低速重載軌道小車鏈拖拉設(shè)備的研究與設(shè)計

張玉敏

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

在一些實際生產(chǎn)過程中，低速、重載軌道小距離轉(zhuǎn)運是較為常見的一種運輸工況。鐵路橋梁作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其良好的工作狀態(tài)是保證鐵路安全運行的最基本條件。隨著我國鐵路營運時間的增加，許多長時間服役的重載鐵路橋梁已經(jīng)產(chǎn)生了多種不同程度的病害，梁體病害發(fā)展到一定程度，需對梁體進行更換。線上換梁是一種快速又極為有效的換梁方式，但是橋梁施工地大多在一些山川丘陵地區(qū)，橋隧相連，施工過程中需要線上運梁車將橋梁運輸至施工地段。運輸過程中，由于橋梁的體積問題及鐵路運輸限界要求，運梁車在運輸過程中需要解決運梁過隧問題。如果將梁體直接放在運梁車上可以滿足鐵路運輸?shù)南藿缫螅沁\梁車到位后橋梁的小距離轉(zhuǎn)運就會變得極為困難，還需其他大型起重機械輔助進行。鑒于此，可以在運梁車上配置馱梁軌道小車，將梁體放置在馱梁軌道小車進行運輸，運輸?shù)轿缓笸ㄟ^移動馱梁軌道小車實現(xiàn)梁體的小距離轉(zhuǎn)運。采取這種方式運輸對馱梁軌道小車的尺寸、動力系統(tǒng)有了極高的要求，為了在其特殊的工作環(huán)境中實現(xiàn)橋梁的小距離轉(zhuǎn)運工作，可以選擇多從動輪鏈傳動鏈條拖拉的方式來實現(xiàn)。

1 鏈傳動的特點

鏈傳動的主要特點是工作可靠，整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，并能夠在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。鏈條傳動兼有齒輪傳動和帶傳動的特點，且與齒輪傳動相比，鏈傳動成本更底，質(zhì)量更輕便，與帶傳動相比鏈條不需要張得很緊，且傳動效率很高,一般傳動，約為0.94~0.96。對于用循環(huán)壓力供油潤滑的高精度傳動，約為0.98。在多軸傳動裝置中，鏈傳動是理想的傳動型式之一，它不僅可以避免笨重的結(jié)構(gòu)，保持規(guī)定的傳動比，還能適應(yīng)較長距離的傳動要求，常應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運輸業(yè)等領(lǐng)域。

2 低速重載軌道小車鏈拖拉設(shè)備設(shè)計詳情

2.1 主要設(shè)計要求

換梁工況下要求運梁車上的兩臺軌道馱梁小車馱載橋梁在≤30‰的坡度軌道正向反向運行50m，每臺軌道馱梁小車載重(含自重)：185T，車速：0.5m/min，車身高：0.3m，車身長：1.38m。車身寬：3.8m。

2.2 設(shè)計方案研究分析

根據(jù)現(xiàn)場工況條件和軌道小車參數(shù)要求，如果將動力設(shè)備安置在馱梁軌道小車上，可以采用電動機配減速器的方式實現(xiàn)小車運轉(zhuǎn)，此方式可以提供精確的傳動比，確保小車運行的速度精度，工作可靠，效率高，但是，因為小車的車速很小，所用的減速機尺寸必然會很大，難以滿足車體尺寸要求；如果將小車的動力設(shè)備與小車分離，將動力設(shè)備安置在運梁車前后兩端，可以采用卷揚機牽引或鏈傳動鏈條拖拉的形式來實現(xiàn)小車運轉(zhuǎn)，此方式相對于齒輪傳動，傳動精度要求較低，工作可靠，能適應(yīng)低速重載的工況，但是使用卷揚機牽引，需用到鋼絲繩，鋼絲繩彈性較大，如果出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，對施工人員的安全會造成嚴重威脅。綜合考慮馱梁軌道小車車體尺寸和載重之間的矛盾，最終選擇將動力設(shè)備安置在運梁車前端，采用鏈傳動鏈條拖拉的形式來實現(xiàn)小車運轉(zhuǎn)。

采用將軌道馱梁小車前后兩端固定在鏈條上的拖拉方式，通過鏈輪運轉(zhuǎn)，利用鏈條的拉力將軌道小車拖動，具體實施方案如圖1所示。每臺運梁車配備4臺鏈輪箱，作為運梁車上軌道馱梁小車的拖拉系統(tǒng)，靠近運梁車前端的兩組鏈輪箱鏈條與1號馱梁小車相連（圖中小車未畫出），后兩組鏈輪箱鏈條與2號馱梁小車相連（圖中小車未畫出），兩組鏈輪箱同步運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)兩臺軌道馱梁小車的同步運動。

圖1 低速重載軌道小車鏈拖拉設(shè)備

具體鏈輪方案如圖2所示，主要由鏈輪箱體、鏈條、減速器、液壓馬達等結(jié)構(gòu)組成，液壓馬達與減速器相連，減速器通過軸與鏈輪箱中的鏈輪相連，鏈輪箱再通過螺栓與運梁車相連。考慮到馱梁軌道小車要正反向兩個方向做直線運用，可以采用主動鏈輪的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，在主動輪兩側(cè)加裝兩個從動輪，以保證在主動輪正反轉(zhuǎn)時保證鏈條的張緊狀態(tài)。

圖2 鏈輪箱

2.3 設(shè)計步驟

2.3.1 馱梁軌道小車牽引力計算

兩臺馱梁軌道小車一起運輸橋梁在運梁車車架軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力Fj由摩擦阻力Fm，坡度阻力Fp和風(fēng)阻力Fw三項組成。

（1）摩擦阻力Fm

式中：

Q—額定載重量（N）；

G—馱梁軌道小車運動部分的自重載荷（N）；

μ—摩擦系數(shù)，μ取值0.08；

代入得：

（2）坡度阻力Fp

式中：α為坡度角，當(dāng)坡度很小時，在計算中可用軌道坡度i代替sinα，i＝0.03，代入得：

（3）風(fēng)阻力Fw

工作狀態(tài)計算公式：

式中：

C—風(fēng)力系數(shù)，取1.1；

kh—風(fēng)力高度變化系數(shù)，取1.25；

PI—正常工作狀態(tài)計算風(fēng)壓（N/m2），取150N/m2；

A—橋面板迎風(fēng)面積，A=100m2；

代入得：

（4）靜阻力Fj

2.3.2 馱梁軌道小車鏈傳動設(shè)計

（1）電動機的靜功率

式中：

Pj—電動機靜功率（kw）；

Fj—靜阻力（N）；

v—運行速度，最大運行速度5m/min；

η—機械傳動效率，取90%；

m—電動機個數(shù)，m=4；

代入得：

（2）單臺電動機的實際所需功率

式中：

P—單臺電機的實際所需功率（kw）；

Kd—為電機安全系數(shù)，取1.3；

代入得：

故選用4臺功率為15kw的電機或液壓馬達，功率可滿足要求！

（3）減速機扭矩計算

單個減速機工作時，鏈條的牽引力F為：104871.25N，取安全系數(shù)為2，單根鏈條需要最小工作拉力F’為：209742.5N；牽引鏈條選用短節(jié)距傳動用精密滾子鏈（GB/T 1243-1997），24A雙排鏈條抗拉載荷Fmax為：249100N，滿足使用要求。

選取驅(qū)動鏈輪的齒數(shù)為23，則鏈輪的參數(shù)為：

鏈輪節(jié)距P：38.1mm；

鏈輪齒數(shù)Z：23；

鏈輪節(jié)圓直徑D：279.804mm；

每單根鏈條由1個驅(qū)動鏈輪驅(qū)動，每個鏈輪的驅(qū)動力距為：

液壓馬達選用丹佛斯OMS80擺線液壓馬達，最大轉(zhuǎn)速810r/min，最大扭矩240NM，最大輸出功率15.5kw；驅(qū)動減速機選用P2KC09-162-B5-71型減速機，減速比為162，許用輸入功率為15.5kw，輸出扭矩22000NM，完全滿足工作要求。

3 低速重載軌道小車鏈拖拉設(shè)備的主要特征

（1）鏈拖拉設(shè)備在馱梁軌道小車尺寸受限的情況下，實現(xiàn)了小車的正常工作運轉(zhuǎn)。

（2）不受外界環(huán)境的影響，運梁車拖拉設(shè)備都能夠獨立很好的工作，安裝拆卸方便，成本底，維修簡單，易保養(yǎng)。

（3）鏈條和鏈輪的傳動方式同時結(jié)合了齒輪和帶傳動的優(yōu)點，一齒一扣，能保證橋梁小距離運輸所需精度，整個設(shè)備效率高，壽命長。

4 結(jié)語

根據(jù)鐵路橋梁運輸車上的馱梁軌道小車拖拉設(shè)備的設(shè)計要求，結(jié)合馱梁軌道小車的尺寸特點和其低速重載的屬性，對其拖拉設(shè)備進行了分析研究和設(shè)計，在滿足馱梁軌道小車尺寸要求的基礎(chǔ)上，采用多從動鏈傳動來實現(xiàn)馱梁軌道小車在相對惡劣環(huán)境、空間結(jié)構(gòu)受限的情況下低速重載的正常工作。經(jīng)過詳細的分析計算，得出了馱梁軌道小車鏈拖拉設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，并繪制了相關(guān)圖紙，為后期的研究和設(shè)計提供了技術(shù)保障。具體的應(yīng)用效果還需在后期的樣機試驗中驗證，有些細節(jié)還需在后期樣機試驗的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化改進。