千分之三十大坡道架梁方案的探讨

陈登彦

（中铁三局线桥工程分公司，河北 廊坊 065201）

为了满足大西客运专线千分之三十大坡道架设箱梁的需要，根据相关要求科学合理分析架桥机在各种工况下的受力条件，经分析找出最不利工况如下：

（1）在千分之三十上坡时架桥机后腿驱动力检算；

（2）在千分之三十下坡时架桥机后腿制动力检算；

（3）在千分之三十下坡时架桥机为保持大臂水平，前支腿需要加高，必须对前支腿进行稳定性检算；

（4）运梁车移梁小车在千分之三十坡道上驱动力和制动力检算。

1 架桥机计算部分

1.1 千分之三十上坡时架桥机后支腿驱动计算

已知：过孔时后支腿反力380 t；车轮半径0.4 m；大小齿轮传动比2.48；原减速机输出扭矩5 640 N·m；备选减速机输出扭矩8 490 N·m

后支腿台车运行阻力：

摩擦阻力Fm=Q×ω=380×0.015=5.7 t

坡道阻力Fp=Q×i=380×3%=11.4 t（坡度3%）

车轮水平侧向力

式中：μ：钢与钢之间无润滑摩擦因数0.15

运行总阻力Fj＝5.7+11.4+0.71＝17.81 t

原减速器驱动力 F驱=4×5 640×2.48÷0.4=139 872=14 t＜Fj=17.81 t

故原减速器不能满足使用要求。

备选减速器为XLED4-8205B-473，其输出转矩为8 490 N·m，减速器驱动力F驱=4×8 490×2.48÷0.4=210 552=21.05 t＞=17.81t，可台车行走速度 V0=1420÷473÷2.48×3.14×0.8=3.04m/min

电机净功率Pj=（Fj×V0）/（1 000×η×m）=（17.81×104×3÷60）/（1 000×0.9×4）=2.47 kW

初选：P=k×Pj=1.2×2.47=2.96 kW＜4 kW，可备选减速机可满足使用，型号为XLEDC4-8205B-473（天减）。

1.2 千分之三十下坡时架桥机制动验算

已知：配套电机制动力矩30 N·m；i=473

式中：m′：制动器个数；m：电机个数；n：电动机额定转速；J：制动电机定子转动惯量；TZ：制动时间。

1.3 千分之三十下坡时架桥机前支腿稳定性

3%下坡时前支腿需增高，

已知:增高后计算长度l=11m；A=35 136mm2；I1=1744242112 mm4；I2=1 742 385 152 mm4

2 运梁车计算部分

移梁小车总体结构见图1。

移梁小车主要由小车车架、小车悬挂及动力装置组成。（说明：移梁小车通过链轮链条驱动钢轮在运梁车主梁轨道上运行。)

移梁小车动力装置主要由链轮链条及电机减速机组成，见图2。

2.1 驱动力计算

已知条件：移梁小车自重：G=8 755 kg

图1 移梁小车总体结构图

图2 移梁小车动力装置组成图

载重量：Q=450 000 kg

运行速度：0-6 m/min（空载），0-3 m/min（重载），变频调速

爬坡度：i=3%

运行阻力计算：

小车在直线轨道上稳定运行的静阻力Fj由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和风阻力Fw三项组成，即：Fj=Fm+Fp+Fw

（1）摩擦阻力计算

计算公式：Fm=（Q+G）×ω

其中：ω：摩擦阻力系数，ω=0.015

则：Fm=（Q+G）×ω=（450000+8755）×10×0.015=68813.25N

（2）坡道阻力计算

计算公式：Fp=（Q+G）×sinα

其中：α：坡度角，当坡度很小时，在计算中可用轨道坡度i直接代替sinα。

即：Fp=（Q+G）×i

则：Fp=（Q+G）×i=（450 000+8 755）×10×0.03=137 626.5 N

（3）坡道阻力计算

因小车运行速度较低，此处忽略风阻力的影响，认为FW=0

Ⅳ.总运行阻力计算

小车的总运行阻力为：

Fj=Fm+Fp+Fw=68 813.25+137 626.5+0=206 439.75 N

2.2 电机减速机选择计算

2.2.1 电动机的选择

（1）电动机的静功率计算：

式中：Fj：小车运行静阻力，Fj=206 439.75 N

ν0：初选运行速度，ν0=3m/min=0.05m/s，取重载运行速度

η：机构传动效率，η=0.9

m：电动机个数，m=2

（2）初选电动机：

计算公式：P=Kd×Pj

式中：Kd：考虑到电动机起动时惯性影响的功率增大系数，Kd=1.3

则：P=Kd×Pj=1.3×5.73=7.45 kW

初选电动机功率7.5 kW，4极电机额定转速1 440 rpmin，额定转矩49.6 Nm。

2.2.2 减速机的选择

计算减速机的传动比，计算公式为：

式中：i0：计算传动比

n：电动机额定转速，n=1 440 rpmin

D：链轮直径，D=285.4 mm

ν0：初选运行速度，ν0=0.1 m/s，取空载运行速度

选取通力减速机，对照样本，确定减速机型号如下：

型号：TP3N-AH-9-200-B500-70（通力）

功率：7.5 kW

减速比：210.6

减速机输出扭矩：22 000 N.m

两台减速机可提供的最大驱动力：

式中：0.1427：单位m，链轮半径

2：电机减速机数量

结论：减速机满足条件。

2.2.3 验算电动机转矩

根据所选减速机减速比，计算所需电动机的转矩为：

Fj×（D/2）/2=206 439.75×（0.285 4/2）/2/210.6=69.94 N.m，即电动机的额定扭矩无法满足爬3%坡度要求。

结论：采用11 kW电动机，4极电机额定转速1 440 rpmin，额定转矩72.2 Nm。因电机功率增加，减速机也应与电机配套，故动力系统中电机、减速机全部更换。

2.3 制动力矩

因采用变频器控制小车的行走和驱动，电机采用变频制动电机，由电机自带制动器进行制动，其提供的制动力矩大于驱动力矩，即制动力矩完全满足要求。

3 结论

经过计算，架桥机前支腿接长后稳定性满足要求，后支腿经过改造后满足要求，运梁车移梁小车经过改造后满足要求，方案可行。