具有自動化活動配重系統的新型高鐵下行式移動模架的總體設計研究

陳程廣，張樂親

(武漢通聯路橋機械技術有限公司，武漢 430050)

1 概述

新型高鐵下行式移動模架是在原高鐵下行式移動模架的基礎之上，通過對其原有的設計不足之處進行創新和優化而成的新一代移動模架。原有的支腿自動化順序倒運方式，后門架車輪在梁面上的走行方式，梳形梁帶動模板向兩側打開而鋼箱梁固定不動的開模方式和主框架兩跨式布局等均保持不變。

1.1 原高鐵下行式移動模架的不足之處

原高鐵下行式移動模架的設計不足之處，主要體現在以下兩點。

(1)模架的2榀鋼箱梁間通過4對拉壓桿柔性的聯接在一起。每對拉壓桿均可以產生1對力偶，用以抵抗由于主框架大重心的變化而產生的偏轉力矩，保證2榀主框架的橫向穩定性［1］。但是，這樣的設計，在移動模架縱移過孔的過程中，每道活動門均要開合1次，增加了模架過孔的工序，而且，活動門在受力狀態下開合，其開合操作也相對困難。

(2)對于原模架的開模方式來說，梳形梁帶動外模板的開合過程中，由于其小重心的不斷變化，其開合過程中平穩性較差。具體表現在開合模動作完成后，梳形梁及模板總會產生一個偏轉角。這樣，模架在左右兩側的梳形梁合模對接時，變得相對困難。

1.2 新型高鐵下行式移動模架的創新點

針對原高鐵下行式移動模架的不足之處，新型高鐵下行式移動模架作了如下的創新和優化。

(1)將前門架、中門架及后門架都設計成馬鞍式剛性橫聯，使2榀主框架在橫向剛性地聯接成為一個整體;用剛性橫聯來增強2榀主框架的橫向穩定性［2］。進而取消原來2榀鋼箱梁間的4道柔性橫聯，使模架在開模之后，整機可直接縱移過孔到位，不需要再去開合4道活動橫聯，減少了模架的過孔工序。

馬鞍式剛性橫聯的設計，不但要考慮其強度，而且更應當考慮到剛度［3］;因為剛度小了，會引起鋼箱梁的扭轉。從而使其受力不均。當然，剛度太大，會浪費材料，整機質量增加。它的設計只需要按相應的規范進行即可，此處不再贅述。

(2)在開模系統中引入了自動化活動配重系統。

活動配重首先保證了梳形梁及模板在開合過程中小重心的橫向平穩性;使其在整個開合過程中始終保持水平，不產生任何偏轉角度。這樣在合模時，使左右兩側的梳形梁易于對接;而且還可以使模板在合模后，不用再重新調整。

活動配重同時也保證了主框架大重心始終位于鋼箱梁2條縱移軌道之內，使主框架的橫向穩定性有了保障。也只有這樣，在開模之后，主框架只須在這3個馬鞍式剛性橫聯的聯接下，直接縱移過孔。

綜上所述，自動化活動配重系統和馬鞍式剛性橫聯這兩項設計相輔相成，共同使該新型移動模架在使用性能上有了一個質的提升。

1.3 新型高鐵下行式移動模架總圖(圖1)

圖1 新型高鐵下行式移動模架總圖(單位:mm)

2 自動化活動配重系統的設計分析

自動化活動配重系統是本新機型設計的一個難點，將重點介紹其設計理論及其方法。

2.1 自動化活動配重設計的難點

(1)如何使活動配重的動力來自于梳形梁開合的油缸［4］，若單獨再給每個活動配重增加動力，則成本會大大增加。因此動力來自于梳形梁開合油缸是必須的。

(2)如何使梳形梁開合的同時，活動配重向其相反的方向移動，而且兩者的移動距離始終保持一定的比例。

2.2 活動配重的工作原理

在每條梳形梁下方的鋼箱梁內固定1個直徑大小不同的雙卷筒，卷筒直徑的比例，可決定梳形梁走行的距離與配重相對于梳形梁走行的距離之比［5］。

第1根鋼絲繩的一端纏繞在小卷筒上，另一端固定在梳形梁上;第2根鋼絲繩一端纏繞在大卷筒上，另一端固定在配重箱上。

當梳形梁移動時會帶動第1根鋼絲繩，而該鋼絲繩又會帶動小卷筒回轉，小卷筒回轉則會帶動大卷筒回轉，大卷筒回轉則會卷繞第2根鋼絲繩，從而帶動配重箱向梳形梁相反的方向移動。

為了使梳形梁在開合模2個方向上都能使配重箱配合動作，只需要在大小卷筒上再各增加1根鋼絲繩即可。

另外，為了使鋼絲繩能夠張緊，在連接配重箱及梳形梁的鋼絲繩端均配有鎖具螺旋扣;為了減小配重箱的摩擦力，配重箱設計有滾輪。

工作原理如圖2所示。

圖2 配重系統的工作原理(單位:mm)

2.3 活動配重的設計計算

2.3.1 大小卷筒名義直徑比

開模距離為3 800 mm，配重箱相對于梳形梁走行距離為6 200 mm。

則大小卷筒名義直徑比，即 D∶d=(3 800+6 200)∶3 800=2.63［6］

2.3.2 鋼絲繩的選擇

通過梳形梁、模板系統、鋼箱梁等部件的重心計算，單個活動配重的質量為1.5 t就可以滿足上述要求。

取摩擦系數ω=0.1(考慮到各種不利因素)［7］

則大卷筒上鋼絲繩拉力 F=1.5×10 000×0.1=1 500 N［8］

因為大小卷筒的扭矩相同，則

式中 F——大卷筒的鋼絲繩拉力;

R——大卷筒的名義半徑;

f——小卷筒的鋼絲繩拉力;

r——小卷筒的名義半徑。

再考慮到鋼絲繩張力，故適當選用直徑大一點的鋼絲繩［10］。

綜上則鋼絲繩的選用為:小卷筒鋼絲繩選用φ10 mm;而大卷筒鋼絲繩則選用φ8 mm。

2.3.3 雙卷筒的直徑選擇

綜上則大小卷筒實際直徑最終選擇為:大卷筒直徑選擇為330 mm;小卷筒直徑選擇為118.5 mm。再通過鋼絲繩的長度來定雙卷筒容繩量。

3 使用效果

該新型高鐵移動模架先后用于京石客運專線及南廣客運專線施工(圖3)。效果非常理想。得到了客戶的好評。圖4為雙卷筒的鋼絲繩排繩情況。排繩情況及其配重行走過程均與設計理念相一致。

圖3 新型模架在施工

圖4 雙卷筒的排繩情況

4 結語

本新型移動模架，具有更加合理的結構形式和更加高效的使用性能，兩者的優化組合，使其具有更加廣闊的市場前景。同時，這種模架的創新設計，也為以后移動模架的發展，提供了一個新的設計思路。

［1］國家標準化委員會.GB 3811—2008 起重機設計規范［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［2］王金諾，于蘭峰.起重運輸機金屬結構［M］.北京:中國鐵道出版社，2002

［3］劉鴻文.材料力學［M］.4版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 3766—2001 液壓系統通用技術條件［S］.

［5］鄭文緯，吳克堅.機械原理［M］.7版.北京:高等教育出版社，2000.

［6］哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學［M］.4版.北京:高等教育出版社，1995.

［7］張質文.起重機設計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［8］王三民.機械設計計算手冊［M］.北京:化學工業出版社，2009.

［9］成大先.機械設計手冊［M］.4版.北京:化學工業出版社，2001.

［10］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 8918—2006 重要用途鋼絲繩［S］.