摘要：针对我国高铁建造技术首次采用的1000t/40m简支箱梁跨度大、吨位重、梁体高等特点，同时需要实现其过隧道运输及满足隧道口架设工况，受高铁隧道轮廓边界尺寸限制，现有900t过隧运梁车无法满足施工要求，在此背景下，研制了一种新型1000t/40m过隧箱梁运梁车。首先分析了国内高铁箱梁运梁车的研制现状，简要介绍了过隧运梁车的主要结构组成，总结了新型YLS1000运梁车实现低位驮梁过隧的关键技术，并对运梁车驮梁工况的结构受力进行仿真，在理论上保证其可靠性，最后介绍了YLS1000运梁车主要技术特点。通过在郑济高铁项目首次应用证明，该型运梁车能够高效完成箱梁驮运过隧工况，并配合架桥机完成箱梁架设作业，解决了高速铁路建造过程中大吨位、大跨度箱梁过隧运输的技术难题，并为运梁车的研究提供了理论与实践依据。

　　关键词：1000t/40;高铁箱梁; 运梁车;过隧;大吨位;大跨度

　　1引言

　　随着我国“十三五”规划加大交通基础建设以及高速铁路中长期规划“八纵八横”逐渐实施，高速铁路桥梁架设逐渐增多，目前高速铁路简支箱梁自重最大为900t，跨度为32m。在以跨度32m简支箱梁预制架设技术体系中，桥墩和基础的施工、箱梁的预制占高速铁路建设的重要地位。考虑到山岭地区桥墩施工成本以及软土和南方水网地区桥墩桩基础的施工成本、以及桥梁建设占地情况，高速铁路桥梁运输需求也从小吨位小跨度等逐渐向大吨位大跨度转变，工况逐渐复杂[1]，急切需求研制一款适合更大跨度和更大吨位的驮运箱梁过隧道的运梁车，并配合架桥机实现桥隧结合的箱梁架设需求。

　　现有箱梁运梁车[2]载重主要有450t、550t、900t，跨度主要有24m和32m，均不能满足大吨位、大跨度箱梁低位过隧运梁施工需求[3]。本项目团队经过前期调研分析与实际项目需求，确定研制一款1000t/40m的YLS1000型过隧运梁车，适用于时速250～350km铁路客运专线(桥隧相连)24m、32m、40m标准双线整孔混凝土预制箱梁(1000t级及以下)的运输。能够把混凝土箱梁从预制场地通过便道、桥梁(包括钢构连续梁、钢混结合连续梁等)运送至架梁工位，也能够把标准预制箱梁驮运通过上述相应客运专线标准隧道断面，完成相应的架梁作业，运梁车的有关参数和要求满足相应架桥机的要求，协助架桥机完成相应的架梁作业[4-6]。YLS1000过隧运梁车能驮运相应架桥机实现桥间及通过客运专线双线隧道短途运输，同时适应西南、西北高原施工环境。

　　现有与1000t/40m箱梁相接近的900t/32m箱梁过隧运梁车主要应用于国内京张线、济青线、京沈线、郑万线预制箱梁过隧运输以及配合架桥机进行箱梁架设，安全可靠，应用广泛。但与1000t/40m箱梁相比，一方面其载重能力不足，另一方面，由于高速铁路隧道半径[7]限制，现有设备结构难以满足运输1000t/40m箱梁过隧要求。1000t/40m箱梁与900t/32m箱梁及运输相比特点如表1所示：

　　表1900t与1000t箱梁及运输特点对比

　　由表1可知，1000t/40m箱梁较之前900t/32m箱梁具有跨度更大、梁体更宽、更高、重量更大等特点，另一方面，由于隧道断面尺寸不变，需要运梁车驮运箱梁和架桥机过隧道，受隧道断面尺寸限制，对1000t/40m跨箱梁低位过隧运梁车的设计造成了极大困难，目前适应于跨度32m梁重900t最低过隧运梁车结构形式，最低位驮梁高度为1700mm，其结构无法满足现有隧道断面R6650mm的尺寸要求[6]，因此需要设计一种新型运梁车来解决驮运大跨度、大吨位简支梁过遂要求。因此，设计了一种网格状槽型式低位过隧运梁车，其车体采用网格状槽型式结构，与1000t /40m箱梁截面形式相贴合，箱梁位于槽型车体内部，充分利用箱梁翼缘下面空间，有效降低运输高度，满足载梁过隧运输要求，同时能够实现配合架桥机进行喂梁工况，配合架桥机完成箱梁架设。

　　2 YLS1000运梁车主要组成

　　如图1所示，YLS1000低位运梁车主要由司机室、车体及液压支腿、走行轮组、转向系统、驮梁台车、动力系统、电气系统、液压系统、制动系统等组成。采用轮胎式走行，自带动力，液压驱动行驶。整车结构采用模块化设计制作，主梁可拆分，便于长短途运输、组装、拆解和多次转场组装。

　　走行机构由62个走行轮组通过车体连成一体，液压悬挂均衡系统保证每个走行轮组均匀受载，使运梁车能在凹凸不平的路面上行走。其中26个走行轮组为主动轮组，采用变量泵——变量马达闭式液压驱动回路，每个主动轮都具有制动功能;20个走行轮组为气制动轮组。转向系统采用独立连杆转向机构，即4至5组悬挂两两用连杆连接，用一套转向机构来完成转向，实现运梁车半八字、八字转向。

1.前液压支腿;2.前驮梁台车;3.前顶升装置;4.走行轮组及转向机构;5.中液压支腿;

6.后24m梁顶升装置;7.车体;8.后32m梁顶升装置;9.后40 m梁顶升装置;

10.后液压支腿;11.后驮梁台车;12.40m预制箱梁;

图1 YLS1000过隧运梁车主要部件结构图

　　其中，车体由外侧2根边梁、中间2根中梁和8根横联组成，形成4纵8横的网格状槽型式结构;走行轮组及转向机构间隔设置在车体边梁下端，并且转向机构将车体边梁与走行轮组连接起来;驮梁台车位于车体2根中梁上;顶升装置设置在车体横联上;液压支腿设在车体横联下端。YLS1000过隧运梁车具体技术参数如表2所示：

　　表2 YLS1000过隧运梁车主要技术参数

　　3 YLS100运梁车低位驮梁过隧关键技术研究

　　3.1实现低位过隧的结构设计

　　如图2、图3所示，YLS1000过隧运梁车车体由外侧两根大纵梁、内部两根小纵梁和八根横梁组成，形成网格状槽型式结构，车体外侧大纵梁位于走行轮组上方，内部小纵梁通过横梁与大纵梁相连接，形成四纵八横网状槽型结构，此结构形式最大程度上利用箱梁翼缘下面空间，降低运输高度;板式驮梁台车技术：驮梁台车采用板式结构，链牵滑动走行，摒弃了以往轮轨走行方式，既省去传统电机减速机驱动车轮在轨道上走行复杂机构，又有效降低运梁喂梁高度;悬挂轮组采用双胎并置结构形式和宽基小轮胎方案，不仅增大轴线载荷，同时降低悬挂高度。考虑到轮胎重载50mm的变形量，中位驮运箱梁高度为1500mm，根据图3隧道截面尺寸的要求，箱梁翼缘与隧道内壁间隙较小，难以满足驮运箱梁快速通过隧道。

　　为保证箱梁与隧道内壁二衬混凝土之间预留170 mm左右安全距离，如图3所示，轮组从中位降90 mm(轮组升降调节范围±210 mm)，驮运支撑由传统的驮梁台车支撑变为垫箱支撑，进一步降低高度，实现运梁车重载运梁高度为1246 mm，梁顶面每侧有170 mm的安全距离。运梁车低速自动行驶在隧道中轴线上，完全满足过隧使用要求。

图2 YLS1000过隧运梁车断面图

图3 梁车过隧截面图

　　3.2驮梁过隧流程

　　YLS1000过隧运梁车驮运一片箱梁，在路基或已架桥面上走行，完成箱梁从制梁区到架桥机尾部运输工作，并与架桥机起重小车配合，实现拖拉喂梁工作。主要工作流程如下：

　　①运梁车走行到装梁位，前后驮梁台车让出装梁位，并与车体固定，支撑垫箱与车体固定，箱梁两端分别位于支撑垫箱上;

　　②运梁车驮梁进隧道时，轮组从中位降90mm，保证箱梁与隧道之间安全距离;

　　③运梁车驮运箱梁过隧道走行，并运梁到位，前中后液压支腿支撑;防止后续配合架桥机喂梁时箱梁底部盆式支座与车体碰撞，解除前后驮梁台车与车体固定，通过箱梁支撑转换，将垫箱支撑改为驮梁台车支撑。

　　④前后驮梁台车驮运箱梁沿小纵梁轨道滑动走行，箱梁运送到运梁车前端面，且伸出运梁车前端一定距离，前后台车停车;支撑转向系统顶升装置顶升箱梁，前后台车滑动走行到驮运位;走行到位回落箱梁支撑在台车上。解除支撑装置与车体固定，完成准备喂梁工作;

　　⑤架桥机前起重小车吊起箱梁前端，与后驮梁台车同步拖梁继续走行，拖拉走行到位后停车，后起重小车吊起箱梁后端，运梁车完成喂梁作业;

　　⑥后驮梁台车和前驮梁台车先后滑动走行到下一榀箱梁装梁位附近，并与车体固定;下一榀箱梁装梁位的支撑转向系统支撑装置与车体固定。运梁车返回梁场装梁。

　　3.3驮运过隧工况建模仿真

　　YLS1000过隧运梁车车体总长：54900mm;动载系数：运梁车驮运箱梁时，动载荷系数取1.1;运梁车配合架桥机架梁时，动载荷系数取1.05。轮轴总数：31，梁片重量：1000t。由于篇幅有限，文章主要给出运梁车台车支撑驮运40m、1000吨箱梁(前16轴，后15轴)工况仿真，工况如图4所示：

图4 驮梁工况

　　注：前16轴后15轴表示前16轴、后15轴轮压分别均衡相等。

　　(1)仿真平台及工况介绍

　　计算采用大型通用有限元软件ANSYS。依据金属结构图，按照一定的简化建立计算模型。模型的长度单位为mm;力的单位为N;应力的单位为MPa;位移的单位为mm。起重机的基本载荷由各工况计算所得，所提取的应力为Von Mises应力和单元平均应力。

　　驮运工况只有轮组有支反力，架梁工况则由轮组和支腿配合工作。轮组支反力通过总体力与力矩的平衡计算得出。结构通过液压控制系统将力均匀传到每个轮子上。模型结构部分总质量316t。驮运工况轮组支反力如表3所示：

　　表3 各支撑反力(吨)

　　(2)驮运工况仿真

　　在台车支撑驮运40m、1000吨箱梁，前单轴反力X1=45.476t、后单轴反力X2=47.84t的情况下，得到如下仿真结果，如图5-图12所示：

图5 加载情况模型图

图6 节点等效应力图

图7 单元平均应力图

图8 最大应力局部放大图

图9 工况变形刚度图

图10 工况扭转变形图

图11 大梁节点等效应力云

图12 外大梁单元平均应力

　　由上述仿真计算结果可知，驮运工况出现应力集中，但仿真结果均在要求范围之内，能满足现场安全可靠的运行，证明所提出的的结构设计合理，从理论上验证了运梁车的可靠性。

　　4 YLS1000过隧运梁车主要技术特点

　　YLS1000运梁车采用液压驱动、液压悬挂、液压升降、机-电-液协调控制多轴线转向系统，实现直行、八字转向、半八字转向和斜行等运动模式。整机运行非常机动、灵活，通过微电系统来控制、协调和实现各系统的功能。整车可实现“整升整降”和“单点升降”功能，满足了运梁车自动调平和喂梁时精确对位要求。其主要技术特点如下：

　　(1)液压悬挂自动调整技术

　　YLS1000运梁车的液压悬挂三点编组联接，能够根据路况自动调整悬挂油缸的伸缩量，保证车辆平台水平和每个轮胎受力相等。悬挂轴能够实现的车桥摆动角为±3°，满足了在横向(人字)坡的安全运行，保证运梁车行驶时每个轮受力均匀。液压悬挂设置有管路防爆阀，确保安全。

　　(2)独立转向

　　YLS1000运梁车转向系统由34组连杆转向机构组成，每2只或1只悬挂和1只转向油缸组成一组，具有直行、八字转向、半八字转向和斜行等运动模式，最大转向角度为22°。独立转向机构具有性能可靠、维修简便等特点，很好地适应了铁路客运专线运梁、架梁施工特点和配合架桥机喂梁施工的使用要求。

　　(3)液压悬挂“三点支撑”技术

　　YLS1000运梁车液压悬挂进行合理的编组以满足箱梁运输要求。运输混凝土箱梁时，悬挂按前16轴线和后15轴线来进行编组，前端16轴线的左右悬挂轮组各编成一组，左右各悬挂承载完全相同，相当于形成两个支撑点：后15轴线左右共30个悬挂编成一组，各组悬挂通过液压均衡保证承载完全相同，相当于形成一个支撑点。从而实现“三点支撑”，保证箱梁在运输过程中四角支点均匀受力且为同一平面，如图13所示。

图13 YLS1000过隧运梁车三点支撑示意图

　　(4)车体偏载和倾斜报警系统

　　YLS1000运梁车设置了偏载报警装置，若装梁时梁片未放置在车体中位，即同一截面处左右激光测距仪测得的数据差值绝对值≥250mm，控制系统将会显示报警;在运梁车车体上设有水平仪，可实时显示运梁车横向倾斜角度，当横向倾斜角度≥3°时，控制系统将会显示报警。

　　(5)小间隙安全过隧道技术

　　通过自动驾驶、自动纠偏系统，在运梁过隧道时，YLS1000运梁车通过摄像系统采集地面路标信息，通过信号处理后给控制系统发出控制转向信号，可保证1.5km/h速度时的走行偏离≤50mm;通过自动停车功能，紧急情况下运梁车所有的操作均可通过急停按钮停机。

　　(6)运梁车具备自动过隧功能

　　YLS1000运梁车运梁通过隧道时，在运梁车四角分别安装4个激光测距仪，自动分析出运梁车和整个隧道的相对位置，并将分析出的偏移数据传输给控制系统，该控制系统根据偏移数据自动调整轮胎转向及走行速度。在梁片四角处各安装有一个防撞极限限位，当运梁车将要与隧道壁有碰撞危险时，给控制系统预警停车，整个系统在一套精密计算好的软件下协调工作，使得运梁车及其箱梁安全快速的通过隧道。

　　5 结论

　　YLS1000运梁车经过工厂试制并通过测试合格后，在郑济高速铁路驮运1000t/40m梁片并配合架桥机进行梁片架设，经现场试验检查，各项指标均满足设计要求，如图14、图15所示。同时该过隧运梁车具有通用性，车体截面按照时速350公里和250公里的40 m跨箱梁截面尺寸设计成槽型结构，针对现有高速铁路中32米跨箱梁和运梁车车体之间间隙小的情况，在驮梁台车设计时提前预留接口，根据项目需求和驮运情况，在驮运不同箱梁时，可以调整板式台车架和橡胶垫之间调整箱即可满足使用要求。同时因为32米及以下跨度箱梁高宽均小于40米跨箱梁，所以该运梁车可以驮运40米及以下跨度箱梁过隧及各种工况要求。该运梁车的研制与应用可为后续运梁车的设计研制提供理论和实践参考。

图14 YLS1000过隧运梁车(正前方)

图15 YLS1000过隧运梁车喂梁工况

　　YLS1000运梁车虽然解决了大吨位、大跨度箱梁过隧架设的运输要求，具有一定的自动化和智能化程度，但是仍然需要人工操作及控制，接下来将对运梁车无人驾驶，如何进一步减少现场施工人员方面进行研究，并进一步提高该运梁车的各项性能。

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