900t輪胎式提梁機(jī)設(shè)備制造的結(jié)構(gòu)分析

1、<p>　　900t輪胎式提梁機(jī)設(shè)備制造的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　摘要：900t輪胎式提梁機(jī)是為高速鐵路施工而開(kāi)發(fā)的新機(jī)型。其主要功能是在預(yù)制梁場(chǎng)內(nèi)對(duì)混凝土箱梁進(jìn)行起吊、搬運(yùn)和配合運(yùn)梁車(chē)進(jìn)行裝車(chē)；其具有性能穩(wěn)定、高效、功能集成化高的特點(diǎn)。主要介紹900t輪胎式提梁機(jī)吊桿在吊運(yùn)過(guò)程中的主要受力情況以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:900t輪胎式提梁機(jī)；吊桿；行

2、走系統(tǒng) </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：U463.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　近年來(lái)我國(guó)正在進(jìn)行多條時(shí)速350km／h、250km／h客運(yùn)專(zhuān)線鐵路的建設(shè)，其中橋梁是客運(yùn)專(zhuān)線土建工程重要組成部分，具有比例大、高架橋、長(zhǎng)橋多的特點(diǎn)。橋梁的主要功能是為列車(chē)高速運(yùn)行提供具有平順性、穩(wěn)定

3、的橋上線路，并盡量減少其養(yǎng)護(hù)維修工作量，以確保行車(chē)安全和乘坐舒適。鐵路客運(yùn)專(zhuān)線預(yù)制場(chǎng)內(nèi)32、24、20m整孔雙線后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)箱梁)，根據(jù)箱梁本身特點(diǎn)，為了節(jié)約生產(chǎn)成本現(xiàn)在箱梁生產(chǎn)全部采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)箱梁。由于箱梁體積大，重量大，生產(chǎn)好的箱梁 </p><p>　　需要專(zhuān)用的移梁設(shè)備進(jìn)行遷移。900t輪胎式提梁機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)提梁機(jī))是為客運(yùn)專(zhuān)線箱梁施工而開(kāi)發(fā)的一種新型移梁、架梁專(zhuān)用設(shè)

4、備，其最大起吊、搬運(yùn)能力為900t。箱梁的起吊、搬運(yùn)是由吊桿的一端固定在箱梁的吊孔上，另一端固定在捉梁機(jī)的專(zhuān)用吊具上，吊具通過(guò)鋼絲繩經(jīng)過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)的卷?yè)P(yáng)，箱梁被提升起來(lái)，在箱梁的起吊、搬運(yùn)過(guò)程中穩(wěn)定性能的要求直接取決于吊桿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。對(duì)于吊桿結(jié)構(gòu)的受力分析，傳統(tǒng)分析方法只是采用靜態(tài)分析方法，加上一個(gè)安全系數(shù)進(jìn)行安全計(jì)算。吊桿在實(shí)際應(yīng)用中，采用吊運(yùn)100孔箱梁對(duì)吊桿進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格繼續(xù)使用，不合格進(jìn)行調(diào)整。采用有限元分析方法可以很好的模

5、擬實(shí)況進(jìn)行校核計(jì)算，并把這個(gè)方法應(yīng)用到工程中，可以減少吊桿的探傷次數(shù)，節(jié)約成本。 </p><p>　　1．900t輪胎式提梁機(jī) </p><p>　　1.1900t輪胎式提梁機(jī)是一種專(zhuān)門(mén)用于鐵路客運(yùn)專(zhuān)線預(yù)制梁廠梁體的調(diào)運(yùn)、移位、存放的設(shè)備，采用輪胎走行方式，機(jī)動(dòng)靈活。輪胎式提梁機(jī)的起重噸位大、移動(dòng)速度低、轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活且工作頻繁，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、液控系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、機(jī)架系統(tǒng)

6、、駕駛室及安全防護(hù)系統(tǒng)等組成。機(jī)架系統(tǒng)主要由主梁、橫梁及支腿構(gòu)成。整機(jī)采用機(jī)電液一體化微電控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)同步行走、同步卷?yè)P(yáng)及應(yīng)急制動(dòng)等功能。機(jī)架系統(tǒng)形成提梁機(jī)的主體框架多采用門(mén)式結(jié)構(gòu)，梁斷面采用箱形梁結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度。 </p><p>　　1.2 900t提梁機(jī)為全液壓控制，它的液壓控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、支腿系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、天車(chē)系統(tǒng)和卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)。提梁機(jī)的液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是閉式回路系統(tǒng)，其他的為

7、開(kāi)式回路系統(tǒng)，采用恒功率負(fù)荷傳感+電液比例控制。在開(kāi)式回路中，提梁機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用比例多路閥控制，可以實(shí)現(xiàn)高精度的同步轉(zhuǎn)向；懸掛的液壓系統(tǒng)不但采用比例控制技術(shù)，并且使用了單向節(jié)流閥和防爆閥的控制結(jié)構(gòu)，從而保護(hù)液壓系能夠安全可靠的工作。液壓卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)是采用比例技術(shù)、PLC和PID的綜合控制，使液壓馬達(dá)能夠同步工作；提梁機(jī)并設(shè)計(jì)了3種卷?yè)P(yáng)制動(dòng)保護(hù)，以保障卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)能正常工作。提梁機(jī)的整機(jī)重量過(guò)大將導(dǎo)致輪胎承受力較大，輪胎磨損嚴(yán)重，對(duì)行駛路面的要

8、求也較高。因此，提梁機(jī)的整機(jī)重量是評(píng)價(jià)提梁機(jī)的重要指標(biāo)。 </p><p>　　2．提梁機(jī)吊桿的分析 </p><p>　　2.1提梁機(jī)吊桿的工作原理 </p><p>　　箱梁在生產(chǎn)臺(tái)座上經(jīng)過(guò)澆筑、養(yǎng)護(hù)、拆模、初張拉后即可吊出生產(chǎn)臺(tái)座。在每一孔箱梁兩端，都有4個(gè)吊裝孔，在吊運(yùn)過(guò)程中，把8根吊桿插進(jìn)吊裝孔內(nèi)(如圖1所示)，調(diào)整同一高度，進(jìn)行試吊裝，檢驗(yàn)箱梁吊裝是否在

9、同一水平面上，發(fā)現(xiàn)不合格，立刻把箱梁放在臺(tái)座，對(duì)吊桿調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)檢查多合格后才能吊運(yùn)。 </p><p><b>　　圖1箱梁吊點(diǎn)圖 </b></p><p>　　2.2提梁機(jī)吊桿的結(jié)構(gòu) </p><p>　　箱梁在橫移時(shí)，只有箱梁兩端吊桿負(fù)重。其吊桿強(qiáng)度和剛度是否滿足要求是影響提梁機(jī)運(yùn)用性能的重要因素，因此也是評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的吊桿是否合格

10、的關(guān)鍵參數(shù)。提梁機(jī)吊桿在使用過(guò)程中，主要承受的載荷有：垂向載荷、縱向載荷、橫向載荷，其中垂向載荷由兩端8根吊桿共同承擔(dān)，橫向載荷、縱向載荷在不利工況下由8根吊桿的剪切變形來(lái)承擔(dān)。 </p><p>　　3．行走系統(tǒng)的構(gòu)成 </p><p>　　提梁機(jī)行走系統(tǒng)由行走框架、懸掛、驅(qū)動(dòng)橋、從動(dòng)橋、懸掛液壓缸、支腿液壓缸和輪胎等組成。行走框架是行走系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，懸掛及支腿液壓缸通過(guò)螺栓與其剛性聯(lián)

11、接，懸掛能在一定角度內(nèi)水平回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)提梁機(jī)轉(zhuǎn)向功能，支腿液壓缸用于轉(zhuǎn)向時(shí)支起提梁機(jī)減少轉(zhuǎn)向阻力。驅(qū)動(dòng)橋?qū)崿F(xiàn)行走驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)橋與從動(dòng)橋上裝配全鋼子午胎，驅(qū)動(dòng)橋與從動(dòng)橋通過(guò)銷(xiāo)軸裝于懸掛上，可在一定范圍內(nèi)上下擺動(dòng)。懸掛液壓缸通過(guò)銷(xiāo)軸與懸掛相連，活塞與驅(qū)動(dòng)橋和從動(dòng)橋通過(guò)銷(xiāo)軸聯(lián)接，懸掛液壓缸作用相當(dāng)于單作用缸，起到行走時(shí)減少路面沖擊的作用。 </p><p><b>　　3.1垂向載荷 </b><

12、;/p><p>　　垂向載荷為一個(gè)吊桿所承受的貨物質(zhì)量，大小為F=9.8Q/8式中，Q為箱梁質(zhì)量。橫移箱梁過(guò)程中，吊桿不但承受貨物的垂向靜載荷，而且承受垂向動(dòng)載荷的用。垂向動(dòng)載荷是由于路面不平、8根吊桿安裝的不同位以及輪組安裝等因素，引起箱梁振動(dòng)而產(chǎn)生的，其計(jì)算公式如下 Q=qQ／8 </p><p>　　式中，q為每噸貨物的垂直慣性力，q=4．54kN／t </p><p

13、><b>　　3.2縱向載荷 </b></p><p>　　吊桿在運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)及啟動(dòng)過(guò)程的沖擊，均會(huì)引起貨物的縱向慣性力大小為T(mén)=tQ／8式中，t為每噸貨物的縱向慣性力；移梁過(guò)程中采用柔性支撐進(jìn)行固定t=0．0012Q一0．32Q+29．85 </p><p>　　式中，Q為重車(chē)總重，當(dāng)Q>150t時(shí)，t=5．88kN／t縱向摩擦力F=9.8&m

14、icro;Q／8風(fēng)力W=qS／8 </p><p>　　式中，q為側(cè)向計(jì)算風(fēng)壓。受風(fēng)面為平面時(shí)，q=0.49kN/m；S為側(cè)向迎風(fēng)面的投影面積。 </p><p>　　為摩擦系數(shù)，取0．3。T=T―F±W 式中，T為縱向合力。 </p><p><b>　　3.3橫向載荷 </b></p><p>　　橫向載荷

15、包括提梁機(jī)在運(yùn)行時(shí)的搖頭振動(dòng)、側(cè)擺振動(dòng)、兩吊具不同步引起縱向載荷的部分分力。 </p><p>　　橫向載荷分為橫向慣性力N和摩擦力F兩部分。N=n Q／8 F=&micro;(9．8Q／8一Q) </p><p>　　式中，n為每噸貨物的橫向慣性力，n=2．82kN／t；Q為箱梁質(zhì)量；Q為貨物的垂直慣性力。F=N一F式中，F(xiàn)為橫向合力。 </p><p>

16、　　考慮到吊運(yùn)箱梁過(guò)程中，當(dāng)兩吊具不同步時(shí)，在橫向載荷中縱向載荷的分力比較小，可以不計(jì)。 </p><p>　　4.提梁機(jī)機(jī)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 </p><p>　　對(duì)提梁機(jī)機(jī)架系統(tǒng)強(qiáng)度分析時(shí)，可將輪組上的8個(gè)柔性輪胎懸掛支承簡(jiǎn)化為3個(gè)方向的變剛度彈簧的約束，建立提梁機(jī)的模型，對(duì)提梁機(jī)整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。其中主梁拱度為50mm，選用單元為Beam188(梁?jiǎn)卧?、Combin39(非線性

17、彈簧單元)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為323，單元數(shù)為208。根據(jù)實(shí)際提梁機(jī)各梁不同截面尺寸，共定義了9種梁?jiǎn)卧⑻崃簷C(jī)模型見(jiàn)圖2。 </p><p>　　圖2提梁機(jī)總體結(jié)構(gòu)分析的位移圖 </p><p>　　由圖2可見(jiàn)，機(jī)架系統(tǒng)的最大位移為107．8mm，發(fā)生在主梁對(duì)稱(chēng)中心處。采用3個(gè)方向的變剛度彈簧約束的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量基本相符，對(duì)于柔性過(guò)約束系統(tǒng)的分析具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。 </p>

18、;<p><b>　　5動(dòng)力系統(tǒng) </b></p><p>　　整個(gè)提梁機(jī)共有2臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。負(fù)責(zé)整車(chē)液壓系統(tǒng)動(dòng)力。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、行走泵、起升及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共用泵、其他泵組和油箱控制閥組和電池等組成動(dòng)力模塊，安裝在動(dòng)力倉(cāng)內(nèi)。另單配1臺(tái)輔助動(dòng)力艙，為整機(jī)提供輔助動(dòng)力和照明。 </p><p>　　900t輪胎式提梁機(jī)目前也是鐵路客運(yùn)專(zhuān)線預(yù)制梁場(chǎng)內(nèi)用于箱梁吊裝、轉(zhuǎn)

19、移和裝車(chē)施工較為普遍一種的施工設(shè)備。這類(lèi)提梁機(jī)不僅能滿足縱行、橫行兩種運(yùn)行方式，還可以斜行和小角度轉(zhuǎn)向，可以覆蓋梁場(chǎng)內(nèi)所有臺(tái)座．基本不受梁場(chǎng)制存梁臺(tái)座規(guī)劃限制，同時(shí)在梁場(chǎng)內(nèi)設(shè)置一條約32m寬的縱移通道，用來(lái)完成提梁機(jī)在不同跨臺(tái)座之間轉(zhuǎn)換和運(yùn)梁車(chē)的裝梁工作。 </p><p>　　該提梁機(jī)采用輪胎作為承載部件，利用輪胎彈性好的特點(diǎn)增大接地面積，很好地吸收沖擊和振動(dòng)，同時(shí)行走機(jī)構(gòu)采用液壓懸掛系統(tǒng)．懸掛升降行程滿足&#

20、177;15cm,自動(dòng)適應(yīng)路面的不平整度并實(shí)現(xiàn)載荷的均勻分配。 </p><p>　　該提梁機(jī)采用獨(dú)立轉(zhuǎn)向的方式，轉(zhuǎn)向角度為一100―950,可以實(shí)現(xiàn)縱向行走、橫向行走、斜行以及小角度轉(zhuǎn)向等多種功能。當(dāng)重載轉(zhuǎn)向時(shí)，先支起輔助支腿在檢測(cè)支腿壓力達(dá)到一定設(shè)計(jì)值后，使懸掛僅僅承擔(dān)自重引起的承載量，此時(shí)輪胎變形量小，縮小了接地面積減小了轉(zhuǎn)向阻力矩，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)向，滿載時(shí)原地能轉(zhuǎn)向900，而輕載時(shí)不用輔助支腿直接進(jìn)行轉(zhuǎn)向。該

21、提梁機(jī)的起吊高度和吊具行程均大于13m,滿足跨越制梁臺(tái)座的側(cè)模欄桿提梁出模．同時(shí)也滿足需雙層存梁的存梁要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1]王海．900t提梁機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程分院，2007. </p><p>　　[2]趙靜一，孫炳玉，李鵬飛．900t提梁機(jī)液壓行走系統(tǒng)