千分之三十大坡道架梁方案的探討

陳登彥

（中鐵三局線橋工程分公司，河北 廊坊 065201）

為了滿足大西客運專線千分之三十大坡道架設箱梁的需要，根據相關要求科學合理分析架橋機在各種工況下的受力條件，經分析找出最不利工況如下：

（1）在千分之三十上坡時架橋機后腿驅動力檢算；

（2）在千分之三十下坡時架橋機后腿制動力檢算；

（3）在千分之三十下坡時架橋機為保持大臂水平，前支腿需要加高，必須對前支腿進行穩定性檢算；

（4）運梁車移梁小車在千分之三十坡道上驅動力和制動力檢算。

1 架橋機計算部分

1.1 千分之三十上坡時架橋機后支腿驅動計算

已知：過孔時后支腿反力380 t；車輪半徑0.4 m；大小齒輪傳動比2.48；原減速機輸出扭矩5 640 N·m；備選減速機輸出扭矩8 490 N·m

后支腿臺車運行阻力：

摩擦阻力Fm=Q×ω=380×0.015=5.7 t

坡道阻力Fp=Q×i=380×3%=11.4 t（坡度3%）

車輪水平側向力

式中：μ：鋼與鋼之間無潤滑摩擦因數0.15

運行總阻力Fj＝5.7+11.4+0.71＝17.81 t

原減速器驅動力 F驅=4×5 640×2.48÷0.4=139 872=14 t＜Fj=17.81 t

故原減速器不能滿足使用要求。

備選減速器為XLED4-8205B-473，其輸出轉矩為8 490 N·m，減速器驅動力F驅=4×8 490×2.48÷0.4=210 552=21.05 t＞=17.81t，可臺車行走速度 V0=1420÷473÷2.48×3.14×0.8=3.04m/min

電機凈功率Pj=（Fj×V0）/（1 000×η×m）=（17.81×104×3÷60）/（1 000×0.9×4）=2.47 kW

初選：P=k×Pj=1.2×2.47=2.96 kW＜4 kW，可備選減速機可滿足使用，型號為XLEDC4-8205B-473（天減）。

1.2 千分之三十下坡時架橋機制動驗算

已知：配套電機制動力矩30 N·m；i=473

式中：m′：制動器個數；m：電機個數；n：電動機額定轉速；J：制動電機定子轉動慣量；TZ：制動時間。

1.3 千分之三十下坡時架橋機前支腿穩定性

3%下坡時前支腿需增高，

已知:增高后計算長度l=11m；A=35 136mm2；I1=1744242112 mm4；I2=1 742 385 152 mm4

2 運梁車計算部分

移梁小車總體結構見圖1。

移梁小車主要由小車車架、小車懸掛及動力裝置組成。（說明：移梁小車通過鏈輪鏈條驅動鋼輪在運梁車主梁軌道上運行。)

移梁小車動力裝置主要由鏈輪鏈條及電機減速機組成，見圖2。

2.1 驅動力計算

已知條件：移梁小車自重：G=8 755 kg

圖1 移梁小車總體結構圖

圖2 移梁小車動力裝置組成圖

載重量：Q=450 000 kg

運行速度：0-6 m/min（空載），0-3 m/min（重載），變頻調速

爬坡度：i=3%

運行阻力計算：

小車在直線軌道上穩定運行的靜阻力Fj由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和風阻力Fw三項組成，即：Fj=Fm+Fp+Fw

（1）摩擦阻力計算

計算公式：Fm=（Q+G）×ω

其中：ω：摩擦阻力系數，ω=0.015

則：Fm=（Q+G）×ω=（450000+8755）×10×0.015=68813.25N

（2）坡道阻力計算

計算公式：Fp=（Q+G）×sinα

其中：α：坡度角，當坡度很小時，在計算中可用軌道坡度i直接代替sinα。

即：Fp=（Q+G）×i

則：Fp=（Q+G）×i=（450 000+8 755）×10×0.03=137 626.5 N

（3）坡道阻力計算

因小車運行速度較低，此處忽略風阻力的影響，認為FW=0

Ⅳ.總運行阻力計算

小車的總運行阻力為：

Fj=Fm+Fp+Fw=68 813.25+137 626.5+0=206 439.75 N

2.2 電機減速機選擇計算

2.2.1 電動機的選擇

（1）電動機的靜功率計算：

式中：Fj：小車運行靜阻力，Fj=206 439.75 N

ν0：初選運行速度，ν0=3m/min=0.05m/s，取重載運行速度

η：機構傳動效率，η=0.9

m：電動機個數，m=2

（2）初選電動機：

計算公式：P=Kd×Pj

式中：Kd：考慮到電動機起動時慣性影響的功率增大系數，Kd=1.3

則：P=Kd×Pj=1.3×5.73=7.45 kW

初選電動機功率7.5 kW，4極電機額定轉速1 440 rpmin，額定轉矩49.6 Nm。

2.2.2 減速機的選擇

計算減速機的傳動比，計算公式為：

式中：i0：計算傳動比

n：電動機額定轉速，n=1 440 rpmin

D：鏈輪直徑，D=285.4 mm

ν0：初選運行速度，ν0=0.1 m/s，取空載運行速度

選取通力減速機，對照樣本，確定減速機型號如下：

型號：TP3N-AH-9-200-B500-70（通力）

功率：7.5 kW

減速比：210.6

減速機輸出扭矩：22 000 N.m

兩臺減速機可提供的最大驅動力：

式中：0.1427：單位m，鏈輪半徑

2：電機減速機數量

結論：減速機滿足條件。

2.2.3 驗算電動機轉矩

根據所選減速機減速比，計算所需電動機的轉矩為：

Fj×（D/2）/2=206 439.75×（0.285 4/2）/2/210.6=69.94 N.m，即電動機的額定扭矩無法滿足爬3%坡度要求。

結論：采用11 kW電動機，4極電機額定轉速1 440 rpmin，額定轉矩72.2 Nm。因電機功率增加，減速機也應與電機配套，故動力系統中電機、減速機全部更換。

2.3 制動力矩

因采用變頻器控制小車的行走和驅動，電機采用變頻制動電機，由電機自帶制動器進行制動，其提供的制動力矩大于驅動力矩，即制動力矩完全滿足要求。

3 結論

經過計算，架橋機前支腿接長后穩定性滿足要求，后支腿經過改造后滿足要求，運梁車移梁小車經過改造后滿足要求，方案可行。