摘要：針對我國高鐵建造技術首次采用的1000t/40m簡支箱梁跨度大、噸位重、梁體高等特點，同時需要實現其過隧道運輸及滿足隧道口架設工況，受高鐵隧道輪廓邊界尺寸限制，現有900t過隧運梁車無法滿足施工要求，在此背景下，研制了一種新型1000t/40m過隧箱梁運梁車。首先分析了國內高鐵箱梁運梁車的研制現狀，簡要介紹了過隧運梁車的主要結構組成，總結了新型YLS1000運梁車實現低位馱梁過隧的關鍵技術，并對運梁車馱梁工況的結構受力進行仿真，在理論上保證其可靠性，最后介紹了YLS1000運梁車主要技術特點。通過在鄭濟高鐵項目首次應用證明，該型運梁車能夠高效完成箱梁馱運過隧工況，并配合架橋機完成箱梁架設作業，解決了高速鐵路建造過程中大噸位、大跨度箱梁過隧運輸的技術難題，并為運梁車的研究提供了理論與實踐依據。

　　關鍵詞：1000t/40;高鐵箱梁; 運梁車;過隧;大噸位;大跨度

　　1引言

　　隨著我國“十三五”規劃加大交通基礎建設以及高速鐵路中長期規劃“八縱八橫”逐漸實施，高速鐵路橋梁架設逐漸增多，目前高速鐵路簡支箱梁自重最大為900t，跨度為32m。在以跨度32m簡支箱梁預制架設技術體系中，橋墩和基礎的施工、箱梁的預制占高速鐵路建設的重要地位。考慮到山嶺地區橋墩施工成本以及軟土和南方水網地區橋墩樁基礎的施工成本、以及橋梁建設占地情況，高速鐵路橋梁運輸需求也從小噸位小跨度等逐漸向大噸位大跨度轉變，工況逐漸復雜[1]，急切需求研制一款適合更大跨度和更大噸位的馱運箱梁過隧道的運梁車，并配合架橋機實現橋隧結合的箱梁架設需求。

　　現有箱梁運梁車[2]載重主要有450t、550t、900t，跨度主要有24m和32m，均不能滿足大噸位、大跨度箱梁低位過隧運梁施工需求[3]。本項目團隊經過前期調研分析與實際項目需求，確定研制一款1000t/40m的YLS1000型過隧運梁車，適用于時速250～350km鐵路客運專線(橋隧相連)24m、32m、40m標準雙線整孔混凝土預制箱梁(1000t級及以下)的運輸。能夠把混凝土箱梁從預制場地通過便道、橋梁(包括鋼構連續梁、鋼混結合連續梁等)運送至架梁工位，也能夠把標準預制箱梁馱運通過上述相應客運專線標準隧道斷面，完成相應的架梁作業，運梁車的有關參數和要求滿足相應架橋機的要求，協助架橋機完成相應的架梁作業[4-6]。YLS1000過隧運梁車能馱運相應架橋機實現橋間及通過客運專線雙線隧道短途運輸，同時適應西南、西北高原施工環境。

　　現有與1000t/40m箱梁相接近的900t/32m箱梁過隧運梁車主要應用于國內京張線、濟青線、京沈線、鄭萬線預制箱梁過隧運輸以及配合架橋機進行箱梁架設，安全可靠，應用廣泛。但與1000t/40m箱梁相比，一方面其載重能力不足，另一方面，由于高速鐵路隧道半徑[7]限制，現有設備結構難以滿足運輸1000t/40m箱梁過隧要求。1000t/40m箱梁與900t/32m箱梁及運輸相比特點如表1所示：

　　表1900t與1000t箱梁及運輸特點對比

箱梁類型	最大跨度	重量	高度	寬度	隧道斷面半徑	運梁車馱梁高度
900t/32m	32.6m	830t	3.084 m	12 m	6650mm	1700mm
1000t/40m	40.6m	930t	3.235 m	12.6 m	6650mm	1500mm

　　由表1可知，1000t/40m箱梁較之前900t/32m箱梁具有跨度更大、梁體更寬、更高、重量更大等特點，另一方面，由于隧道斷面尺寸不變，需要運梁車馱運箱梁和架橋機過隧道，受隧道斷面尺寸限制，對1000t/40m跨箱梁低位過隧運梁車的設計造成了極大困難，目前適應于跨度32m梁重900t最低過隧運梁車結構形式，最低位馱梁高度為1700mm，其結構無法滿足現有隧道斷面R6650mm的尺寸要求[6]，因此需要設計一種新型運梁車來解決馱運大跨度、大噸位簡支梁過遂要求。因此，設計了一種網格狀槽型式低位過隧運梁車，其車體采用網格狀槽型式結構，與1000t /40m箱梁截面形式相貼合，箱梁位于槽型車體內部，充分利用箱梁翼緣下面空間，有效降低運輸高度，滿足載梁過隧運輸要求，同時能夠實現配合架橋機進行喂梁工況，配合架橋機完成箱梁架設。

　　2 YLS1000運梁車主要組成

　　如圖1所示，YLS1000低位運梁車主要由司機室、車體及液壓支腿、走行輪組、轉向系統、馱梁臺車、動力系統、電氣系統、液壓系統、制動系統等組成。采用輪胎式走行，自帶動力，液壓驅動行駛。整車結構采用模塊化設計制作，主梁可拆分，便于長短途運輸、組裝、拆解和多次轉場組裝。

　　走行機構由62個走行輪組通過車體連成一體，液壓懸掛均衡系統保證每個走行輪組均勻受載，使運梁車能在凹凸不平的路面上行走。其中26個走行輪組為主動輪組，采用變量泵——變量馬達閉式液壓驅動回路，每個主動輪都具有制動功能;20個走行輪組為氣制動輪組。轉向系統采用獨立連桿轉向機構，即4至5組懸掛兩兩用連桿連接，用一套轉向機構來完成轉向，實現運梁車半八字、八字轉向。

1.前液壓支腿;2.前馱梁臺車;3.前頂升裝置;4.走行輪組及轉向機構;5.中液壓支腿;

6.后24m梁頂升裝置;7.車體;8.后32m梁頂升裝置;9.后40 m梁頂升裝置;

10.后液壓支腿;11.后馱梁臺車;12.40m預制箱梁;

圖1 YLS1000過隧運梁車主要部件結構圖

　　其中，車體由外側2根邊梁、中間2根中梁和8根橫聯組成，形成4縱8橫的網格狀槽型式結構;走行輪組及轉向機構間隔設置在車體邊梁下端，并且轉向機構將車體邊梁與走行輪組連接起來;馱梁臺車位于車體2根中梁上;頂升裝置設置在車體橫聯上;液壓支腿設在車體橫聯下端。YLS1000過隧運梁車具體技術參數如表2所示：

　　表2 YLS1000過隧運梁車主要技術參數

額定運載量	1000t	輪軸軸數（總軸數/主動軸數/氣制動軸數）	31/10.5/11軸
空載運行速度	0～8km/h	最小轉彎半徑	78m
重載運行速度	0～4km/h	均衡輪組調節范圍	±210mm
滿載時最大爬坡能力（縱坡）	30‰	柴油機額定功率	2×447KW
適應最大橫坡（人字坡）	30‰	整車自重	約475t
臺車支撐，重載中位馱梁高度	1513mm	馱梁臺車走行速度	0～3m/min
單軸線最大承載	<52t	轉向模式	八字、半八字、斜行

　　3 YLS100運梁車低位馱梁過隧關鍵技術研究

　　3.1實現低位過隧的結構設計

　　如圖2、圖3所示，YLS1000過隧運梁車車體由外側兩根大縱梁、內部兩根小縱梁和八根橫梁組成，形成網格狀槽型式結構，車體外側大縱梁位于走行輪組上方，內部小縱梁通過橫梁與大縱梁相連接，形成四縱八橫網狀槽型結構，此結構形式最大程度上利用箱梁翼緣下面空間，降低運輸高度;板式馱梁臺車技術：馱梁臺車采用板式結構，鏈牽滑動走行，摒棄了以往輪軌走行方式，既省去傳統電機減速機驅動車輪在軌道上走行復雜機構，又有效降低運梁喂梁高度;懸掛輪組采用雙胎并置結構形式和寬基小輪胎方案，不僅增大軸線載荷，同時降低懸掛高度。考慮到輪胎重載50mm的變形量，中位馱運箱梁高度為1500mm，根據圖3隧道截面尺寸的要求，箱梁翼緣與隧道內壁間隙較小，難以滿足馱運箱梁快速通過隧道。

　　為保證箱梁與隧道內壁二襯混凝土之間預留170 mm左右安全距離，如圖3所示，輪組從中位降90 mm(輪組升降調節范圍±210 mm)，馱運支撐由傳統的馱梁臺車支撐變為墊箱支撐，進一步降低高度，實現運梁車重載運梁高度為1246 mm，梁頂面每側有170 mm的安全距離。運梁車低速自動行駛在隧道中軸線上，完全滿足過隧使用要求。

圖2 YLS1000過隧運梁車斷面圖

圖3 梁車過隧截面圖

　　3.2馱梁過隧流程

　　YLS1000過隧運梁車馱運一片箱梁，在路基或已架橋面上走行，完成箱梁從制梁區到架橋機尾部運輸工作，并與架橋機起重小車配合，實現拖拉喂梁工作。主要工作流程如下：

　　①運梁車走行到裝梁位，前后馱梁臺車讓出裝梁位，并與車體固定，支撐墊箱與車體固定，箱梁兩端分別位于支撐墊箱上;

　　②運梁車馱梁進隧道時，輪組從中位降90mm，保證箱梁與隧道之間安全距離;

　　③運梁車馱運箱梁過隧道走行，并運梁到位，前中后液壓支腿支撐;防止后續配合架橋機喂梁時箱梁底部盆式支座與車體碰撞，解除前后馱梁臺車與車體固定，通過箱梁支撐轉換，將墊箱支撐改為馱梁臺車支撐。

　　④前后馱梁臺車馱運箱梁沿小縱梁軌道滑動走行，箱梁運送到運梁車前端面，且伸出運梁車前端一定距離，前后臺車停車;支撐轉向系統頂升裝置頂升箱梁，前后臺車滑動走行到馱運位;走行到位回落箱梁支撐在臺車上。解除支撐裝置與車體固定，完成準備喂梁工作;

　　⑤架橋機前起重小車吊起箱梁前端，與后馱梁臺車同步拖梁繼續走行，拖拉走行到位后停車，后起重小車吊起箱梁后端，運梁車完成喂梁作業;

　　⑥后馱梁臺車和前馱梁臺車先后滑動走行到下一榀箱梁裝梁位附近，并與車體固定;下一榀箱梁裝梁位的支撐轉向系統支撐裝置與車體固定。運梁車返回梁場裝梁。

　　3.3馱運過隧工況建模仿真

　　YLS1000過隧運梁車車體總長：54900mm;動載系數：運梁車馱運箱梁時，動載荷系數取1.1;運梁車配合架橋機架梁時，動載荷系數取1.05。輪軸總數：31，梁片重量：1000t。由于篇幅有限，文章主要給出運梁車臺車支撐馱運40m、1000噸箱梁(前16軸，后15軸)工況仿真，工況如圖4所示：

圖4 馱梁工況

　　注：前16軸后15軸表示前16軸、后15軸輪壓分別均衡相等。

　　(1)仿真平臺及工況介紹

　　計算采用大型通用有限元軟件ANSYS。依據金屬結構圖，按照一定的簡化建立計算模型。模型的長度單位為mm;力的單位為N;應力的單位為MPa;位移的單位為mm。起重機的基本載荷由各工況計算所得，所提取的應力為Von Mises應力和單元平均應力。

　　馱運工況只有輪組有支反力，架梁工況則由輪組和支腿配合工作。輪組支反力通過總體力與力矩的平衡計算得出。結構通過液壓控制系統將力均勻傳到每個輪子上。模型結構部分總質量316t。馱運工況輪組支反力如表3所示：

　　表3 各支撐反力(噸)

工況	前軸反力	后軸反力	前支腿	中支腿	后支腿
馱運工況	45.476	47.84	無	無	無

　　(2)馱運工況仿真

　　在臺車支撐馱運40m、1000噸箱梁，前單軸反力X1=45.476t、后單軸反力X2=47.84t的情況下，得到如下仿真結果，如圖5-圖12所示：

圖5 加載情況模型圖

圖6 節點等效應力圖

圖7 單元平均應力圖

圖8 最大應力局部放大圖

圖9 工況變形剛度圖

圖10 工況扭轉變形圖

圖11 大梁節點等效應力云

圖12 外大梁單元平均應力

　　由上述仿真計算結果可知，馱運工況出現應力集中，但仿真結果均在要求范圍之內，能滿足現場安全可靠的運行，證明所提出的的結構設計合理，從理論上驗證了運梁車的可靠性。

　　4 YLS1000過隧運梁車主要技術特點

　　YLS1000運梁車采用液壓驅動、液壓懸掛、液壓升降、機-電-液協調控制多軸線轉向系統，實現直行、八字轉向、半八字轉向和斜行等運動模式。整機運行非常機動、靈活，通過微電系統來控制、協調和實現各系統的功能。整車可實現“整升整降”和“單點升降”功能，滿足了運梁車自動調平和喂梁時精確對位要求。其主要技術特點如下：

　　(1)液壓懸掛自動調整技術

　　YLS1000運梁車的液壓懸掛三點編組聯接，能夠根據路況自動調整懸掛油缸的伸縮量，保證車輛平臺水平和每個輪胎受力相等。懸掛軸能夠實現的車橋擺動角為±3°，滿足了在橫向(人字)坡的安全運行，保證運梁車行駛時每個輪受力均勻。液壓懸掛設置有管路防爆閥，確保安全。

　　(2)獨立轉向

　　YLS1000運梁車轉向系統由34組連桿轉向機構組成，每2只或1只懸掛和1只轉向油缸組成一組，具有直行、八字轉向、半八字轉向和斜行等運動模式，最大轉向角度為22°。獨立轉向機構具有性能可靠、維修簡便等特點，很好地適應了鐵路客運專線運梁、架梁施工特點和配合架橋機喂梁施工的使用要求。

　　(3)液壓懸掛“三點支撐”技術

　　YLS1000運梁車液壓懸掛進行合理的編組以滿足箱梁運輸要求。運輸混凝土箱梁時，懸掛按前16軸線和后15軸線來進行編組，前端16軸線的左右懸掛輪組各編成一組，左右各懸掛承載完全相同，相當于形成兩個支撐點：后15軸線左右共30個懸掛編成一組，各組懸掛通過液壓均衡保證承載完全相同，相當于形成一個支撐點。從而實現“三點支撐”，保證箱梁在運輸過程中四角支點均勻受力且為同一平面，如圖13所示。

圖13 YLS1000過隧運梁車三點支撐示意圖

　　(4)車體偏載和傾斜報警系統

　　YLS1000運梁車設置了偏載報警裝置，若裝梁時梁片未放置在車體中位，即同一截面處左右激光測距儀測得的數據差值絕對值≥250mm，控制系統將會顯示報警;在運梁車車體上設有水平儀，可實時顯示運梁車橫向傾斜角度，當橫向傾斜角度≥3°時，控制系統將會顯示報警。

　　(5)小間隙安全過隧道技術

　　通過自動駕駛、自動糾偏系統，在運梁過隧道時，YLS1000運梁車通過攝像系統采集地面路標信息，通過信號處理后給控制系統發出控制轉向信號，可保證1.5km/h速度時的走行偏離≤50mm;通過自動停車功能，緊急情況下運梁車所有的操作均可通過急停按鈕停機。

　　(6)運梁車具備自動過隧功能

　　YLS1000運梁車運梁通過隧道時，在運梁車四角分別安裝4個激光測距儀，自動分析出運梁車和整個隧道的相對位置，并將分析出的偏移數據傳輸給控制系統，該控制系統根據偏移數據自動調整輪胎轉向及走行速度。在梁片四角處各安裝有一個防撞極限限位，當運梁車將要與隧道壁有碰撞危險時，給控制系統預警停車，整個系統在一套精密計算好的軟件下協調工作，使得運梁車及其箱梁安全快速的通過隧道。

　　5 結論

　　YLS1000運梁車經過工廠試制并通過測試合格后，在鄭濟高速鐵路馱運1000t/40m梁片并配合架橋機進行梁片架設，經現場試驗檢查，各項指標均滿足設計要求，如圖14、圖15所示。同時該過隧運梁車具有通用性，車體截面按照時速350公里和250公里的40 m跨箱梁截面尺寸設計成槽型結構，針對現有高速鐵路中32米跨箱梁和運梁車車體之間間隙小的情況，在馱梁臺車設計時提前預留接口，根據項目需求和馱運情況，在馱運不同箱梁時，可以調整板式臺車架和橡膠墊之間調整箱即可滿足使用要求。同時因為32米及以下跨度箱梁高寬均小于40米跨箱梁，所以該運梁車可以馱運40米及以下跨度箱梁過隧及各種工況要求。該運梁車的研制與應用可為后續運梁車的設計研制提供理論和實踐參考。

圖14 YLS1000過隧運梁車(正前方)

圖15 YLS1000過隧運梁車喂梁工況

　　YLS1000運梁車雖然解決了大噸位、大跨度箱梁過隧架設的運輸要求，具有一定的自動化和智能化程度，但是仍然需要人工操作及控制，接下來將對運梁車無人駕駛，如何進一步減少現場施工人員方面進行研究，并進一步提高該運梁車的各項性能。

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