高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机起吊系统设计

陆 慧 杨建福

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

随着全国高速铁路网的发展和不断完善，架桥机这一“神器”成为了不可或缺的力量。根据铁路行业发展的规划特别是客运专线的建设以及旅客对节约旅行时间的要求，提高行车时速已经势在必行，鉴于此，大跨径大吨位的高铁箱梁将越来越多，特别是40 m箱梁将得到广泛的应用。其不仅能减少列车与桥梁的共振，使运行更加平稳高速，同时可减少高铁建设占地与建设成本。这对架桥机提出了更高的要求，尤其是负责吊装作业的起吊系统。

目前国内外市场上架桥机的起吊系统，通常吊装箱梁最大长度为32 m，最大吨位在900 t左右，均无法完全满足现有施工要求。此时，设计出一种既能满足吊重达1 000 t级，也能满足吊装箱梁长度达40 m的起吊系统结构形式迫在眉睫。

本文依托昆仑号架桥机（见图1）的主体结构，设计了本起吊系统，用于配合该架桥机完成更加复杂的施工作业。为我国高铁建设再添大国重器［1］。昆仑号架桥机技术参数如表1所示。

表1 昆仑号架桥机主要技术性能参数

图1 昆仑号架桥机

2 设计难点与解决方案

2.1 设计难点

（1）根据功能需要，每个吊点滑轮组倍率采用28，但主支腿过孔时挂轮与吊具干涉，就要考虑调整主支腿挂轮尺寸，其缺点是电机功率减小无法驱动行走。

（2）为保证结构的强度和稳定性，吊具中动滑轮架设计为三面围焊结构，敞口面安装吊梁。但当整个吊具组装完成之后，如需调整吊轴组的高度或者后期维修，只能对吊具进行重新拆装。这样既增大了工作难度，同时降低了工作效率［2-4］。

（3）钢丝绳固定器、平衡滑轮系统、纵移油缸支撑系统均在主梁内部设置横梁增加其强度。通常为考虑横梁在主梁内的安装空间，横梁设计之初就保证其可在主梁安装位置作360°旋转，并在后期组装间隙处设置垫板。但由于平衡滑轮系统与纵移油缸支撑系统位于主梁变截面位置，而且主梁内部加劲肋较密集，造成横梁安装空间受限，无法正常组拼。

（4）前吊点纵移油缸耳座焊接于主梁内部的纵移油缸支撑梁两侧靠近端部，保证支撑梁中部因受弯产生的位移最小。纵移油缸与支撑梁连接之后，虽然可以正常就位于规定位置，但移动空间极其狭小，油缸移位非常困难，而且安装难度大，极易与主梁腹板上加劲肋发生干涉［5］。

2.2 解决方案

（1）每个吊点滑轮组倍率采用24，相应可缩减吊具尺寸，避免与主支腿干涉，虽使动滑轮架支撑板下部结构间隙增大，但不影响其均衡受力，摆轴所受剪力依然满足要求。而且修改周期短，更加安全合理。

（2）对于稳定的框架结构，通常不会考虑破坏其完整性，鉴于此，在动滑轮架侧板开观察孔，其开孔位置保证可对吊轴组进行微调，并同时最大范围地观察其异动，以便随时做出调整。

（3）变截面位置横梁设置的方法：

①对于加劲肋不密集的主梁节段，横梁长度以变截面处最短距离作为旋转的最大空间设计。

②对于加劲肋密集的主梁节段，采取先安装横梁，再组拼主梁节段的方法。

（4）纵移油缸支撑梁顶推位置设置在其中段部位，加强支撑梁支撑位置强度，保证安全的情况下，可使施工空间增大、操作方便，无须改造主梁腹板结构，便可更好地控制组装工期。

3 起吊系统结构设计

起吊系统由前起重小车和后起重小车两部分结构组成。两部分结构均包括横移机构（包括滑移横梁和横移油缸）、纵行机构、起升机构（包括钢丝绳固定器、平衡滑轮系统、定滑轮组和吊具）和辅助机构（纵移油缸支撑梁、钢丝绳固定端内撑梁和钢丝绳托架三部分结构）四大机构。

3.1 横移机构

为适应不同尺寸梁片的吊装，以及曲线架梁时方便梁段位置的调整，起吊系统滑移横梁顶部对称设置两套液压缸机构，分别驱动左右两侧定滑轮组沿着滑道同步横移。横移机构包括滑移横梁和横移油缸两部分结构［6-8］。前后起重小车均有设置。

3.1.1 滑移横梁

滑移横梁是起吊系统的主支撑构件，滑移横梁包含两个矩形纵梁，与顶部两个定滑轮呼应设计，方便均匀受力。支撑在主梁开孔处下翼缘滑板上，保证滑移横梁沿着主梁做纵向移动，同时设置限位结构，最大程度地保证了横梁与主梁滑道始终接触，并避免了纵移时其侧翻的可能。由于主梁空间的限制，前后起重小车不同点在于耳座的布置，滑移横梁构造如图2所示。

图2 滑移横梁

3.1.2 横移油缸

横移油缸可通过推动定滑轮组调整吊点进而达到对整个起吊系统横向的调节，由滑移横梁中部对称布置，单侧均成对设置，行程为±200 mm。两支油缸保证推拉同速，同步顶推定滑轮组沿指定滑道横移［9］。

3.2 纵行机构

前后起重小车的纵移油缸相同，但安装方式由于主梁结构设计的考虑而不同。纵行机构如图3所示。

图3 纵移油缸

3.3 起升机构

起升机构主要起连接和升降的作用。两个起重小车各有两个吊点，主梁前侧为单独卷绕形式，后侧即平衡卷绕形式，达到四点起吊三点平衡的原理，促使一体机在吊装作业时箱梁均衡受载，平稳起落，起升机构包括定滑轮组、平衡滑轮系统、钢丝绳固定器、吊具四部分结构［10］。

3.3.1 定滑轮组

（1）每个吊点配置两个定滑轮组，分别安装于滑移横梁的两侧端部。注意滑轮放于滑轮架上后，在滑轮边缘安装5根护绳轴，避免钢丝绳发生跳绳现象。如果忘记安装护绳轴或将钢丝绳穿于护绳轴外均会给施工造成极大的安全隐患。

（2）为避免定滑轮组在横移的过程中，发生偏斜，脱开滑道，在滑道两侧设置反抓板，保证定滑轮组与滑移横梁滑道始终接触，将偏斜侧向力控制到最小。通过油缸比例阀实现推拉同速［11］。

3.3.2 平衡滑轮系统

平衡滑轮系统（包括两个滑轮）与后起重小车连接；为后吊点除卷扬机外的另一侧钢丝绳固定端；于主梁腹板上开穿绳孔洞，经钢丝绳卷绕后构成两侧均衡受力的一个吊点。需要注意梁段起吊时，遵循先起升、后降落的原则。滑轮轴采用传感器轴，准确迅速地检测起吊时钢丝绳拉力的大小和变化，据此来达到安全起吊的效果。平衡滑轮系统如图4所示。

图4 平衡滑轮系统

3.3.3 钢丝绳固定器

作用同平衡滑轮系统相似，由纵移油缸内撑梁、传感器轴等组成。钢丝绳先与前起重小车吊点连接，后达钢丝绳固定端座，将钢丝绳跑头固定在其上。传感器轴的作用与平衡滑轮组的相同，最终也是达到安全起吊的效果。固定端座构造如图5所示。

图5 固定端座

3.3.4 吊具

吊具中动滑轮组与吊梁为主要构件。吊梁可在动滑轮架内摆轴，适应因坡道架梁使吊轴组与梁段之间产生的角度，同时避免吊杆因受剪影响其使用寿命（吊杆安全系数为4），使得吊装作业也更加安全可靠。在吊装施工中，钢丝绳承受提升、牵引、拉紧和承载之力。为了满足工作可靠等特点，本设计选用韩国DSR Compacted 6×WS（36）＋ IWRC-32-1960-右交面接触钢丝绳，钢丝绳实际安全系数n＝5.6。吊具构造如图6所示。

图6 平衡滑轮组

3.4 辅助机构

为了满足主构件的功能及安全等需求，设置辅助机构保证整个结构稳定可靠。辅助机构包括纵移油缸支撑梁、钢丝绳固定端内撑梁和钢丝绳托架三部分结构。

4 设计创新

（1）本设计吊装吨位为1 000 t。

国内外其他架桥机起吊系统的吊装能力一般不超900 t，如：应用于秦沈客专线路的JQ900A架桥机，应用于合宁客运专线襄滁河特大桥JQ900A型步履式架桥机，应用于沪昆线、京福线等线路的JQDS900型架桥机，应用于郑徐线、皖赣等线的JQSS900架桥机起吊系统的吊装能力均为900 t。

（2）后吊点设计为跨距较大的可移动式。

不仅可吊装40 m梁片，而且满足24 m、32 m标准和24～40 m之间的非标双线整孔箱梁的吊装。即使是应用较广泛的SLJ900/32流动式架桥机也无法达到如此通用，此设计充分赋予昆仑号架桥机全能选手的称号［12］。

（3）本设计纵移距离采用＋450～-200 mm。

这样可以最大限度地调整梁段纵向的位置，尤其是昆仑号架桥机进入喂梁工况时，为避免梁段与主支腿发生碰撞，停止整机前行，通过起吊系统纵移微调梁片使其就位。进而保证精准落梁。例如国内先进的SLJ900/32流动式架桥机起吊系统的纵移距离是±200 mm，说明本设计在同类设备中更具优势。

（4）后吊点平衡滑轮组位于昆仑号架桥机主梁变截面处，依然可保证出入绳角度不大于2°。采用以考虑主梁结构设计安全为主的前提下，布置钢丝绳平衡卷绕的位置。在主梁内部布置相应横梁增加其强度。本设计不仅保证了整机的安全性，还使自身结构更具巧妙性。

5 结束语

通过对设计创新点的剖析，表明本设计优于现阶段的架桥机的起吊系统，理论计算验证了本起吊系统能够满足昆仑号架桥机的施工要求，并且适应箱梁最大长度由32 m延伸到40 m，吨位从900 t提升至1 000 t，系统解决特殊工况下桥梁架设和供电协调性等问题，使得应用更加广泛。多处节点采用栓接的方式，增大了拆除的便捷性，部分结构采用中空的设计，使后期维修更加容易，同时可降低组装难度。福厦铁路实践表明，昆仑号架桥机的起吊系统具有操作方便、控制精度高等特点。