800t變幅式橋面起重機主要結構設計探析

梁輝，夏朝鵑，閔理，鄭奕

（中鐵九橋工程有限公司，江西 九江 332004）

1 概述

我國傳統(tǒng)鋼結構橋梁的結構形式一般為鋼桁梁或鋼箱梁，隨著我國橋梁事業(yè)的發(fā)展，各種不同結構形式的橋梁涌現(xiàn)而出，其中就有一種“箱桁組合梁”的形式，其結構特點是：箱梁設于梁段的底部（常作為鐵路橋面），桁架梁置于箱梁的上方，桁架上層平面作為公路橋面。對于這種新型橋梁結構，其安裝方法一般為：采用先進的制造工藝，將一個節(jié)段分成兩個吊段，即公路橋面作為一個吊段，而箱梁與桁架組合作為一個吊段。蕪湖長江公鐵大橋即采用此種結構形式及安裝方法。采用本安裝方法具有方便快捷的優(yōu)點，但要求與其配套的架梁起重機具有較大的起重能力，且具備大范圍變幅的功能。蕪湖長江公鐵大橋是商合杭鐵路的控制性工程，主橋為五跨布置的雙塔雙索面高低塔鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋，跨度布置為（99.3+238+588+224+85.3）m，全長1234.6m（如圖1）。

圖1 蕪湖長江公鐵大橋主橋示意

圖2 橋梁橫斷面布置圖

主梁上層為板桁結合橋面，下層為鋼箱橋面，三角型桁架，上層橋面桁中心距33.8m，下層橋面桁中心距為38m，主桁桁高15m，節(jié)間長度14m。橋梁橫斷面采用兩片主桁的型式，全橋不設橫聯(lián)，只在支點處設板式橋門架，斜拉索錨固在下弦主桁桿件內。鐵路梁段最大凈重按800t考慮，公路梁段最大凈重按360t考慮。架梁作業(yè)時，架梁起重機分別從主塔開始向兩邊對稱懸臂架設，鐵路梁段、公路梁段依次交替吊裝架設。對此，本項目需研制一種800t變幅式架梁起重機，其起重能力為800t，變幅范圍5～22m，變幅方式靈活，能夠適應“箱桁組合梁”的吊裝。圖2為橋梁橫斷面布置圖。

2 架梁作業(yè)流程

（1）起重機走行至鋼梁前端節(jié)點并錨固，調整架梁起重機臂桿傾角，由水面直接提升待架鐵路梁節(jié)段（含斜桿、豎桿、錨箱、風嘴）至設計高程。（2）待架鐵路梁吊裝到位后，設置臨時連接，通過調整吊具縱移千斤頂精確定位，完成鐵路梁拼裝。（3）提升待架公路梁節(jié)段至已架鐵路梁腹桿上方，對位安裝公路梁。斜拉索掛索施工并張拉。（4）起重機前移至下一節(jié)段，繼續(xù)進行懸臂架設。

3 主要技術參數(shù)

額定起吊能力：800t（吊具以下荷載）；

起升高度：85m；

工作幅度：5～22m；

起升速度：0～2m/min

變幅速度：0～0.68m/min；

走行速度：0～1m/min；

走行方式：液壓步履式自動走行；

4 主要結構

800t變幅式橋面起重機（如圖3）主要由起重部分和行走部分組成。起重部分通過變幅、起升實現(xiàn)起重功能，主要包含臂桿、人字架、起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)。行走部分通過頂推、錨固實現(xiàn)縱向行走和起重鎖定功能，主要包含底部結構、支點結構、走行頂升系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)。其中兩大部分同時也包含了電氣及液壓裝置。

圖3 800t變幅式橋面起重機示意圖

4．1 臂桿

臂桿采用箱型雙肢桁架梁結構形式，主肢間距3200mm，有效長度24500mm，共分四段，各段之間均采用法蘭板連接方式。臂桿根部由箱型截面逐步過渡至單耳板，耳板銷軸孔內嵌銅套，通過銷軸與底部結構前橫梁連接，臂桿頂端橫梁上布置有起升機構定滑輪組。為減小臂桿彎矩，設計時盡量考慮變幅力和吊重荷載的合力與臂桿中心線重合。

4．2 人字架

人字架主要由后拉桿、斜桿及小斜桿組成，各桿件與底部結構及各桿件之間的連接方式均為銷接。后拉桿為箱型梁結構，主要承受向上的拉力，為方便運輸，將后拉桿分成兩段，中間采用拼接板連接。斜桿為箱型梁結構，主要承受軸向壓力，共分成三段制造，各段之間均采用法蘭板連接方式，斜桿頂端橫梁上布置有變幅系統(tǒng)的定滑輪組，中間段橫梁上布置有變幅系統(tǒng)的導向滑輪，底部節(jié)段前方布置有變幅限位裝置。小斜桿主體為鋼管結構，對人字架起穩(wěn)定作用。

4．3 起升系統(tǒng)

起升系統(tǒng)主要由起升卷揚機、定滑輪組、動滑輪組、吊具系統(tǒng)組成，其中定滑輪通過銷軸與臂桿鉸接，動滑輪組通過銷軸與吊具C型框架鉸接。單臺起重機包含2套起升系統(tǒng)，由電氣系統(tǒng)進行同步控制。每套起升系統(tǒng)包含兩臺額定拉力25t的卷揚機，采用變頻電機驅動，滑輪組倍率為24，采用不旋轉鋼絲繩。吊具系統(tǒng)主要由C型框架、扁擔梁、分配梁、縱移千斤頂?shù)冉M成（如圖4）。C型框架與扁擔梁之間設有滑動摩擦面，縱移千斤頂可在重載情況下調節(jié)C型框架在分配梁上的位置，保證起升吊點與所吊梁段重心基本重合，避免鋼梁傾斜。

圖4 吊具示意圖

4．4 變幅系統(tǒng)

變幅系統(tǒng)主要由變幅卷揚機、定滑輪組、動滑輪組以及連接拉板等組成，單臺起重機包含2套變幅系統(tǒng)，由電氣系統(tǒng)進行同步控制。每套起升系統(tǒng)包含一臺額定拉力25t的卷揚機，采用變頻電機驅動，滑輪組倍率為20，采用不旋轉鋼絲繩。另外，變幅鋼絲繩足夠長，具有將臂桿從水平位置拉起的功能，方便安裝。

4．5 底部結構

底部結構作為起重機的承重結構部件，主要由前橫梁、后橫梁、邊縱梁及卷揚機平臺組成，底部結構均采用箱型截面，前橫梁及后橫梁為方便工地拼裝和運輸，均將其分成三段制造，分段處采用拼接板螺栓連接；前橫梁上端分別與起重機的臂桿和人字架的斜桿連接，后橫梁上端與人字架的豎桿連接，下端與后錨裝置連接。另外，卷揚機、液壓泵站、電氣控制柜及司機室等都安裝在底部結構上。

4．6 錨固系統(tǒng)

錨固系統(tǒng)（如圖5）為起重機提供錨固力，主要由錨固分配梁、調整螺桿組件、錨固耳板等組成，錨固分配梁與邊縱梁耳板用銷軸鉸接，錨固分配梁上設有兩套調整螺桿組件，調節(jié)螺桿下方設有錨固耳板，錨固耳板與調節(jié)螺桿采用螺紋連接，與鋼梁耳板采用銷軸鉸接，調整螺桿可對錨固耳板高度進行調節(jié)，以適應鋼梁耳板的高度偏差。

4．7 支點結構

支點結構為起重機的承重構件，可將起重機的壓力傳遞至鋼梁主弦桿。另外，在起重機步履式走行拖動軌道時，可作為輔助支撐，使軌道與地面脫空。支點結構分為前支點、后支點，均采用機械螺旋頂結構，可小范圍調節(jié)支點高度。前支點還具備旋轉90°功能，走行時能順利通過鋼梁上的錨固耳板。

4．8 走行頂升系統(tǒng)

圖5 錨固系統(tǒng)示意圖

走行頂升系統(tǒng)（如圖6）用于實現(xiàn)起重機整機走行，主要由軌道梁、前滑靴、后滑靴、千斤頂反力座、行走千斤頂、前后頂升千斤頂?shù)炔考M成。走行方式為步履式走行，具體工作原理如下：（1）前、后頂升千斤頂收缸，使起重機自重荷載轉換至前、后支點，軌道梁脫離橋面，懸吊于滑靴上；（2）通過行走千斤頂?shù)纳炜s動作，使軌道梁向前滑移一個行程；（3）前、后頂升千斤頂伸缸，使軌道梁與橋面接觸并逐漸受力，此時前、后支點不受力，整機自重通過頂升千斤頂、滑靴全部承受在軌道上；（4）解除后錨固，通過行走千斤頂?shù)纳炜s動作，帶動整機向前滑移一個行程；（5）重復以上步驟即可實現(xiàn)起重機向前步履式走行。

圖6 走行頂升系統(tǒng)示意圖

4．9 電氣系統(tǒng)

本機共有2套主鉤機構、2套變幅機構。4套機構均采用交流變頻電動機驅動，變頻調速裝置為英威騰公司GD35-19系列產品,整個系統(tǒng)由一臺可編程控制器(三菱PLC)統(tǒng)一控制。除整機走行和吊具控制外，所有機構都在司機室內的聯(lián)動操作臺上操作。

4．10 液壓系統(tǒng)

本機采用一套行走液壓系統(tǒng)和兩套吊具液壓系統(tǒng)，行走液壓系統(tǒng)控制2個前頂升千斤頂、2個后頂升千斤頂、2個行走千斤頂，系統(tǒng)額定壓力為25MPa，系統(tǒng)功率18.5kW。每套吊具液壓系統(tǒng)控制1個吊具調整千斤頂，系統(tǒng)額定壓力為25MPa，系統(tǒng)功率7.5kW。

4．11 安全監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)由PLC、工控機、顯示器、視頻系統(tǒng)及起升高度限位器、旋轉編碼器、變幅角度傳感器、變幅極限限位器、力矩限制器、風速傳感器等傳感器組成。具備參數(shù)實時顯示、數(shù)據記錄、報警控制、遠程監(jiān)控等功能。

5 設計特點

（1）行走千斤頂反力座采用重力式自動對孔裝置，可實現(xiàn)起重機的步履式自動行走。

（2）頂升系統(tǒng)采用三連桿機構，頂升千斤頂作為三連桿機構中的一個連桿，只承受軸向力，解決了起重機行走時頂升千斤頂直接承受水平力而易使其內部密封件磨損破壞的問題，整機結構緊湊、傳力明確，增加了液壓千斤頂?shù)氖褂脡勖?，減少了液壓元器件的維修保養(yǎng)成本。

（3）采用模塊化設計，結構形式為雙臂桿形式，在項目完工后，通過少量改造，改變兩臂桿的間距即可適應其他寬度的橋梁施工，又可拆分為兩臺400t起重機應用于吊裝重量較小的橋梁施工。后期改造簡便、適應性強，應用范圍更加廣泛，設備使用價值更為經濟。

（4）采用變幅同步控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測變幅數(shù)據變化，自動進行差異補償，實現(xiàn)變幅同步控制，保證鋼梁變幅平穩(wěn)。

（5）采用組態(tài)通訊技術，在遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)中，以動畫形式實現(xiàn)架梁進度仿真模擬，可實時顯示設備在工作中的動作狀態(tài)以及架梁施工進度狀況，有利于施工安全管理。

6 使用狀況

四臺800t變幅式橋面起重機應用于蕪湖長江公鐵大橋鋼梁安裝，于2018年3月投入使用，至2019年5月完成全部56片鋼梁安裝。目前該起重機正在進行改造，即將投入安九鐵路鳊魚洲長江大橋鋼梁安裝工程?，F(xiàn)場施工圖如圖7。

7 結語

隨著國內交通網的不斷擴展，大量跨越大江、大河的斜拉橋梁不斷涌現(xiàn)，橋面架梁起重機活躍于各大型的斜拉橋梁施工現(xiàn)場。800t變幅式橋面起重機具備大范圍變幅功能，整機采用模塊化設計，在項目完工以后，進行少量的改造，改變兩吊點之間的寬度即可適應其他寬度的橋梁施工，同時又可拆分為兩臺400t起重機應用于吊裝重量較小的橋梁施工，繼續(xù)創(chuàng)造經濟效益，在大型橋梁整節(jié)段架設中具有明顯的技術優(yōu)勢，市場前景良好。