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小曲线架桥机报铁道协会科技奖申报书2012-12-28.doc

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曲线 架桥 铁道 协会 科技奖 申报 20121228
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-1-推 荐 号 2012-502-4A6项目编号中国铁道学会科学技术奖推荐书 详本(2012 年度)一、项目基本情况项 目 所 属 专 业 : 303 桥梁 奖 励 类 别 : 技术开发项目名称 铁路客运专线 500m 小曲线半径多梁型箱梁运架 设备研制主要完成人 1.李慧敏,2.王金祥,3.文珂,4.魏福祥,5.刘保庆,6.赵瑞轩,7.马顺利,8.刘德钧,9.杨保升,10.景改萍,11.吴永奋,12.王宏敏,13.薛宝珠,14.葛强,15.魏小辉,16.刘文玲主要完成单位 1.中铁十七局集团有限公司,2.秦皇岛天业通联重工股份有限公司推荐一等奖 项目密级 非密推荐单位(盖章)中国铁道建筑总公司 项目可否公布 可1 重型构件起重机械 学科代码 56080152 土木工程运输机械 学科代码 5608010学 科 分 类名 称3 桥涵工程 学科代码 5801020所属国民经济行业 建筑业任 务 来 源 C.省、市、自治区计划具体计划、基金的名称和编号: 山西省科技创新计划 铁路客运专线 500m 小曲线半径多梁型箱梁运架设备研制, 编号:2008102007成果评价文号 晋科鉴字【2011】第 232 号 成果评价单位 山西省科学技术厅授权发明专利(项) 1 授权的其他知识产权(项) 1项目起止时间 起始: 2008 年 1 月 完成: 2011 年 8 月-2-二、项目简介“铁 路 客 运 专 线 500m 小 曲 线 半 径 多 梁 型 箱 梁 运 架 设 备 研 制 “项 目 属 于 重 型 构 件 起 重 机 械 领 域 。本 运 架 设 备 是 国 内 外 首 套 能 在 500m 平 曲 线 上 架 设 900 吨 级 32m 整 孔 铁 路 箱 梁 的 成 套 设 备 ,可 同 时 满 足 单 箱单 室 和 单 箱 双 室 两 种 梁 型 ,是 为 解 决 海 南 东 环 铁 路 施 工 需 要 而 研 制 的 ,被 列 为 山 西 省 2008 年 度 科 技 创 新 计 划 。在 此之 前 ,国 内 外 900 吨 级 整 孔 箱 梁 运 架 设 备 都 是 按 照 2500m 曲 线 线 路 设 计 的 ,过 孔 架 设 按 近 似 直 线 考 虑 ,增 加 辅 助 设施 后 最 小 能 在 800m 小 半 径 曲 线 上 使 用 ,但 风 险 很 大 。项 目 组 针 对 500m 小 曲 线 半 径 架 梁 的 空 间 姿 态 和 稳 定 性 要 求 ,在 广 泛 研 究 了 各 种 运 架 设 备 特 性 和 适 应 性 的 基 础上 ,研 制 了 具 有 发 明 专 利 的 架 桥 机 和 实 用 新 型 专 利 的 运 梁 车 。架 桥 机 设 计 为 辅 助 导 梁 式 一 跨 简 支 结 构 ,主 要 对 架 桥 机 的 结 构 、机 构 和 电 气 控 制 做 了 创 新 设 计 。结 构 设 计 中 ,研究 出 了 14.8m 大 净 空 的 后 支 腿 结 构 、6100mm-7100mm 可 调 支 点 后 支 腿 、7m 大 间 距 主 梁 和 6.5m 宽 的 宽 式 结 构 悬 臂梁 ;机 构 设 计 中 ,研 究 了 后 支 腿 走 行 机 构 立 铰 (转 动 范 围 ±5°)、辅 助 支 腿 立 铰 (转 动 范 围 ±3.75°)、降 低 摩 擦 阻 力 和 链 轮链 条 驱 动 等 关 键 技 术 ;在 电 气 控 制 中 ,后 支 腿 设 置 为 双 变 频 轮 轨 差 速 驱 动 。架 桥 机 整 机 重 量 560t,外 形 尺 寸76×18×13.5m,可 在 2%纵 坡 内 变 跨 架 设 32m、24m 和 20m 箱 梁 ,标 准 作 业 循 环 时 间 4.5 小 时 。运 梁 车 为 17 轴 双 纵 列 式 ,采 用 了 5-4-4-4 分 组 的 形 式 ,保 证 运 梁 车 在 喂 梁 过 程 中 主 梁 受 力 更 加 合 理 ;支 腿 横 梁 设计 每 侧 伸 缩 量 900mm,满 足 不 同 梁 型 的 腹 板 间 距 ;驮 梁 小 车 的 支 撑 部 分 专 门 设 置 了 可 旋 转 托 架 ,可 绕 着 小 车 车 架 铰轴 旋 转 ±5°。运 梁 车 自 重 280t,外 形 尺 寸 45×6.6×3.6±0.3m。该 设 备 在 海 南 东 环 铁 路 试 架 成 功 后 ,又 应 用 于 成 灌 、汉 孝 、杭 长 和 宁 安 等 铁 路 ,安 全 完 成 了 各 项 施 工 任 务 。截 至目 前 已 生 产 7 台 套 ,完 成 产 值 24500 万 元 ,实 现 经 济 效 益 3470 万 元 。该 运 架 设 备 的 成 功 研 制 ,使 得 我 国 的 箱 梁 运 架设 备 设 计 及 制 造 水 平 达 到 了 国 际 领 先 水 平 ,推 动 了 我 国 箱 梁 运 架 技 术 和 装 备 制 造 业 技 术 进 步 ,提 升 了 企 业 综 合 施 工水 平 和 技 术 集 成 能 力 ,取 得 了 良 好 的 经 济 和 社 会 效 益 。课 题 获 发 明 专 利 、实 用 新 型 专 利 各 1 项 。发 明 专 利 :一 种 小 曲 线 铁 路 箱 梁 架 桥 机 ,专 利 号 :ZL200910220914.8);实 用 新 型 专 利 :一 种 新 型 结 构 的 900t 运 梁车 移 动 小 车 ,专 利 号 :ZL200920103633.X。该 项 目 成 果 经 山 西 省 科 学 技 术 厅 组 织 的 成 果 鉴 定 ,总 体 技 术 水 平 达 到 “国 际 领 先 “。- 3 -三、主要科技创新1、技术创新点项目针对小半径曲线桥梁运架工程的需求,研制了适应 500m 小曲线半径、900 吨级箱梁架桥机和运梁车,可同时满足单箱单室和 单箱双室两种梁型,主要 创新点如下:1.1 架桥机采用辅助导梁简支结构,通 过倒运过程中的偏摆 ,实现了大偏角过孔,且工法简明快捷。1.2 架桥机后支腿走行机构和辅助支腿设置了立铰、走行机构设计了双变频轮轨差速驱动、下 导梁天车±1400 毫米和吊梁小车±350 毫米的横向调节, 实现了 500 米小曲线箱梁的架设。1.3 架桥机后支腿支点可调,满 足了单箱单室和单箱双室两种梁型的架 设。1.4 运梁车设计了可伸缩的支撑油缸横梁和可转式驮梁小车,适应了小曲线箱梁架设时喂梁要求。佐证材料:成果鉴定证书(附件 1);发明专利:一种小曲线铁路箱梁架桥机,专利号:ZL200910220914.8(附件 4)。实用新型专利:一种新型结构的 900t 运梁车移动小车, 专利号:ZL200920103633.X(附件 5)。2、创新技术简述:2.1 研究设计了架桥机大间距主梁主梁是架桥机直接承受荷载的主要构件。普通架 桥机主梁 间距为 6.2 米,由于在曲 线架设时,待架梁与已架设的梁为折线,最大夹角 3.75°。为了使箱梁横向精确就位,主梁间距设计为 7 米。为使吊梁桁车运行平稳,科学地 设置主梁预拱度,采用了 ANSYS 大型程序进行计算,在保 证强度和刚度的条件下尽可能减轻其自重。2.2 研究设计了大净空架桥机后支腿,首次将后支腿支点设为 可调架桥机后支腿为封闭式 O 型 结构,普通架桥机净空为 14.0m,为满足架桥机在小半径曲线第一吊至第二吊间梁体运动空间要求,后支腿内 净空设计为 14.8m。架桥机后支腿上部和主梁固接,下部和走行机构联结,架梁时承受主梁传递的最大荷载。为适应不同梁型腹板间距,实现后支腿支点可 调,后支腿下部 进行了特殊的 设计,设置了液压千斤顶,确保架桥机后支腿支点始终在箱梁腹板上。 (如 图 1)图 1 后支腿设计图当架设单箱单室箱梁时后支腿支点间距调整为 6100mm,架设单箱双室箱梁时,支点间距轨距调整至7100 mm。(如图 2)- 4 -图 2 后支腿走行机构图2.3 对架桥机的吊梁桁车进行了针对性的设计为满足小半径曲线架梁需要,吊梁桁 车横移量设计为± 350mm,比普通架桥机横移量为±200mm 增加150mm。,为满足小半径曲线架设时箱梁准确就位。吊梁桁车上设置液压横移装置,可以同步横移,同时设限位器限制横移过量。2.4 研究设计了架桥机宽悬臂梁及下置式下导梁天车为了实现辅助导梁大角度偏摆,解决小半径曲 线箱梁架设时 架桥机过孔, 悬臂梁设计为宽式结构,悬臂梁设计宽度 6.5m。一般架桥机下导梁天车为上置式,本架桥机为了满足曲线架设需要,下导梁天车设计为下置式,横移量为±1400mm 。悬臂梁为板梁式桁架结构,固 结于主梁的前端, 设置上翘量,使下导梁天车平稳运行;悬臂梁具有刚度大、重量轻的特点,满足下导梁天车前移下导梁需要。 (如图 3)图 3 宽悬臂梁结构图下导梁天车采用双轨直立运行,走行系 统采用变频调速,有利于下导梁对位;起升系统采用液压油缸升降装置;横移装置采用丝杆螺母装置,横移量 ±1400mm 满足小半径曲线过孔需要。(如图 4)- 5 -图 4 下置式下导梁天车2.5 为了解决小半径曲线架桥机行走问题,设计了后支腿走行机构 铰座, 铰座转动范围设定为±5° 。2.6 为适应小半径曲线架桥机过孔时下导梁转角需要, 辅支腿下横梁 设计成双层,中 间设有立铰,可转动范围±3.75° 。辅支腿由上下横梁、伸缩油缸、伸缩套、行走台车、反挂轮、动力装置等组成。 (如图 5)下横梁设计成双层, 辅助支腿设置了立铰,以适应小曲线过孔时下导梁转角需要。由于辅支腿的前移动力来自链轮链条机构,而 链条是顺下 导梁方向的,下 导梁在过孔前已进行了偏移,链轮机构为整机过孔提供了转向分力,有利于下 导梁的稳 定。图 5 辅支腿组成2.7 首次将架桥机走行设计为双变频,起到差速器的作用。架桥机起升和走行均采用变频调速, 实现无级变速。采用 变频 器,作为大、小桁车行走机构的电机驱动,为适应小曲线过孔,后支腿台 车左右电机使用两个变频器分 别驱动,通 过调整不同的频率,使内外行走速率不同,起到差速器作用。- 6 -另变频器自身保护功能齐全,如 过流、 过载、过压等都能及时报警及停止,减少了起重机故障,提高了安全性能。2.8 可旋转驮梁小车。为适应 500m 小半径曲线架设时 配合架桥机喂梁, 驮梁小车的支撑部分专门设置了可旋转托架,此托架可绕着小车车架铰轴旋转±5° 。旋转托架与驮梁小车车架相对旋转时通过聚四氟乙烯滑板来减小摩擦阻力。2.9 钢结构。在喂梁过程中,驮梁小车从运梁 车末端行驶到运梁车前端,主梁的受力变化很大,采用了 5-4-4-4 分组设计的形式,主梁受力相比 9-8 分组更为有利。2.10 可伸缩支腿横梁。为了减小运梁车对箱梁顶板的压力, 设置运梁车辅助支腿。由于单箱单室和单箱双室混凝土箱梁的腹板位置不同,辅助支腿必须支撑在箱梁的腹板位置。设置了可伸 缩的支腿横梁,每册伸缩量 900mm。3、国内外参数对比运架设备和同类设备相比,除 满足普通运架设备的功能外 还具有以下特点:架桥机普通架桥机 TLJ900XQ 架桥 机 备注适应最小曲线半径(m) 2500 500 适应梁型 单一 多梁型 后支腿净空(m) 14 14.8 吊梁小车横移量(mm) 200 350 吊梁小车形式 上置式 下置式 后支腿走行机构设置 普通 设立铰、变频器 转动±5°辅助支腿走行机构设置 普通 设立铰 转动±3.75°后支腿支点 固定 可调 6.1-7.1m运梁车普通运梁车 TLC900 运梁车 备注适应最小曲线半径(m) 2500 500 适应梁型 单一 多梁型 驮梁小车 固定 可旋转 转动±5°辅助支腿 无 可伸缩辅助支腿 主梁形式 9-8 5-4-4-4 目前国内外采用的架桥机多为以下几种:无导梁式架桥机、运架一体式架桥机、定点起吊 导梁式架桥机、辅助导梁式架桥机。以上几种架 桥机均不能解决 500m 小曲 线半径 900t 多梁型整孔箱梁的架设问题。TLJ900XQ 型运架 设备解决了曲 线半径小、梁型多的问题,相对于其他大型运架设备,本运架设备具有以下特点:3.1 小曲线架桥机后支腿双 变频轮轨驱动,台 车铰座和辅助支腿加了立铰,架桥机小曲线过孔时车轮不会出现啃轨。3.2 小曲线架桥机后支腿走行台车轨距可调,按 6100mm 和 7100mm 两种间距设置,并可 调整,满足双线单室和双室两种梁型的腹板对中要求,并 设置油缸方便 调整。普通架 桥机后支腿走行台车轨距不能调整,- 7 -只能架设单一梁型。3.3 运梁车驮梁小车由电机减速机驱动可以沿纵向移动,驮 梁小车上设有 8 个钢轮,可沿 车架纵梁上的钢轨移动。驮梁小车的支撑部分 专门设置了可旋转托架,托架可绕着小车车架铰轴旋转±5° ,能 够适应不同梁型的需要。3.4 运梁车的轴为 17 轴,采用了 5-4-4-4 分组的形式,使运梁车在喂梁过程中,驮梁小车从运梁车末端行驶到运梁车前端,主梁的受力更 为合理。3.5 单箱单室和单箱双室混凝土箱梁的腹板位置不同,在架设不同型式箱梁时,需要运梁车支腿辅助油缸尽量支撑在箱梁的腹板位置。通过可伸缩的支腿横梁 设计, 实现了一台运梁车既能运送单箱单室梁型、也能运送单箱双室梁型。4、效益分析4.1 经济效益本运架设备研制前,国内外还 没有满足 500m 小半径曲线、多梁型箱梁架要求的运架设备,当时的应急方案是采用移动模架后支架现浇。该课题的研究成功, 满足了工期要求,保证了安全质量,也为企业节约了大量的投入,创造了很好的经济 效益。 应用本成果目前已生 产小曲线半径架桥机 7 台,完成产值 24500 万元,实现利润 3470 万元。4.2 社会效益本课题的研究成功,标志着我国的大型装 备研发制造水平已 经赶上并在某些方面超过了国外同类企业水,提高了我国高速铁路施工箱梁运架的技 术水平,推 动了我国装 备制造业技术进步,提升了企业综合施工水平和技术集成能力。同时 运架设备的生产, 带动了机械制造厂、自动化控制研发单位等一批国内企业的发展,取得了很好的社会效益。5、市场竞争力该设备受力明确、工作效率高,性价比好,既可以架设小曲线桥梁,也可与其他设备一样等效架设大半径及直线段桥梁,设备适用范 围广,是施工 单位新购设备时 的首选。随着客运专线和城际铁路的建设,穿越市区的 线路受各方面条件的限制,必将出现大量的小半径曲线,该运架设备的市场需求会增大,推广 应用前景好。- 8 -四、推广应用情况4.1 已应用推广情况海南东环试运架成功后,在海南 东环累计架设箱梁 924 孔。其他客专的小半径箱梁架设也相继应用了本成果。截至目前已生产小曲 线半径运架设备 7 台,分 别应 用于海南东环铁路 2 台(中铁十七局)、成灌客专 2 台(中铁八局)、汉孝客专 1 台(葛洲坝集团)、杭 长客专 1 台(中铁三局)、宁安客专 1 台(中铁隧道局),目前运架设备运行反映良好,受到 业内权威人士的高度评 价。4.2 推广前景本项目研究成果解决了 500m 小曲线架设问题,并申 请了专利保护,国内外唯一, 为新建铁路的灵活选线提供了可能,可节省大量建 设投资。与一般的运架设备相比,本架 桥机走行机构设置了立铰,自适应不同曲线半径行走工况;架桥机后支腿支点和运梁车支撑油缸横向可调,满足单箱单室、 单箱双室不同梁型受力要求;运梁 车驮梁小车支座采用一定范围摆转,实现平顺喂梁;架 桥机后支腿行走机构采用双 变频差速行走,解决内外 侧行走不同速问题;以上设计思路巧妙,实际应用效果良好,有效解决了城际铁路和客运 专线小曲线半径箱梁架设的世界性难题。该设备受力明确、工作效率高,性价比好,既可以架设小曲线桥梁,也可与其他设备一样等效架设大半径及直线段桥梁,设备适用范 围广,是施工 单位新购设备时 的首选。随着客运专线和城际铁路的建设,穿越市区的 线路受各方面条件的限制,必将出现大量的小半径曲线,该运架设备的市场需求会增大,推广 应用前景好。项目组通过大力宣传,不断提高 该设备的知名度,以提高 销 售量。目前, 项目组正与铁路设计部门沟通,介绍箱梁小曲线架设设备及技术,同 时积极向海外市场推介。4.3 应用单位目录应用单位名称 应用起始时间 应用单位联系人及电话使用本项目产生的经济效益(万元)已提交应用证明(√)海南东环铁路有限公司 2009/01 连新奇,13807686805 0 是中铁十七局海南东环铁路项目 2009/01刘宝庆,13697515566 3470 是- 9 -经济效益(社会公益及软科学研究类项目可以不填此栏) 单位:万元人民币项目总投资额 3,402.64 回收期(年) 2.50年 份 新增利润 新增税收 创收外汇(万美元) 节支总额2009 1,842.00 2,927.002010 1,106.00 1,757.002011 522.00 829.00累 计 3,470.00 5,513.00经济效益计算依据:小曲线运架设备共生产销售 7 台套, 产值为 32430 万元,利润率为 10.7%,利润 3470 万元;增值税为17%,新增税收 5513 万元。社会效益说明900 吨 500 米小曲线半径运架设备的研发成功,填 补 我国小曲线大吨位箱梁施工设备产品的空白;技术水平达到国际先进水平。同 时运架设备的生产带动了机械制造厂、自动化控制研发单位等一批公司的发展。取得了很好的社会效益。- 10 -五、本项目曾获科技奖励情况 获奖时间 奖项名称 获奖项目名称 奖励等级 授奖部门(单位)2011.11 科学技术奖 铁路客运专线 500m 小曲线半径多梁型箱梁运架设备研制 一等奖 中铁建股份有限公司2012.10 科学技术奖 铁路客运专线 500m 小曲线半径多梁型箱梁运架设备研制 一等奖 中国施工企业管理协会
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