高铁简支箱梁运架一体架桥机的研制与应用

高铁简支箱梁运架一体架桥机的研制与应用

1总结从2020年底开始，中国的高铁运营距离达到39.79万公里。我国的高速铁路预应力混凝土简支箱梁2高速铁路运输结构的概念和分类2.1高速块机的概念运架一体机的概念最早由意大利尼古拉公司（Nicola)于1998年提出2.2导梁式运架一体机目前市场上使用的高铁运架一体机有两种类型：一种是导梁式运架一体机（下导梁过孔式运架一体机），另一种是无导梁式运架一体机（悬臂过孔式运架一体机）。导梁式运架一体机由运架梁机和导梁机两部分组成：运架梁机由起重小车、主梁、前走行轮组、后走行轮组组成；导梁机由导梁、架梁小车、后支腿、后滚轮支腿、中滚轮支腿、前滚轮支腿等组成，如图1所示3高速铁路设备的发展过程和创新3.1高铁箱形梁运架机设备研究进展我国的高铁运架一体机，经历了引进应用到自主设计创新、再到世界领先的过程。2000年修建国内第一条客运专线铁路——秦沈客运专线时，由于当时国内既有铁路架桥机只能架160t以下的T梁，对于550t的双线箱梁，没有相应的架设设备，只能全新研制或引进。于是，分体式架桥机研制并应用在秦沈客运专线的有中铁五院（原铁道建筑研究设计院）设计的300t级JZ24型箱形梁架造一体机、中铁机械院（原铁道部武汉工程机械研究所）设计的600t级的JQ600型迈步式架桥机。运架一体机由于概念新，国内缺少相关研究，引进了意大利Nicola公司制造的550t级（24m梁）运架一体机；由于秦沈客运专线线路没有设计隧道，该机优势没充分发挥出来，与分体式架桥机相比，架梁效率偏低，故障率较高，在秦沈客运专线建成后就很少使用了。从2006年开始，随着我国高铁建设的迅速发展，高铁箱梁运架设备的研发也快速推进。此时，高铁预制箱梁标准跨度已达32m（新研发），要求运架设备起重量达900t级，这对国内相关设备研制企业迎来了机遇与挑战。首先研发了900t级的分体式架桥机，最早应用在合宁铁路上，随之在京沪高铁、武广高铁等推广应用2019年，高铁40m箱梁双线箱梁在郑济高铁利用1000t级分体式架桥机实现首架从以上分析可以看出，我国运架一体机的发展，从2000年的引进应用24m/550t级，到2009年自主研发32m/900t级，再到2020年自主研发40m/1000t级，基本上是10年一个台阶。高速铁路40m标准跨度的双线预制简支箱梁及与之配套的运架技术装备的成功研发，对满足不同区域高铁桥梁的建设需求意义重大。3.2第一阶段：引进应用阶段24m/400t级运架一体机从3.1节的分析可看出，按照我国高铁双线箱梁标准跨度由24m到32m，再到目前跨度40m的研发历程，高铁运架一体机的发展历程可相应地划分为以下3个阶段：第一阶段为引进应用阶段，24m/550t级运架一体机，以最大架设24m双线箱梁为主（可兼架20m箱梁）。第二阶段为自主设计创新阶段，32m/900t级运架一体机，以最大架设32m双线箱梁为主（可兼架24m、20m箱梁）。第三阶段为自主设计创新阶段，40m/1000t级运架一体机，以最大架设40m双线箱梁为主（可兼架32m、24m箱梁）。由于目前国外还没有40m跨预制架设的高铁简支箱梁，也没有相应架梁设备，所以，研发的第三阶段运架一体机，处于世界领先水平。3.3第一阶段：24m550吨级推架机引入应用阶段3.3.1yj-400型运架一体机简介2000年在秦沈客运专线24m箱梁架设施工过程中，参建的中铁五局、中铁十五局等施工单位引进意大利尼古拉公司（Nicola）YJ-550型运架一体机，这属于导梁式运架一体机，由运架梁机和下导梁机组成，如图3所示。运架梁机由主梁、前后轮胎式走行轮组、发动机、液压卷扬机、提梁横扁担、司机室、制动系统、平衡系统、方向定位系统等组成；下导梁机由下导梁、架梁台车、支腿（前/后支腿、主支腿）等组成3.3.2yj-550嵌入式支撑机的技术标准引进尼古拉公司的YJ-550型运架一体机主要技术参数见表13.3.3运架梁机制作（1）运架梁机吊运下导梁机至桥头。（2）下导梁机的主支腿、后支腿等安装就位，下导梁前移呈架梁状态。（3）运架梁机返回，到梁场取梁，运梁至待架位。（4）运架梁机前走行轮组驶到下导梁机的架梁台车上。（5）运架梁机沿下导梁前行就位。（6）下导梁前伸至下一墩位，腾出落梁位置。（7）落梁就位、安装支座。（8）运架梁机退出下导梁，返回梁场取梁，进行下一循环。3.3.4架梁多工序设备配置的特点由于第一阶段为引进应用阶段，引进的YJ-550型运架一体机的主要技术特点（1）实现提梁、运梁、架梁等作业功能于一体，改变了我国架梁作业提梁、运梁、架梁多工序设备配置的传统模式，是架梁设备的创新。（2）底抽式架梁，构思新颖，设计独特。（3）为保证箱梁在提、运、架过程中不会受扭力，运架梁机吊点采用三点一面控制吊梁。（4）改变铁路传统轨道运行方式，采用轮胎式走行，从而不铺设钢轨，直接在路基走行运梁。（5）遥控操作、PLC控制，取梁、落梁及就位方便。（6）电液一体，相互控制，所有动作全由液压完成。（7）自动检测故障、自动监视、自动报警。（8）运架梁机携带下导梁机自行转换工点，转场方便。3.4yj900型运架一体机单主梁从2009年开始，国内企业就对运架一体式架桥机展开了研制应用。先是借用引进的尼古拉公司YJ-550型运架一体机理念及施工经验，开发出下导梁式运架一体机，如北京万桥兴业机械有限公司研制了WE-SC900H型运架一体机（单主梁），中铁工程机械研究设计院有限公司研制了YJ900型运架一体机（单主梁），秦皇岛天业通联重工股份有限公司研制了TTYJ900型运架一体机（双主梁）；这种下导梁式运架一体机与运架分体式架桥机比，其断面尺寸小且能不解体通过隧道，在早期深受施工单位青睐。由于导梁式运架一体机在原理上属于运梁车与架桥机的“积木式”集成，其施工效率较低，为此，石家庄铁道大学国防交通研究所研发了一种新型运架一体机，取消了下导梁，最早应用于公路架梁，后来推广至高铁；为了区别于下导梁式运架一体机将其命名为流动式架桥机，型号为SLJ900/32；后又进行了改进，取消辅助支腿，增加了中支腿，如郑州新大方重工科技有限公司生产的DYJ900型运架一体机。几种高铁900t级运架一体机主要技术参数见表2。3.4.1双主梁及下导梁TTYJ900型运架一体机该一体机有以下创新点：（1）采用双主梁结构，稳定安全。（2）下导梁机的纵移台车，其驱动轮正反转，能使下导梁前进、后退，方便下导梁机的过孔与返回。（3）支腿为杯座型，受力合理。（4）吊梁天车为上行式，居两主梁之间。3.4.2yj-sc900h型运架一体机WE-SC900H型运架一体机如图5所示，也属于导梁式运架一体机，其架梁流程也与YJ-550型运架一体机架梁流程相似。WE-SC900H型运架一体机主要创新点：（1）可折叠导梁变位平台创新设计；（2）利用升降机构调整变位平台的高度位置，实现变工况架设；（3）实时远程监控技术等3.4.3车落梁后调整机关结构设计（1）设备组成SLJ900/32型流动式架桥机如图6所示，属于无导梁式运架一体机，由主梁、主支腿、辅助支腿、前车走行系统、后车走行系统、起升系统、液压系统、动力系统、电气控制系统等部分组成（2）架梁流程由于是创新机型，其架梁流程如下：①架桥机运梁至桥头（见图7（a）)。②主支腿支撑（见图7（b）)。③整机走行（重载第一次过孔），辅助支腿支撑（见图7（c）)。④前天车落梁至桥面，主支腿收起走行至下一墩位就位（见图7（d）)。⑤辅助支腿收起，整机向前走行（重载第二次过孔，见图7（e）)。⑥后车及主支腿驱动整机向前走行到位（见图7（f）)。⑦前后天车落梁就位，吊具收回（见图7（g）)。⑧旋转收起主支腿，返回梁场（见图7（h）)。（3）创新点该一体机有以下创新点：①在构造上，取消下导梁，这是最大的创新。②过孔方式创新，以后车、主支腿为支点的两次重载过孔。③铰接三角形主支腿的创新设计，重载过孔时，不需锚固而自稳。④通过在后车横梁与主梁连接处设置球铰连接，来实现四点接触、三点平衡体系的设计，也是一大创新，解决了四点接触支撑所造成的受力不均问题⑤无需其他辅助工具，依靠自身独自架梁作业，减小了抽拉导梁工序，其架梁模式也是创新，这节约时间，提高了工效。3.4.4流动式架桥机（1）一体机组成DYJ900型运架一体机（2）架梁流程其架梁流程与SLJ900/32型流动式架桥机架梁流程相似，只是没有第④条的“前天车落梁至桥面”这工序，并将第③、第⑤条中的“辅助支腿”变为“中支腿”即可。（3）创新点相对于SLJ900/32型流动式架桥机，取消辅助支腿，增加中支腿，是该一体机的创新点。这使得在主支腿过孔时，不需要将待架混凝土箱梁放在已架梁上，减少了已架箱梁受扭几率，精简了施工流程，提高了工效，节约了成本。3.5第三阶段：40m1000吨级途架管理系统世界博览会阶段为系统掌握高速铁路40m简支梁建造成套技术3.5.1主要部分组成昆仑号架桥机属于无导梁式架桥机，由主梁、前车、后车、中支腿、主支腿、起吊系统、液压系统、动力系统、电气液压控制系统以及监控系统等部分组成，如图9所示。3.5.2昆仑桥机技术昆仑号架桥机主要技术参数如表3所示。3.5.3第一次喂梁体系转换（1）从梁场提吊简支梁运至架梁工位。（2）前车顶升，安装主支腿至桥墩。（3）前车悬挂收起，完成体系转换，架桥机由后车和主支腿支撑（见图10（a）)。（4）由后车推送，使前车越过主支腿（第一次喂梁）（见图10（b）)。（5）中支腿就位，临时落梁（见图10（c）)。（6）中支腿顶升，主支腿倒运至下一桥墩上。（7）安装主支腿，中支腿收缩，完成体系转换。进行第二次喂梁（见图10（d）)。（8）喂梁结束，精确对位，准备落梁（见图10（e）)。（9）落梁结束，架桥机准备回撤（见图10（f）)。（10）架桥机回撤到位，主支腿回收，准备返回梁场去运梁（见图10（g）)。3.5.4运架一体机主梁与后车连接（1）新材料的应用主要受力金属构件采用新研制的GT785D高强钢，屈服强度达685MPa，这是在高速铁路架桥装备设计制造中首次使用该型号钢材(2)提出了可变位主支腿折叠结构主支腿如图11所示，是一种免除墩顶锚固构造的倒三角空间结构，通过托辊轮、反抓轮、水平导向轮，其可以沿主梁自行来回移动；通过油缸伸缩折叠来满足不同支点高度与运梁工况要求；底部横垫梁与支腿下横梁间设有转动机构来满足曲线架梁要求。(3)子母套免维护大推力关节轴承的研制原有的运架一体机主梁与后车连接大都采用球铰结构，这种球铰结构往往存在加工精度低、转动不够灵活、易磨损和锈蚀、需经常维护等缺点。新研制的昆仑号架桥机主梁与后车系统连接采用低高度、高强度、子母套、大推力关节轴承结构，其整体结构高度比球铰显著降低，采用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，承载力、寿命及使用功能都有一定的增强和提高，具体如图12所示(4)架桥机信息化系统研制昆仑号架桥机信息化系统如图13所示，这填补了高速铁路简支箱梁运架过程中信息化技术应用的空白，可实时掌握箱梁运架信息及架桥机的施工状态，达到箱梁运架精细化管理的同时，实现运架设备状态的全寿命周期管理4m运架一体机在中国高铁中的应用前景分析我国高速铁路简支箱梁运架一体机，从引进到自主创新，从无到有，再到世界领先，经历3个阶段，技术性能上了3个台阶。通过对运架一体机发展各阶段分析，有以下结论与体会：（1）第一阶段通过引进尼古拉公司的YJ-550型运架一体机在秦沈客运专线的使用，了解该机是导梁式运架一体机，是通过“底抽导梁”过孔方式来架梁的工作原理，并了解各组成构件、结构功能及该一体机的优缺点，为自主创新打下了良好基础。如果说该阶段上了一个台阶，那也是针对当时国内铁路最大吨位架桥机为160t左右，最大只能架32m单线T梁，且还不是运架一体机；引进的运架一体机，集提、运、架功能于一体，最大能架550t双线24m箱梁；从梁型、吨位、功能上，是一大进步，上了一个台阶。（2）第二阶段通过第一阶段打下的基础，结合国内32m标准简支箱梁大规模工程应用，先是借鉴YJ-550型运架一体机理念，研发出900t/32m导梁式运架一体机；后大胆创新，取消下导梁，研发出900t/32m梁无导梁式运架一体机。因此，该阶段从梁跨、吨位及设计创新上，又上了一个台阶。（3）第三阶段是随着大跨度40m标准简支箱梁的研发应用，对照32m箱梁，架设吨位从900t级增加到1000t级，跨度从32m增加到40m,梁高也增加200mm，研发的1000t