千分之三十大坡道架梁方案的探討

陳登彥

（中鐵三局線橋工程分公司，河北 廊坊 065201）

為了滿足大西客運(yùn)專線千分之三十大坡道架設(shè)箱梁的需要，根據(jù)相關(guān)要求科學(xué)合理分析架橋機(jī)在各種工況下的受力條件，經(jīng)分析找出最不利工況如下：

（1）在千分之三十上坡時(shí)架橋機(jī)后腿驅(qū)動(dòng)力檢算；

（2）在千分之三十下坡時(shí)架橋機(jī)后腿制動(dòng)力檢算；

（3）在千分之三十下坡時(shí)架橋機(jī)為保持大臂水平，前支腿需要加高，必須對(duì)前支腿進(jìn)行穩(wěn)定性檢算；

（4）運(yùn)梁車移梁小車在千分之三十坡道上驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力檢算。

1 架橋機(jī)計(jì)算部分

1.1 千分之三十上坡時(shí)架橋機(jī)后支腿驅(qū)動(dòng)計(jì)算

已知：過(guò)孔時(shí)后支腿反力380 t；車輪半徑0.4 m；大小齒輪傳動(dòng)比2.48；原減速機(jī)輸出扭矩5 640 N·m；備選減速機(jī)輸出扭矩8 490 N·m

后支腿臺(tái)車運(yùn)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%）

車輪水平側(cè)向力

式中：μ：鋼與鋼之間無(wú)潤(rùn)滑摩擦因數(shù)0.15

運(yùn)行總阻力Fj＝5.7+11.4+0.71＝17.81 t

原減速器驅(qū)動(dòng)力 F驅(qū)=4×5 640×2.48÷0.4=139 872=14 t＜Fj=17.81 t

故原減速器不能滿足使用要求。

備選減速器為XLED4-8205B-473，其輸出轉(zhuǎn)矩為8 490 N·m，減速器驅(qū)動(dòng)力F驅(qū)=4×8 490×2.48÷0.4=210 552=21.05 t＞=17.81t，可臺(tái)車行走速度 V0=1420÷473÷2.48×3.14×0.8=3.04m/min

電機(jī)凈功率Pj=（Fj×V0）/（1 000×η×m）=（17.81×104×3÷60）/（1 000×0.9×4）=2.47 kW

初選：P=k×Pj=1.2×2.47=2.96 kW＜4 kW，可備選減速機(jī)可滿足使用，型號(hào)為XLEDC4-8205B-473（天減）。

1.2 千分之三十下坡時(shí)架橋機(jī)制動(dòng)驗(yàn)算

已知：配套電機(jī)制動(dòng)力矩30 N·m；i=473

式中：m′：制動(dòng)器個(gè)數(shù)；m：電機(jī)個(gè)數(shù)；n：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；J：制動(dòng)電機(jī)定子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；TZ：制動(dòng)時(shí)間。

1.3 千分之三十下坡時(shí)架橋機(jī)前支腿穩(wěn)定性

3%下坡時(shí)前支腿需增高，

已知:增高后計(jì)算長(zhǎng)度l=11m；A=35 136mm2；I1=1744242112 mm4；I2=1 742 385 152 mm4

2 運(yùn)梁車計(jì)算部分

移梁小車總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

移梁小車主要由小車車架、小車懸掛及動(dòng)力裝置組成。（說(shuō)明：移梁小車通過(guò)鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)鋼輪在運(yùn)梁車主梁軌道上運(yùn)行。)

移梁小車動(dòng)力裝置主要由鏈輪鏈條及電機(jī)減速機(jī)組成，見(jiàn)圖2。

2.1 驅(qū)動(dòng)力計(jì)算

已知條件：移梁小車自重：G=8 755 kg

圖1 移梁小車總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 移梁小車動(dòng)力裝置組成圖

載重量：Q=450 000 kg

運(yùn)行速度：0-6 m/min（空載），0-3 m/min（重載），變頻調(diào)速

爬坡度：i=3%

運(yùn)行阻力計(jì)算：

小車在直線軌道上穩(wěn)定運(yùn)行的靜阻力Fj由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和風(fēng)阻力Fw三項(xiàng)組成，即：Fj=Fm+Fp+Fw

（1）摩擦阻力計(jì)算

計(jì)算公式：Fm=（Q+G）×ω

其中：ω：摩擦阻力系數(shù)，ω=0.015

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

（2）坡道阻力計(jì)算

計(jì)算公式：Fp=（Q+G）×sinα

其中：α：坡度角，當(dāng)坡度很小時(shí)，在計(jì)算中可用軌道坡度i直接代替sinα。

即：Fp=（Q+G）×i

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

（3）坡道阻力計(jì)算

因小車運(yùn)行速度較低，此處忽略風(fēng)阻力的影響，認(rèn)為FW=0

Ⅳ.總運(yùn)行阻力計(jì)算

小車的總運(yùn)行阻力為：

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

2.2 電機(jī)減速機(jī)選擇計(jì)算

2.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇

（1）電動(dòng)機(jī)的靜功率計(jì)算：

式中：Fj：小車運(yùn)行靜阻力，F(xiàn)j=206 439.75 N

ν0：初選運(yùn)行速度，ν0=3m/min=0.05m/s，取重載運(yùn)行速度

η：機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，η=0.9

m：電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)，m=2

（2）初選電動(dòng)機(jī)：

計(jì)算公式：P=Kd×Pj

式中：Kd：考慮到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)慣性影響的功率增大系數(shù)，Kd=1.3

則：P=Kd×Pj=1.3×5.73=7.45 kW

初選電動(dòng)機(jī)功率7.5 kW，4極電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 440 rpmin，額定轉(zhuǎn)矩49.6 Nm。

2.2.2 減速機(jī)的選擇

計(jì)算減速機(jī)的傳動(dòng)比，計(jì)算公式為：

式中：i0：計(jì)算傳動(dòng)比

n：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，n=1 440 rpmin

D：鏈輪直徑，D=285.4 mm

ν0：初選運(yùn)行速度，ν0=0.1 m/s，取空載運(yùn)行速度

選取通力減速機(jī)，對(duì)照樣本，確定減速機(jī)型號(hào)如下：

型號(hào)：TP3N-AH-9-200-B500-70（通力）

功率：7.5 kW

減速比：210.6

減速機(jī)輸出扭矩：22 000 N.m

兩臺(tái)減速機(jī)可提供的最大驅(qū)動(dòng)力：

式中：0.1427：?jiǎn)挝籱，鏈輪半徑

2：電機(jī)減速機(jī)數(shù)量

結(jié)論：減速機(jī)滿足條件。

2.2.3 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩

根據(jù)所選減速機(jī)減速比，計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為：

Fj×（D/2）/2=206 439.75×（0.285 4/2）/2/210.6=69.94 N.m，即電動(dòng)機(jī)的額定扭矩?zé)o法滿足爬3%坡度要求。

結(jié)論：采用11 kW電動(dòng)機(jī)，4極電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 440 rpmin，額定轉(zhuǎn)矩72.2 Nm。因電機(jī)功率增加，減速機(jī)也應(yīng)與電機(jī)配套，故動(dòng)力系統(tǒng)中電機(jī)、減速機(jī)全部更換。

2.3 制動(dòng)力矩

因采用變頻器控制小車的行走和驅(qū)動(dòng)，電機(jī)采用變頻制動(dòng)電機(jī)，由電機(jī)自帶制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，其提供的制動(dòng)力矩大于驅(qū)動(dòng)力矩，即制動(dòng)力矩完全滿足要求。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)計(jì)算，架橋機(jī)前支腿接長(zhǎng)后穩(wěn)定性滿足要求，后支腿經(jīng)過(guò)改造后滿足要求，運(yùn)梁車移梁小車經(jīng)過(guò)改造后滿足要求，方案可行。