10 t 博格軌道板門式起重機的研制與應用

黨修洵

（鄭州鐵路局 裝卸機械廠，河南 鄭州 450052）

近年來，隨著我國高速鐵路、客運專線及城際軌道交通的快速發展，與之相適應的高精度起重設備大多依賴國外進口，價格高、周期長、維修困難。京津城際軌道交通線路施工中，博格軌道板(無砟道床)的鋪設要求精度高，且工期緊、難度大。鄭州鐵路局裝卸機械廠與石家莊鐵道學院國防交通研究所聯合研制了BGMG型全路面、全液壓輪胎式博格軌道板門式起重機，方便了博格軌道板的鋪設，極大地提高了工作效率。

1 機構組成及特點

輪胎式博格軌道板門式起重機主要由金屬結構、起重小車系統、電氣控制系統、液壓控制系統、吊具系統、大車運行系統、發電機系統等組成 (見圖1)。

博格軌道板門式起重機起重量為吊具下10 t，結構形式為U型雙梁，主梁、上橫梁、下橫梁為箱形結構，支腿采用無縫鋼管Ф402×12。在主梁一端設有垂直和水平油缸，跨度可在8.2～9.0 m范圍內調節，高度調節范圍±350 mm。取物裝置采用自行設計的專用吊具，縱向、橫向角度調整范圍為±10°，最大起升高度18 m。驅動動力采用4C200型柴油發動機，照明系統采用EDL1300TE型發電機，既可司機室操作，也可遙控操作。懸臂為可拆卸式，無懸臂時可在隧道內工作，有懸臂時可在高架橋上工作，可直接將博格軌道板從橋下14 m吊運到高架橋上鋪設。

2 工作原理

2.1 起升機構

起升機構驅動采用液壓絞車，為保證博格軌道板的精確定位，在其中一根下橫梁上的2個支腿下部各布置2個共4個液壓絞車，通過鋼絲繩導向滑輪組，在起重小車上形成4個吊點，4個吊點通過結構布置和鋼絲繩纏繞方法轉換為3點靜定平衡體系。專用吊具與博格板的形狀均為長方形，在起重小車和吊具一端的2個吊點采用橫向布置，即起重小車和吊具的2個滑輪組為軸線平行布置，分別用2根鋼絲繩單獨纏繞，形成2個獨立的吊點；在吊具另一端的2個吊點采用同軸縱向布置，用一根鋼絲繩通過平衡滑輪組纏繞這 2個吊點，使其 2個吊點轉換為1個吊點，由此構成4點起升3點平衡體系，各吊點的受力達到相同，見圖2。

由于起升機構4個吊點的液壓絞車旋轉速度有誤差，因此在液壓絞車上分別安裝編碼器，由可編程控制器(PLC)比較液壓絞車轉速，控制其比例流量，使4個液壓絞車達到同步轉動，實現起升機構的同步升降。4臺液壓絞車可單動或聯動。

2.2 運行機構

運行機構全部采用液壓驅動，由本機自帶的4C200型柴油發動機提供動力。

（1）小車運行機構由安裝在主梁一端的2臺液壓馬達驅動鏈輪牽引鏈條來實現，2個液壓馬達由一個帶比例控制板的比例換向閥控制，走行速度由比例換向閥控制，見圖3。

（2）大車運行機構為了適應在高速鐵路、客運專線橋梁和路基上運行的特殊要求，在 2 根下橫梁兩端 4 個支點各安裝 1 個支承輪胎，采用全驅動方式，在每個輪輞上安裝走行液壓馬達。4 個液壓馬達由1個電磁換向閥控制，大車走行速度由1臺電液比例換向閥(EL)控制的主變量泵完成，主變量泵的壓力輸出由2個壓力選擇電磁換向閥控制，達到走行同步。在下橫梁及走行輪上安裝位移傳感器，控制轉向液壓缸使走行輪轉向，偏轉角度為±20°，轉向速度由比例換向閥控制。4個走行輪既可前方2個轉向，也可4個同步轉向，見圖4。

2.3 吊具控制

吊具控制部分由4個旋鎖機構和吊具縱向位移機構組成，4個旋鎖機構由2個油缸驅動，2個油缸由1個電磁換向閥驅動，控制吊具旋鎖的開閉動作?？v向位移機構由1個電磁換向閥控制1個油缸驅動，控制吊具的縱向位移，見圖5。

3 主梁強度計算

根據《起重機設計規范》載荷組合，選擇結構最危險工況如下。

強度計算工況為第Ⅱ類載荷：自重載荷+起升動載荷+慣性載荷+工作狀態風載荷+偏斜運行側向力。

因起重機的風載荷和慣性載荷及偏斜運行側向力較小，簡化計算，只計算小車移動載荷和主梁均布引起的主梁彎矩。因小車輪距較小，小車在1根主梁上的移動載荷簡化為一個集中載荷P。根據載荷圖，主梁的危險截面在跨中和支腿根部位置。

主要技術參數為：起重量Q=100 000 N，起重小車 (含吊具)G= 48 080 N；跨度Lmax= 9 m，Lmin=8.2 m；有效懸臂l0max= 4.8 m，l0min= 4 m；懸臂總長lmax= 5.99 m，lmin=5.19 m。

3.1 主梁截面特性

主梁截面面積(參見圖6)為F =1×45+1×42+2×0.8×63=187.8 cm2。

主梁截面型心位置：Y=(45×1×64.5+42×1×0.5+2×0.8×63×32.5)/187.8= 33 cm。

主梁截面慣性矩[1]為Ix=(42×13)/12+42×1×32.52+(45×13)/12+45×1×31.52+2×(0.8×633)/12+2×0.8×63×0.52= 122 385.8 cm4。

主梁截面模量為Wx=Ix/Y=122 385.8/33 = 3 709 cm3。

3.2 主梁強度計算

小車靜輪壓P=（Q+G）/ 2 =74 040 N。

起升速度V=12.5 m/min，取ψ2=1.1，ψ2為起升載荷動載系數[2]；

圖6 主梁截面示意圖

小車滿載下降制動時的計算輪壓為：

3.2.1 小車在跨內運行時的最大彎矩

（1）小車移動載荷引起的最大彎矩。小車位于跨中滿載下降制動，跨度變為最大，Lmax= 9 m，且無懸臂時為最不利工況，由小車移動載荷引起的最大彎矩[1](圖7) 為：m

（2）主梁均布載荷引起的最大彎矩。主梁均布載荷為q= 2 740 N/m，主梁均布載荷引起的最大彎矩[1]（圖8）為：m

（3）小車在跨內運行時的最大彎矩[2]為：

3.2.2 小車在懸臂端運行時的最大彎矩

（1）當跨度變為最小(Lmin= 8.2 m)時，有效懸臂變為最大，小車滿載位于有效懸臂端下降制動時為最不利工況，由移動載荷在支腿處引起的最大彎矩[2](圖9) 為：

（2）主梁均布載荷在支腿處引起的最大彎矩[2](圖10) 為：

（3）小車在懸臂端運行時的最大彎矩為：

3.2.3 主梁強度計算

根據《起重機設計手冊》，第Ⅱ類載荷組合結構強度計算安全系數nⅡ=1.33，選用材料為Q235B時的許用應力為：

小車在跨內運行時主梁跨中的最大應力[2]為：

小車在懸臂端運行時支腿根部的最大應力為：

由以上可知，強度計算通過。

4 結束語

目前，首臺輪胎式博格軌道板門式起重機已通過國家起重運輸機械質量監督檢驗中心的型式試驗，并獲得了生產許可證。2007年該產品成功應用于京津城際軌道交通項目部，博格軌道板可以通過門式起重機從橋兩側直接提升至橋面鋪設，也可放置在橋梁兩側，解決了博格軌道板運輸、存放、鋪設之間的矛盾，大大提高了工作效率和博格軌道板的鋪設精度，滿足了用戶要求。

[1]成大先. 機械設計手冊[M]. 北京：化學工業出版社，2002.

[2]張質文，虞和謙，王金諾，等. 起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.