新型施工工具，既能相较于卷扬机有较 少的施工时间，又相对于轨道车移梁有较小的费用支出。根据小组成员讨论及查新报告，本次QC活动课题为：D型便梁移梁小车的研制。查新报告如下：11图2.3.5科技查新报告科技查新报告U现工便犀好期电内移装小拿研制四闺I江苏言威建映工程再限公司委托H加J搐16年始月04日中举人民共和国料学技术部二 OQ0 年 *11Kmfi 事中左 口什工事的良工内修检小套餐制号且HIIttiAtiflMt *虹城»件原事总研交研黄方中心*口3京|?| 年时融1上|加ft ft A艮军事fcMKltUff KQ * A*，电5*

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26、1;*:升。，.雄 fthriHlF. i.sw2.4、活动计划表小组活动计划表（计戈U安排： 实际实施：计划 内容时间负责人16年1月16年2月16年3月16年4月16年5月16年6月16年7月16年8月16年9月16年10月选择 课题李军设定目标 及目标可 行性分析黄维提出方案 并确7E取 住方家二王文杰制定刘文晋.实施一一一 一 A全员效果 检查»奚乐标准化A A郭伟晨总结和下 一步打算>刘文晋制表人：刘文晋 制图时间：2016.0110三、设定目标及目标可行性分析3.1、 设定目标经过QC小组成员的充分研究与讨论，以纵移一组D型施工便梁50米的情况为标准，对目标值进行如

27、下设定：根据上海铁路局规定的天窗修施工时间一般为120min及既有两种方法移梁的时问费用，确定如下两个目标：目标一：移梁小车移一组梁时间控制在50min以内；单次移梁费用要低于卷扬机拖拽单次移梁费用，因此，目标二：移梁小车单个工程（造价5000万，移梁20次）移梁费用小于30万。3.2、 目标可行性分析表3.2目标可行性分析目标口行性分析方法根据铁路上便梁施工的特殊环境，既要满足封锁时间内完成D型施工使梁纵移和拼装，又要符合铁路营业线各项安全规定。方法是通过多次尝试和试验， 参考工务施工单边轮、小平车、担轨车，研制出D型施工便梁移梁小车，并进行适合便梁纵移项目的使用改进，进而解决系统安装、小车

28、稳定性、防脱轨等 技术难题。人员小组成员6人全部具有大学本科学历，其中5人具有工程师职称，2人取得 南京市质量协会高级诊断师、2人取得南京市质量协会初级诊断师。小组成员都 具有扎实的理论知识基础和丰富的现场施工实践，具备f 的研究和创新能力。设备小组拥有齐全的测量仪器、计算机设备，并有项目部独立试验室。方法小组拥启Midas/Civil空间有限元分析软件，通过对便梁纵梁建模，进行纵 梁连接件验算、车轴验算，为移梁小车系统的稳定性及安全性提供了理论支撑。环境研制新型移梁小车地点位于项目部，不受外部环境干扰，且项目经理为小 组组长，人力、物力、财力调配流畅，为移梁小车的研制提供了外部环境保障。制表

29、人：刘文晋 制表时间：2016.0163四、提出方案并确定最佳方案4.1、 提出总体方案根据铁路上便梁施工的特殊环境，既要满足封锁时间内完成D型施工使梁纵移和拼装，又要符合铁路营业线各项安全规定。 通过多次尝试和分析，我们参照轨道车 移梁原理，确定便梁纵移方应采用轮轨技术，将同组便梁的两片纵梁利用钢结构原理， 组成整体，既有铁路同时移动。在QC小组讨论会上，小组确定了总体方案：移梁系统受力验算一构配件及设备 准备一移梁系统试运行，方案分解如下：图4.1总体方案分解图制图人：刘文晋 制图时间：2016年2月4.2、 方案分解选择4.2.1、 移梁系统受力验算方案选择表4.2.1移梁系统受力验算方

30、案选择表力杀力杀一力杀一力杀二加工方式自主委外自主十委外力杀分析自主验算的方式 工作量大，但小组成 员具备使用 Midas/Civil 空间后 限元分析软件的能 力，且这是对小组成 员能力的提高和锻 炼。小组成员通过 市场调查，找到了可 以委外验算的专业 咨询机构，但成本较 高，且不利用小车成 员能力的锻炼和培 养。可采用部分 自主验算，部分委 外验算的方式，但 意义不大，不论时 间还有成本都没 有明显优势，且管 理协调难度增加。验算时间约20天（长）约10天（短）约15天（中）成本约1万元（低）约5万元（高）约3万元（中）选定方案是否否制表人：刘文晋制表时间：2016.024.2.2、 构配

31、件及设备准备方案选择表4.2.2构配件及设备方案选择表力杀力杀一力杀一力杀二加工方式自主委外自主十委外力杀分析自主加工的方式 工作量大，并且有少 量测量工具小组是不 具备加工经验和要求 的（如数显游标卡尺、 扳手等），加工完成 一套工具要耗费巨大 的人力口时间。小组成员通过 市场调查，找到了可 以委外加工的专业 工具制造厂家，虽然 厂家可以制造出符 合我方要求的各类 工具，但制造成本较 Mi。可采用部分自主 验算，部分委外验 算的方式，但意义 不大，不论时间还 有成本都没有明 显优势，且管理协 调难度增加，双方 制作出的构配件 不一定能完美切 合，影响使用效果加工时间约30天（长）约15天（短

32、）约25天（中）成本约5万元（低）约10万元（高）约7.5万元（中）选定方案否是否制表人：刘文晋 制表时间：2016.024.2.3、 移梁系统受力验算方案选择表4.2.3移梁系统试运行方案选择表力杀力杀一力杀一力杀二加工方式自主委外自主十委外力杀分析自主进行试运行 的方式工作量大，但 所有过程都在本方项 目部内完成，且技术、 施工人员齐备，可随 时开始。小组成员可通 过分包模式委托其 他施工队进行，但成 本人幅增加，且由于 是新进队伍，磨合适 应期增长。采用一部分 项目自身人员，一 部分外包人员并 无明显成本、时间 优势，且管理难度 大幅增加。准备时间约1天（短）约5天（长）约4天（中）成本

33、约3万元（低）约10万元（高）约6.5万元（适中）选定方案是否否制表人：刘文晋 制表时间：2016.024.3、 最佳方案确定由上，得出最佳方案表如下:表4.2最佳方案表小车移梁移梁系统受力验算整体、节点、车轴验算 （自主）构配件及设备准备走行系统（委外）承托结构（委外）液压起梁系统（委外）移梁系统试运行安装承托结构（自主）起梁、推入小车（自主）落梁、纵移便梁（自主）制表人：刘文晋 制表时间：2016.02五、制定对策表5.1对策实施表力杀对策目标措施责任人地点完成时问移梁系统受力验算整体、节点、车轴受力分析整体横梁最大应力小于210MPa节点最大应力小于300MPa最大剪应力小于120MPa

34、；车轴最大应力小于 300MPa最大剪应力小于 120MPa使用 Midas/Civil空间用限兀分析软件建模分析刘文晋项目部2016 年4月构配件及设备准备制作4台滑车1台滑车制作费1.1万元在有资质的厂家订做滑车奚乐厂家2016 年5月制作牛腿、连接板及横梁整套构件制作费8千元在有资质的厂家订做滑车奚乐厂家2016 年5月购置4台液压千斤顶1台液压丁斤顶及操作台购置费1.2力兀在有资质的厂家购买奚乐厂家2016 年5月移梁系统试运行组装牛腿、连接板及横梁构件组装时间10min在试运行期间进行测试王文杰项目部2016 年6月滑车就位（千斤顶起梁冉落梁）滑车就位时间 5min在试运行期间进行测

35、试王文杰项目部2016 年6月纵移便梁就位（50 米）纵移便梁就位及拆卸构件总计15min在试运行期间进行测试王文杰项目部2016 年6月制表人：刘文晋 制表时间：2016.03六、对策实施6.1、 对策一：整体、节点、车轴受力分析6.1.1、 整体受力分析1、D型便梁简介纵梁长24.5m,宽0.48m,高1.3m,单个纵梁重量为16028.3kg，横梁长3.96m,宽0.2m,高0.212m,单个纵梁重量为285.9kg。工 450。口=1225。190IKk *70=12060图 D型便梁平面布置图（红点位置为构件连接点）44公。->480tRSUv图 D

36、24型便梁A-A剖面2、模型简化计算采用Midas/Civil程序进行建模计算纵梁自重=16028.3100/24.5=6.55kN/m横梁自重=285.9/100/24.5=0.78kN/m图整体模型图时LDLD心图工况一（千斤顶顶升纵梁过程）LACDroo图工况二（移动过程）MIDA5/Q 川REAM TOROE望力a4,LB&e-H301 S37S5te-H301 2.62S10e-K301 1,07722b-h001 LI探通MQ1ChQKOgMWTJ茶狂+004 -LB： 7722* *004 -2.S2810V+001 -3.378

37、9«h*DDl -.12SBi&e*D01OB;里默MAX : 9SMIN : SB文件；整作卷尘kjmkNEH= 09/K/2015，不方司X ;0 iG 12Zs D.500图工况一、二剪力值（kN）MIDAS/CivilPOST/RCi匚 ES 与 ORBEAM FORCE考里十2,5«0Oe-OOl W O.OOOOte-HDOO-1,06-+OOiT,网力加QI -2822277»+004""P就阴御M+001 I-I -l.MGfi9ai4Ql _ajgasgs也口壮 L-4.471Dl*+<lD'

38、;l LJ>5.D33Cli3*+lDl ML-5,E9514e*D01 "-6,1572De*D01CBi里蛾MAX I 1WMIN s 30文件：整工程空中苫M k附 Fi日期。句g/2015 累垂"方寸Z: D.500图工况一、二弯矩值(kN.m)Zi O.'SOOIIDA5/CiXrtlPCiST/RCEESSOR-EAM STRESSifl2（量才直）Ei.3«&fie*002LI皿2eHlO2S.eS7S3s*Wl一、3.BO41D£*Oai，136g在刊01IO.OOMOe*OOD-3.BO9CI1V+0

39、016.34S37e*001H8,BS774e*C®l -1.14271e-HQO2 1；坪WWWCB;恒栽MH iMIN s 37文隹！理工桢二计JtmH位：N/mm A2 日期；阴收6/±015垂方寸图工况一、二应力值(MPa).7.65024e-001QiOOOOgMQD"-L 力 7%e+000,工用 14% *00口tmn+ooo-5.49643* *00D- -6.75 l5i2e+000总&031*+0003 弱EWft+WQB-l.OS 124e +OT11/71&8XWO1-1.30194e+W1寂St=a dmiF

40、*nniB: i£ 粒MAX 1 101MIN 20文件;整出要型寸复3总揖EEm期工口引iwwi5 器-方司二”，2: 0.500图整体变形图（最大13mm）3.验算结果由图可知，最大剪力发生在工况一情况下，最大剪力值为 41.3kN由图可知，横梁最大应力139.7MPa<210MPa咨许弯曲应力），没有达到屈 服，满足规范要求 6.1.2、节点受力分析1、节点介绍D型便梁与横梁采用螺栓连接，需要验算便梁与横梁的连接板，截面内力根据上 述整体模型提取。采用有限元计算方式进行校核。采用M22精制螺栓，横梁与便梁连接钢板均采用 Q345钢

41、，厚度均为10mm图D型便梁与横梁连接剖面图2、建模分析采用整体模型，节点采用实体单元建立模型，为减少单元数量，其他位置采用梁 单元，梁单元与实体单元连接采用主从刚性连接。图整体模型0. ooo30*1. 754619. 507929. 2611239. 015图局部模型3、计算结果0. 900335. 402670. fl04 100S. 287 i 341.6093C ELEMEMT STRESSPI , hl*nrti*2+2,3122764002I D O%+2.14977e+002Ido%+1,96724e+0020 1%+ 1.S2472e

42、+002 01%+ 1.66220e+C02QJ%+ 1,499GSe+00202%+ 1.33717640020 3%'+1.174658*002 04%-+1 £112138*0020.8% 二：一>8.49614«#00114%+6.S7Q96b#0013.0%+5.24570e*001+3 620B0e*00110.9%4-1 995J2e4C01UMIT If , mDATA 辟力分析罐掷老性静态),赣力分析(1) ， LO-Selid, Fl (V) H Output CSys】整体坐标系24.5%4-3.7D2«1a4C00-1.254

43、94e4OT10 0%_J8801制种* *'图 节点整体应力图(MPa)0. QUO静力分析Output CSys 整体坐标系LO-Solid Max Shear704. &04105&. 90G1409. 207imiT f（I DATA 琉力分析鳍构线性殍态）t) Q1Q 32G. 732653.465380. 1971306. 3303D ELEMENT STRESS30 ELEMENT STRESSMean Stress a lN/mmA2-+1.57615e+0020.0%+1,47764e+0020.0%+1.37913e+002D.1%+1

44、28062e+002 01%-+1.18211e+0020 2%+1.06360e+0020 2%+9.05O94e+OO10 4%+8.865&4e+«010 5%+7.88075e+C010 7%+6.8S565e*011.0%+5.910566*001，! +4.a2S<7B#0013.0%+3.94D37b#0016.6%+2.95525e*0Q113.2%+1.970l9e*00113.7%+9 050943*000+OOOODOe*(JOO图 节点整体剪应力图（MPa）如下图所示，纵梁加劲肋局部最大应力 124MPa0 300MPa （容许承压

45、应力），局部最大剪应力71MPa0 120MPa （容许剪应力），满足规范要求DATA】窗力分析酷构线性静态）.静力分析门）,LO-Solia, von Miiai StrtTi P Output CSyi 螫体坐标系图 纵梁加劲肋应力图（MPa）| IJIITT N r»3D aEMENT STRESSMeari Stress , NAnm*2 +7.091956+0010.0%+6,B4877e+001 0.1%+6.2C557e+001 0.2%+576237e+0010.4%+5.31917e+001 05%+4.07597e+OO10.7%+4.43278e+

46、001Q S%+3.9895Be+00iI %+3.54638e+00iI +3.1031 te+0011 RQt+2.K999e+00l 18%+2.2i675e+00l 2 5%+1.77359e+001 3 1 %, +1.3303Se+0Dl 4.2%*B.B71964+DCn 14.6%的屋，.保眄历+e.0O279e-OD3 l DAT* 静力分析铝构统性麓态）*静力分析U）ID-Solid, Max Sh.»ar串Output CSys 整体坐标系图纵梁加劲肋剪应力图（MPa）如下图所示，横梁局部最大应力 278MPa0 300MPa （容许承压应力），满

47、足规范 要求。局部最大剪应力159MPa> 120MPa （容许剪应力），虽然超过了容许剪应力， 但只是局部应力，均未达到屈服，结构依然处于弹性工作状态，又由于本结构为临时 结构，容许应力提高30%后，可满足要求。0.00068.454136. «5205. 373273. S31-DATA 铮力分析岫枸统性杼态）j球力分析口）, LO-Solii vthStrail , Oulput CSyi 3D ELEMENT STRESSvw Mi*g SkMS b NnA2 r +2.77849e+C02 0.0%-+2.60520e+002I 0 3%+2,4319116+002I

48、 0 4%+2.258S3e+0020 7%+2.08534e+0020 8%-+1.912056+0021 1%- + 173877e+<021 6% + 1 565«e+00219%+ 1.3S29e+ClO2I 2 5%-+1.2109lle+ClO2I 3.0%+ 1 .D4S62e4ClO24.0%#e.72333!B40aiI 57%*S.»9D46e-HJair I 12.8% _+5B25759e*001I 29.0%-+3,52473e-KI01 20.8%H-+1.7S188e+001 15.2%N +5加9堀Ri整体坐标系图 横梁应

49、力图（MPa）72 355144. 709217. 0642S9 41930 ELEMENT STRESS Mean Strws . NMm*2+ 1,59024e<02 00%+1.49105e+O02 0 3%+ 1.39186e+C02 Q5%+ 129267soe12 0 7%+ 1 J9349e*002 0.8%+ 1,094308*0021.0%*9.961 l2e)*001 1.5%g +0 95925e*OO1 二 +7 96737e*001 2.3(b+6,97550e*001 3.1%+5.983636+0013.8%+4,99175e+0015 4W+3,99998

50、e+00110.3%+3.00900e4C01 jg i %+2.016l3e001 "?+1,02425e4001 16.0%+3,236016-001inCT H * MDATA 殍力分析能构线性铮布）¥锋力分析口）， LO-Solid, Mu Sh.tr中Output CSys 整体坐标系*X<图 横梁剪应力图（MPa）如下图所示，托板局部最大应力201MPa< 300MPa （容许承压应力），局部最大剪应力107MPa0 120MPa （容许剪应力），满足规范要求。3D ELEMENT STRESSven Mjses Stress . Nf

51、rnm0.0%0.1%0.1%0.2%02%f 4%0 6%0 9%1.2%1.9%2.7%4 6%8.3%14,68:o311.3%33.0%+ k88509e*002+ 1.75963e*002+ 1.63417e+002+1.50871 e*002+ 1.38325e*002+ lJ25779e*002+1 13233e*002+1.00S87e*002*Bj81415b*00I+7j55957a+C0l+B.3O4'9es*aOI+5J05D39b*0DI+3 795006*00 fl+2 541218*001+2,01055e*002UKT HmMTA J择五分折船构线性铮布

52、）&静力分析1） ,LD帛虱iavra Mists Strtss .Oiitpul CSys 整体坐标系+1 28662e*00l+3 20291101J -0. 90074 484148.223.45329/937图0 托板应力图（MPa）Q. 0005B. 5步QHF. 171175. TB9234 358data 静力分析舒构线性脚强），静力分析W ,3D ELEMENT STRESSMeen Stress . N和m*2门,索 .QJ%0.2% 0.3%0.4%0.5%1.0%2,1%2 .腾5.2%9.3%+1.07661e+M2 +1.00948e+M2 +9 42346e+001 +8752126+001 +8 08079e+Q01 +7 40545?+OOI +6 7381 le+TOI +B.06B77e+D01 +5.39544e+M1 +4.72410e+M1 +4.05276e+M1 +3.38l43e+001 +2.71009e+D01 +2 03B75e+Q01 +1 36741 e+001 >+6?6O75e+«IO *+2.473S0a-001lJD_Solidp Max ShearOutput CSy 整体坐标系UMT HC DAT* 韩力分析船构线性赣本）.静力分析口）.LOS