TLC1 000 t 級凹體型運輸車研制＊

劉培勇，張 楊，杜寶鳳，馮 旭，王金祥

（秦皇島天業通聯重工科技有限公司，河北 秦皇島 066000；河北省重型裝備技術創新中心，河北 秦皇島 066000）

截至2020年底，中國高速鐵路運營里程達到近40 000 km，橋梁的比例占比約50%～60%，甚至高達80%，這其中大部分是32 m/900 t級別的混凝土箱梁。目前，高速鐵路發展比較集中在丘陵、軟土、西南山系較為復雜的地區，混凝土箱梁的跨度加大成為必然趨勢，從2016年開始，中國就開始進行1 000 t/40 m級別的大跨度簡支梁關鍵技術研究，在降低橋梁修建成本的同時也節約了國家的土地資源。

該1 000 t級運輸設備可把1 000 t/40 m混凝土預制箱梁從預制場地運至架梁工位，配合架橋機完成箱梁架設作業；可馱運1 000 t/40 m架橋機進行橋間短距離轉場作業；可馱運預混凝土箱梁及架橋機通過雙線隧道及隧道口喂梁。

1 TLC1 000 t凹體型運輸車主要結構

運輸車主要包括主梁結構、車輪組總成、轉向機構、馱載機構、發動機系統、液壓系統和電氣系統等零部件，TLC1 000 t運輸車三維模型如圖1所示。

圖1 TLC1 000 t運輸車三維模型

整機關鍵性能參數如下：額定裝載質量為1 000 t，軸線/懸掛為31/62，驅動軸/從動軸數量為9/22，空載車速為10 km/h、滿載車速為5 km/h，縱坡爬坡能力為4%、橫坡爬坡能力為4%，輪胎規格/數量為355/65R18/248，發動機TCD2015V08功率為500 kW，平臺升降行程為±220 mm，轉向角度為±25°，環境溫度為﹣20～50℃，車輛自身質量為460 t。

1.1 主梁結構

主梁結構由兩側邊縱梁、中間縱梁、八道橫梁組成，形成三縱八橫的網格狀槽型式結構。

車架形式均為箱型梁結構，兩側邊縱梁材質為Q355，中間縱梁及八道橫梁材質為Q550，其承載結構具有很高的強度和剛度，經過三維仿真分析其剛度變形控制在90 mm以內；兩側邊縱梁和中間縱梁均分成5段，各分段采用高強度螺栓連接；同樣，橫梁和縱梁均設置法蘭采用螺栓連接，各段結構分解后的最小單元滿足公路、鐵路運輸限界要求。

1.2 車輪組總成

車輪組主要分為驅動懸架結構和從動懸架結構，是主要的承載部件，由回轉軸承、懸掛體、懸掛油缸、驅動單元或者從動單元、輪胎等元件構成。

驅動懸架結構主要是由液壓馬達+減速機形成驅動組件，為運輸車提供走行的動力；從動懸架結構主要是承載車橋隨動走行單元，部分車橋裝有制動元件，可以滿足運輸車輛制動性能的要求。

懸架結構采用鉸接形式，通過機械軸的擺動適應橫披的變化；懸掛油缸串聯后可以起到減振緩沖的作用，可適應縱向坡度的變化；通過設置液壓系統，可單個車輛上下調節或者多個輪組同時調節。懸掛油缸分組串聯的另外一個作用是保證每個懸掛車輛的承載基本相同，當運輸車行駛在縱向或者橫向不規則路面時，油缸的行程會根據路面高低進行自動伸縮補償，實現運輸車水平狀態的行走，提高運輸設備的通過性能。

液壓懸掛的串聯分組，可避免混凝土預制箱梁在運輸過程中受扭，通過液壓懸掛分組串聯，形成3個或4個理論支承點，組成一個穩定的三點受力體系，運輸車和混凝土箱梁均為對稱結構，裝載時只要保證其幾何中心與運輸車中心保持基本一致，混凝土箱梁便不會產生軸向扭矩，保證運輸的安全性能。

當運輸車配合架橋機進行喂梁時，運輸車便會由三點或四點支承體系轉換為多點超靜定支承體系，受力支點縮小或增加結構的穩定性，同時也降低了縱向鋼結構的彎矩和剛度；同時由于是在靜止狀態下從靜定結構轉換成超靜定結構，箱混凝土箱梁對運輸車的支反力并沒發生變化，因此仍能保持箱梁的受力狀態。

1.3 轉向機構

本車采用獨立+連桿分組轉向模式，每組由4～6個懸架組成，共分成12組，按照輪組位置和轉向角度關系進行差分計算，設計各個連桿角度及連接點，由液壓油缸推動連桿完成轉向動作。

轉向系統角度由駕駛員在司機室中操縱方向盤進行控制，方向盤下端連接角度傳感器，轉向指令信號進入控制程序中，上層PLC按照轉向機構設定的運行模式進行解析計算，得出各個輪組實時轉角，下層控制器按照轉角指令控制液壓比例閥組，以推動轉向油缸伸縮，實現轉向機構的轉向功能。同時，轉向機構的角度傳感器可以進行實時角度信號反饋，與控制器發出的轉角指令進行對比和PID控制，形成閉環控制系統，此轉向模式精度可最小為0.5°。根據轉向機構布置和轉角模式控制，可實現多種轉向模式，如直線、八字、半八字及小角度斜行等。

1.4 馱載機構

馱載機構設置了前后2套馱梁系統，前部機構為循環拖鏈系統，馱載小車可在0～8 m范圍內前后移動；后部馱載小車可在0～40 m范圍內移動，以滿足混凝土箱梁配合架橋機的喂梁作業。

馱載小車均由車架、重物移位器及動力裝置組成。小車車架主要由1件橫梁、2件縱梁組成，橫梁直接承載混凝土箱梁的質量，縱梁安裝重物移位器。每馱載小車均配有4個重物移位器，由電機減速機驅動鏈條，鏈條的末端帶動馱載小車沿鋪設在運輸車中間縱梁上的鋼軌滾動，馱載小車的移動速度與架橋機小車速度一致，可以進行同步聯動作業。

運輸車運梁到架橋機后端停穩后，前后頂升油缸同時頂起混凝土梁。馱載小車進入混凝土梁下部支撐位置，收回頂升油缸，將混凝土梁落到小車上。運梁車支撐油缸支撐到位，馱梁小車配合架橋機進行喂梁作業。

1.5 發動機及液壓系統

TLC1 000 t運輸車配備2臺500 kW道依茨發動機，發動機后端連接分動箱，各自帶2臺動驅動閉式油泵和1臺轉向開式油泵，并聯后形成液壓動力系統。液壓系統由閉式系統和開式系統組成，閉式系統主要是行走系統，開式系統由轉向、懸掛、支腿、冷卻、制動等工作系統組成。

在行走閉式系統中，液壓泵的進油管和行走執行元件（液壓馬達）的回油管直接相連，工作液壓油在系統的管路中進行封閉循環，形成由電液比例閥控制的閉式油路。執行元件的變速和換向調節均可通過調節液壓泵或者液壓馬達的變量機構實現，具有傳動緊湊、平穩可靠等優點。液壓開式系統采用恒功率+負荷傳感控制技術，外負荷的變化可通過系統壓力元件感知并反饋到液壓系統，根據外負載的需求可自動調節變量泵的輸出流量和工作壓力，使各個子系統總保持在需求和輸出的最佳匹配狀態。

液壓系統所選元件具有很強的替換性能，泵站、閥組布置合理，維修拆洗簡單方便，在液壓泵站的上方安裝壓力表，可以方便觀察系統壓力。

1.6 電氣控制系統

電氣控制系統是基于智能化的CAN-BUS（Control Area Network控制器局域網）總線控制系統。控制系統主要由多個控制器、編碼器及多個信號感知元件等組成，2個顯示器分別位于主、副駕駛室，控制器、顯示器和編碼器采用總線形式連接。

控制器選用進口品牌工程機械專業產品，使運輸車具有操作靈活、轉向反應快速、系統穩定可靠的優點。該控制器防護級別達到IP67級，非常適合在大范圍溫度變化、強烈電磁干擾、激烈震動、鹽霧侵蝕等惡劣條件下工作，該控制器可以集邏輯編程、比例放大、模擬量輸入輸出等多功能于一體，其高性能的控制可以為特種運輸設備帶來更方便、更可靠的使用體驗。

顯示屏為彩色圖形文本混合顯示器，它用CAN-BUS接口與控制器通過CAN總線相連，可以使用屏幕上的功能鍵進行翻屏，顯示電控系統、液壓系統等的實時參數，并可對相應動作進行現場操作等。

2 1 000 t凹體型運輸車的技術特點

整車繼續沿用凹體型截面設計，承載主梁為三縱八橫梁格柵式結構。整機的液壓傳動系統可實現設備行走驅動、載荷支撐、行走轉向、懸架起升和下降等作業動作，控制系統具有失速保護和調速功能，能保證施工作業對象姿態正確及準確對位作業對象，可保證運輸車和架橋機裝備協同作業，通過對液壓系統液壓泵、液壓馬達、液壓缸、液壓控制閥及散熱系統等液壓元件的選型與匹配，提高液壓系統的可靠性[1]。

電氣系統基于穩定的策略控制電氣與液壓驅動系統，通過調速、連鎖、互鎖、失速保護等功能，避免設備出現誤動作，減少各系統啟制動時的沖擊，解決設備協同作業同步問題，準確對位作業對象。

開發“架運提”的安全監測與故障診斷系統，通過檢測結構應力、部件姿態與位置、運行速度、風速、磨損、振動等指標參數，實時監測“架運提”的工作狀態，及時對裝備的安全狀態作出正確評判，通過對監測信號的分析，對故障及隱患進行診斷與預判，為“架運提”裝備的維修和維護提供依據，避免“架運提”裝備帶病作業，引發重大安全事故。同時采用無線傳輸技術、云平臺技術實時傳送監測數據到施工管理部門、技術部門以及生產單位的監測系統，以利于對“架運提”的施工管理。

3 1 000 t凹體型運輸車的安全性研究

TLC1 000 t運輸車屬于大型運輸裝備，其安全性能至關重要，也是衡量運輸車輛重要性能的關鍵技術，主要體現在硬件和軟件方面，具體如下。

運輸車配置了安全有效的制動系統，包括行車制動、駐車制動與緊急制動3種制動模式，該系統除了能夠提供足夠的制動力外還對制動減速度進行了控制。行車制動主要通過液壓系統實現，由于液壓油的不可壓縮性能，當司機緩慢抬起腳踏板時，液壓泵的排量隨之減少，馬達轉速降低，在液壓阻尼的作用下，運輸車緩慢降速實現制動；駐車用行星減速機的多片式常閉制動器進行制動，當液壓系統壓力到達2～33.5 MPa時，制動腔的液壓力會克服彈簧力使疊片分開，制動隨之解除；緊急制動采用氣制動模式，緊急情況下，司機踩下緊急制動踏板，制動輪系統快速減速實現緊急制動。

運輸車安裝了防撞和定位系統。為了精確測量前面架橋機的距離，在運輸車的主梁前端配備了激光測距儀，運輸車距離架橋機10 m范圍內，司機室內會報警提示運輸車減速行駛，緩慢行至300 mm時停車。此控制模式可以實現提前減速和制動控制，從而避免運輸車和架橋機發生碰撞，增加了設備作業的安全性能。

配備了胎壓監測系統，利用壓力傳感器實時檢測輪胎的充氣氣壓，防止輪胎氣壓偏低或突然漏氣，借助壓力信號，將信息傳送到控制系統的中央接收器中，系統對壓力數據進行對比分析，出現異常給予報警提醒，駕駛員可以根據報警信息快速鎖定故障輪胎位置，停車檢查輪胎或者進行維修更換[2-3]。

液壓驅動系統采用牽引力分配及超速保護控制，對所有的驅動馬達進行并聯方式連接，并輔以數字差速方式使各驅動單元輸出的牽引力基本接近，并能有效地進行防打滑控制。每個驅動輪胎裝1個變量的液壓馬達，通過輪邊減速器對輪胎進行驅動，馬達內置轉速傳感器，轉速信號可以進入控制器。當液壓馬達的排量相等時，其輸出的扭矩也相等，所以各輪牽引力相等。當某個車輪因附著力不夠或者陷入泥濘坑洼時，輪胎發生打滑而高速轉動，液壓馬達的瞬間轉速會大大超過設定的平均轉速，此時比例閥會自動減小此馬達流量并加大其排量，車輪轉速立即降低，直至到達其容許轉速。

懸掛升降管路設計中采用雙防爆安全閥對管道防爆進行保護，當升降的管路爆裂或油缸出現故障時，防爆閥可迅速關閉故障的油路及其支路，懸掛油缸可以繼續起到載荷支撐的作用，從而避免車輛因局部下降導致其他危險的發生。

運輸車配備了視頻監控系統，駕駛室觸摸屏與PLC系統相連，可監視車輛運行過程中各種參數變化，為操作者快速提供信息及報警故障文字信息。同時，駕駛室內設置有蜂鳴及聲光報警裝置，當檢測系統檢測出操作故障后故障報警系統會自動啟動。操作人員在司機室內可以清楚地看到運輸車四周情況，以便于駕駛員人員執行各種動作，提高行駛的安全性，降低駕駛人員的工作強度[4]。

運輸車上多處設置急停開關和限位開關，運輸車四角和司機室內都設置了急停開關，當遇到突發情況時拍下急停開關，運輸車可以快速停止運動，保護操作人員及設備安全；運輸車上設聚氨酯緩沖器和行走限位開關，馱梁臺車行走到喂梁位置時自動停止。

4 結束語

TLC1 000 t運輸車于2021年4月在昌景黃項目施工現場開始組裝并完成調試，試驗應用結果證明該設備完全能夠滿足目前1 000 t/40 m混凝土箱梁的運輸及配合架橋機作業工況。目前該設備已經架梁70余片，施工作業過程可靠、穩定，施工單位給予了高度評價。該設備的成功研制推動了中國高端橋梁施工裝備技術的快速發展，具有較大的市場潛力。