輪胎式提梁機在中小跨度預制橋梁中的應用研究

摘要：輪胎式提梁機不需要設置行走軌道，機動靈活，操作簡單，施工高效，可一次性實現縱行、斜行與橫行，90°轉向所需時間僅為輪軌式提梁機的1/5，在中小跨度預制箱梁的吊裝中應用廣泛。針對中小跨度雙線簡支預制箱梁的吊裝問題，設計了一種900t級輪胎式提梁機，并對液壓驅動系統穩定性進行了分析。結果表明：若要保證液壓驅動系統所受液壓沖擊最小，啟動階段更加平穩，需將驅動速度控制在5s以上;現場試驗中，提梁機最大行駛速度為19.5m/min，滿足設計要求。

關鍵詞：輪胎式提梁機;預制箱梁;液壓驅動系統;液壓沖擊

0" "引言

我國大多數高速鐵路線路均采用預制梁橋形式，除跨越江河、既有鐵路線路或者公路外需采用大跨度預制橋梁外，其余部分一般都是采用中小跨度（20m、24m、32m）的預制橋梁。在混凝土預制梁的生產和吊裝過程中，需要用到提梁機這一大型特種設備，因此開展提梁機的研究對于高速鐵路建設起著至關重要的作用[1-5]。本文針對中小跨度雙線簡支預制箱梁的生產和吊裝問題，設計了一種900t級輪胎式提梁機，并對液壓驅動系統穩定性進行了分析。

1" "提梁機系統組成及性能要求

提梁機屬于重型工程機械，質量和結構尺寸大，軸線多，行駛速度緩慢，動力分布分散，多采用液壓控制技術。常用900t級提梁機結構復雜，一般由液壓轉向系統、動力系統、液壓驅動系統、行走系統、液壓懸掛系統、輔助支撐系統、天車液壓系統、液壓卷揚系統、控制系統等組成。與輪軌式提梁機相比，輪胎式提梁機不需要設置行走軌道，機動靈活，操作簡單，施工高效，可一次性實現縱行、斜行與橫行，90°轉向所需時間僅為輪軌式提梁機的1/5，在中小跨度預制箱梁的吊裝中應用廣泛。本文僅對輪胎式提梁機進行分析。

根據高速鐵路常見的20m、24m和32m雙線簡支預制箱梁的體積和質量，同時按照預制梁場對不同型號預制箱梁澆筑、養護、搬運和存梁等各方面的施工要求，確定中小跨度預制箱梁提梁機的相關性能參數如表1所示。

2" "液壓驅動系統設計

2.1" "液壓驅動系統結構

液壓驅動系統是提梁機最為重要的控制系統，驅動系統性能的好壞直接決定了提梁機的操作可靠性、安全性與穩定性。900t級提梁機要求在空載工況下行駛速度為0～35m/min，滿載工況下的行駛速度為0～17m/min，在重載工況下必須具備微機動性能，因此對其低速行駛工況下的穩定性具有較高要求。根據提梁機的工作特點，選用閉式液壓傳動系統作為提梁機的液壓驅動系統，如圖1所示。

該液壓驅動系統主要由油箱、發動機、1個變量泵、8個變量馬達、補油泵、冷卻器、助力泵以及回油過濾器組成。閉式液壓傳動系統通過調節變量泵或者本亮馬達的排量，來調節馬達轉速和扭矩，使提梁機的負載壓力穩定連續變化，具有控制靈活、過載保護能力強、功率密度高、布局簡單明了等特點。變量泵個變量馬達均采用電液比例控制，分別通過三位四通比例閥和二位三通比例閥來控制排量，從而實現提梁機正反向以及速度的無級調整。

提梁機液壓驅動系統的工作原理為：當啟動提梁機時，液壓泵排量為0，馬達排量調至最大，處于零速大扭矩的制動狀態。當提梁機啟動后，根據負載情況逐漸調整液壓泵的排量，使液壓泵排量增大至最大。當液壓泵排量達到最大值后，再將變量馬達的排量逐漸減小。在變量泵調節排量過程中，變量馬達的排量不變，此時提梁機處于恒扭矩工況。當變量馬達調節排量時，變量泵的排量維持不變，此時提梁機處于恒功率工作狀態，最終達到變量泵-變量馬達的容積調速目的。

2.2" "液壓驅動系統選型

假設提梁機在行駛過程中所受到的地面摩擦系數為0.025，提梁機設計最大爬坡能力為1.5%，啟動最大加速度為0.15m/s²，則可根據提梁機主要性能參數和地面摩擦系數，計算得到重載平地阻力、空載平地阻力、重載坡度阻力、空載坡度阻力、重載加速度阻力以及空載加速度阻力分別為325850N、105350N、195510N、63210N、199500N和64500N。并可得到提梁機的空載平地牽引力、重載平地牽引力、空載坡度牽引力、重載坡度牽引力、空載平地加速牽引力和重載平地加速牽引力分別為105350N、325850N、168560N、521360N、169850N和525350N。

通過運行阻力和牽引力計算結果，再根據提梁機對運行速度的要求，最終決定采用8×2的驅動馬達安裝方式，即兩邊對稱安裝8個驅動馬達。馬達型號選用A6VE80型，其額定排量和公稱壓力分別為80mL/r和40MPa。變量泵選用A4VG250型，其額定排量和公稱壓力分別為250mL/r和40MPa。減速器選用GFT60T3型，減速比和最大輸出扭矩分別為105.5和60000N·m。

2.3" "最佳啟動速度

提梁機啟動過程中，其行駛速度隨著液壓泵排量增大而逐漸增大。啟動速度越大，馬達所要克服的負載扭矩也就越大，液壓系統所受的液壓沖擊也越大，因此提梁機的啟動速度不宜過快。對啟動時間分別為1s、3s和5s三種不同啟動速度下的提梁機車速響應和壓力響應進行仿真分析，結果見圖2。

從圖2中可以看到：當液壓泵排量達到最大時，提梁機滿載工況下的行駛速度為19m/min，滿足設計時對平地滿載工況17m/min的速度要求。當啟動速度為1s時，液壓系統所受的最大沖擊力為28MPa;當啟動速度為3s時，液壓系統所受的最大沖擊力為27MPa;當啟動速度為5s時，液壓系統所受的最大沖擊力為26MPa;當啟動速度為1s和3s時，壓力過渡區波動較大;而當啟動速度為5s時，壓力響應曲線能夠較為平緩地過渡到最大值。綜上，建議提梁機的啟動時間不早于5s。

3" "現場試驗

3.1" "壓力響應

提梁機共包括對稱的兩臺行走臺車，為驗證本提梁機液壓系統的性能，在某高速鐵路32m預制梁場進行現場試驗。提梁機的啟動時間為5s，試驗時分別對兩邊臺車的速度和壓力進行讀取，試驗每隔15d進行一次，共進行3次試驗，試驗過程中的典型壓力響應曲線結果見圖3。

從圖3中可知：車1和車2的壓力在第1s時才開始增加，這主要是因為實際操作過程中，液壓系統存在一個反應時間差，因而與模擬情況有所區別。當時間為第5s時，車1和車2的壓力達到穩定值26MPa。啟動過程中壓力有輕微波動，從整體上來講，實際壓力曲線與模擬曲線基本接近，啟動過程壓力過渡平緩，安全可靠。

3.2" "車速響應

試驗得到的不同試驗組提梁機啟動后的瞬時速度和100m平均速度情況見圖4。從圖4中可知：在啟動之后，車1的瞬時速度分別為0.312m/s、0.3m/s和0.29m/s，車2的瞬時速度為0.32m/s、0.306m/s和0.302m/s，最大和最小瞬時速度分別為0.32m/s和0.29m/s，對應的車速為19.2m/min

和17.4m/min。對于整機而言，提梁機3次試驗100m的平均速度分別為0.325m/s、0.291m/s和0.3m/s，最大和最小平均速度分別為0.325m/s和0.291m/s，對應的車速為19.5m/min和17.5m/min。

從上文分析可知，提梁機在滿載工況下的行駛最大車速為19m/min，而設計要求的行駛速度為17m/min，由此可見，試驗行車速度與仿真曲線基本吻合，同時也滿足設計要求。

4" "結語

在混凝土預制梁的生產和吊裝過程中，需要用到提梁機這一大型特種設備，因此開展提梁機的研究對于高速鐵路建設起著至關重要的作用。輪胎式提梁機不需要設置行走軌道，機動靈活，操作簡單，施工高效，可一次性實現縱行、斜行與橫行，90°轉向所需時間僅為輪軌式提梁機的1/5，在中小跨度預制箱梁的吊裝中應用廣泛。

本文針對高速鐵路建設中中小跨度預制梁的吊裝問題，確定了900t級輪胎式提梁機的性能參數要求，并著重對提梁機液壓驅動系統進行了選型設計。通過仿真模擬分析，得出提梁機的最佳啟動速度應控制在5s以上。此時液壓系統所受的液壓沖擊最小，提梁機起步更為平穩可靠。通過現場試驗，驗證了提梁機在滿載工況下的最大行駛速度可達19.5m/min，滿足設計要求。

參考文獻

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