低速重載軌道小車鏈拖拉設備的研究與設計

張玉敏

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

在一些實際生產過程中，低速、重載軌道小距離轉運是較為常見的一種運輸工況。鐵路橋梁作為重要的交通基礎設施，其良好的工作狀態是保證鐵路安全運行的最基本條件。隨著我國鐵路營運時間的增加，許多長時間服役的重載鐵路橋梁已經產生了多種不同程度的病害，梁體病害發展到一定程度，需對梁體進行更換。線上換梁是一種快速又極為有效的換梁方式，但是橋梁施工地大多在一些山川丘陵地區，橋隧相連，施工過程中需要線上運梁車將橋梁運輸至施工地段。運輸過程中，由于橋梁的體積問題及鐵路運輸限界要求，運梁車在運輸過程中需要解決運梁過隧問題。如果將梁體直接放在運梁車上可以滿足鐵路運輸的限界要求，但是運梁車到位后橋梁的小距離轉運就會變得極為困難，還需其他大型起重機械輔助進行。鑒于此，可以在運梁車上配置馱梁軌道小車，將梁體放置在馱梁軌道小車進行運輸，運輸到位后通過移動馱梁軌道小車實現梁體的小距離轉運。采取這種方式運輸對馱梁軌道小車的尺寸、動力系統有了極高的要求，為了在其特殊的工作環境中實現橋梁的小距離轉運工作，可以選擇多從動輪鏈傳動鏈條拖拉的方式來實現。

1 鏈傳動的特點

鏈傳動的主要特點是工作可靠，整體尺寸較小，結構緊湊，并能夠在高溫和潮濕的環境中工作。鏈條傳動兼有齒輪傳動和帶傳動的特點，且與齒輪傳動相比，鏈傳動成本更底，質量更輕便，與帶傳動相比鏈條不需要張得很緊，且傳動效率很高,一般傳動，約為0.94~0.96。對于用循環壓力供油潤滑的高精度傳動，約為0.98。在多軸傳動裝置中，鏈傳動是理想的傳動型式之一，它不僅可以避免笨重的結構，保持規定的傳動比，還能適應較長距離的傳動要求，常應用于工業，農業，交通運輸業等領域。

2 低速重載軌道小車鏈拖拉設備設計詳情

2.1 主要設計要求

換梁工況下要求運梁車上的兩臺軌道馱梁小車馱載橋梁在≤30‰的坡度軌道正向反向運行50m，每臺軌道馱梁小車載重(含自重)：185T，車速：0.5m/min，車身高：0.3m，車身長：1.38m。車身寬：3.8m。

2.2 設計方案研究分析

根據現場工況條件和軌道小車參數要求，如果將動力設備安置在馱梁軌道小車上，可以采用電動機配減速器的方式實現小車運轉，此方式可以提供精確的傳動比，確保小車運行的速度精度，工作可靠，效率高，但是，因為小車的車速很小，所用的減速機尺寸必然會很大，難以滿足車體尺寸要求；如果將小車的動力設備與小車分離，將動力設備安置在運梁車前后兩端，可以采用卷揚機牽引或鏈傳動鏈條拖拉的形式來實現小車運轉，此方式相對于齒輪傳動，傳動精度要求較低，工作可靠，能適應低速重載的工況，但是使用卷揚機牽引，需用到鋼絲繩，鋼絲繩彈性較大，如果出現拉斷現象，對施工人員的安全會造成嚴重威脅。綜合考慮馱梁軌道小車車體尺寸和載重之間的矛盾，最終選擇將動力設備安置在運梁車前端，采用鏈傳動鏈條拖拉的形式來實現小車運轉。

采用將軌道馱梁小車前后兩端固定在鏈條上的拖拉方式，通過鏈輪運轉，利用鏈條的拉力將軌道小車拖動，具體實施方案如圖1所示。每臺運梁車配備4臺鏈輪箱，作為運梁車上軌道馱梁小車的拖拉系統，靠近運梁車前端的兩組鏈輪箱鏈條與1號馱梁小車相連（圖中小車未畫出），后兩組鏈輪箱鏈條與2號馱梁小車相連（圖中小車未畫出），兩組鏈輪箱同步運轉，實現兩臺軌道馱梁小車的同步運動。

圖1 低速重載軌道小車鏈拖拉設備

具體鏈輪方案如圖2所示，主要由鏈輪箱體、鏈條、減速器、液壓馬達等結構組成，液壓馬達與減速器相連，減速器通過軸與鏈輪箱中的鏈輪相連，鏈輪箱再通過螺栓與運梁車相連?？紤]到馱梁軌道小車要正反向兩個方向做直線運用，可以采用主動鏈輪的正反轉來實現，在主動輪兩側加裝兩個從動輪，以保證在主動輪正反轉時保證鏈條的張緊狀態。

圖2 鏈輪箱

2.3 設計步驟

2.3.1 馱梁軌道小車牽引力計算

兩臺馱梁軌道小車一起運輸橋梁在運梁車車架軌道上穩定運行的靜阻力Fj由摩擦阻力Fm，坡度阻力Fp和風阻力Fw三項組成。

（1）摩擦阻力Fm

式中：

Q—額定載重量（N）；

G—馱梁軌道小車運動部分的自重載荷（N）；

μ—摩擦系數，μ取值0.08；

代入得：

（2）坡度阻力Fp

式中：α為坡度角，當坡度很小時，在計算中可用軌道坡度i代替sinα，i＝0.03，代入得：

（3）風阻力Fw

工作狀態計算公式：

式中：

C—風力系數，取1.1；

kh—風力高度變化系數，取1.25；

PI—正常工作狀態計算風壓（N/m2），取150N/m2；

A—橋面板迎風面積，A=100m2；

代入得：

（4）靜阻力Fj

2.3.2 馱梁軌道小車鏈傳動設計

（1）電動機的靜功率

式中：

Pj—電動機靜功率（kw）；

Fj—靜阻力（N）；

v—運行速度，最大運行速度5m/min；

η—機械傳動效率，取90%；

m—電動機個數，m=4；

代入得：

（2）單臺電動機的實際所需功率

式中：

P—單臺電機的實際所需功率（kw）；

Kd—為電機安全系數，取1.3；

代入得：

故選用4臺功率為15kw的電機或液壓馬達，功率可滿足要求！

（3）減速機扭矩計算

單個減速機工作時，鏈條的牽引力F為：104871.25N，取安全系數為2，單根鏈條需要最小工作拉力F’為：209742.5N；牽引鏈條選用短節距傳動用精密滾子鏈（GB/T 1243-1997），24A雙排鏈條抗拉載荷Fmax為：249100N，滿足使用要求。

選取驅動鏈輪的齒數為23，則鏈輪的參數為：

鏈輪節距P：38.1mm；

鏈輪齒數Z：23；

鏈輪節圓直徑D：279.804mm；

每單根鏈條由1個驅動鏈輪驅動，每個鏈輪的驅動力距為：

液壓馬達選用丹佛斯OMS80擺線液壓馬達，最大轉速810r/min，最大扭矩240NM，最大輸出功率15.5kw；驅動減速機選用P2KC09-162-B5-71型減速機，減速比為162，許用輸入功率為15.5kw，輸出扭矩22000NM，完全滿足工作要求。

3 低速重載軌道小車鏈拖拉設備的主要特征

（1）鏈拖拉設備在馱梁軌道小車尺寸受限的情況下，實現了小車的正常工作運轉。

（2）不受外界環境的影響，運梁車拖拉設備都能夠獨立很好的工作，安裝拆卸方便，成本底，維修簡單，易保養。

（3）鏈條和鏈輪的傳動方式同時結合了齒輪和帶傳動的優點，一齒一扣，能保證橋梁小距離運輸所需精度，整個設備效率高，壽命長。

4 結語

根據鐵路橋梁運輸車上的馱梁軌道小車拖拉設備的設計要求，結合馱梁軌道小車的尺寸特點和其低速重載的屬性，對其拖拉設備進行了分析研究和設計，在滿足馱梁軌道小車尺寸要求的基礎上，采用多從動鏈傳動來實現馱梁軌道小車在相對惡劣環境、空間結構受限的情況下低速重載的正常工作。經過詳細的分析計算，得出了馱梁軌道小車鏈拖拉設備的主要技術參數，并繪制了相關圖紙，為后期的研究和設計提供了技術保障。具體的應用效果還需在后期的樣機試驗中驗證，有些細節還需在后期樣機試驗的基礎上不斷優化改進。