铁路D型便梁运架台车研制及应用

论文介绍了运架台车的设计建模、检算及施工工艺、操作要点，为今后D型梁运架设计及施工方案的编制提供了技术支持。

【关键词】D型便梁；运架台车；便梁运架；设计施工

引言

D型施工便梁是原铁道部定型产品，在既有线上施工下穿式涵洞、地道、小桥、管道，对线路进行加固后方能施工，在路基上开挖灌注砼支墩后架设纵梁并在其上安装钢枕。现有D型便梁安装及拆除主要采用轮胎起重机或轨道起重机吊装作业。使用轮胎起重机吊装时需要占用大量空间，在站场内、涵洞旁受场地影响较大，经常无法展开吊装作业。在电气化铁路区段安装拆除D型便梁施工时需跨越接触网及回流线等电气化牵引网系统，钢丝绳、吊具及D型便梁容易侵入接触网限界，危及牵引网、吊装设备安全及人身安全。使用轨道起重机吊装需要专门租用轨道起重机，施工股道接触网需要断电，租赁价格高且运输不便，受限制较多，成本极高。如何在接触网不断电条件下完成D型便梁运架是一项技术难题，依托太原南站新增1～6m综合作业通道D梁运架施工，课题组研制并使用了D梁运架台车。

1 .D型便梁运架台车研制意义

新建高铁太原南站开通运营期间，在南咽喉新增1～6m综合作业通道，长220米，下穿22股道，在不影响运营的条件下，对铁路采用24米D梁进行线路架空加固，然后在D梁下方进行基坑开挖、综合作业通道现浇施工。由于跨线股道多，D梁吊装超出了汽车吊施工范围，无法进行汽吊施工；采作铁路电气化轨道作业车进行吊装施工，需接触网停电，同时作业区段需对接触网点内进行腕臂拆除、网线拨移和恢复施工，接触网停电范围大，对枢纽运输影响大，“天窗点”时间短（1小时），无法满足施工需求。如果接触网不需停电，“天窗点”时间可延长至3小时，施工时间大大增加。

针对接触网不断电架设拆除D24型施工便梁施工方案进行研究，解决跨越多股电气化轨道的D型便梁施工难题，确保既有铁路的运营安全，最大化降低了施工对铁路运营的影响。

D24型施工便梁主要由两根纵梁及37根横梁及相关连接件组成，其纵梁长度为24.5m，重16吨，需要使用机械架设及拆除；横梁重量较轻可使用人工搬运及安装，因此主要研究解决D24型施工便梁纵梁的安装难题。

2.三维建模及设计

2.1参数选择

1、跨度6.5m，支撑点跨度2.8m

2、设计单侧起重量Q=16.5t，双侧起重量Q=33t

3、设计重载运行速度 20m/min，空载运行速度 60m/min

4、横移小车横移速度 0.2m/s

5、台车轨距 1435mm

6、横移小车轨距692mm

7、运架台车整机重量 1.5t/台

2.2 运架台车设计

DQLJ-6.5-40型D梁运架台车由两台完全相同的运架台车、三套牵引装置组成，每台运架台车重3000kg，外形尺寸为：1800mm×6500mm×3100mm。运载一组两片D型施工便梁时总重约为40吨。运架台车采用整体式结构，尽量减少需人工搬运的设备，施工地点仅需预先放置枕木墩，无需预先放置两侧支腿；空车纵横移均采用人工推行，重车纵横移采用电动牵引装置。

2.3三维建模

三维建模采用SOLIDWORKS进行建模，设备除轴承及螺栓外未进行轻量化及模型化处理。

3.台车结构检算

采用手工计算结合有限元软件进行计算。计算时考虑1.5 倍的荷载系数作为安全储备，遇有对称受力时考虑2/3 的偏载系数，均考虑结构自重。有限元计算采用COSMOSXprsee软件进行。

3.1横梁强度检算

主梁强度：

主梁采用国标25B型工字钢制作，材料为Q235，整根主梁无接头。

经查询GB/T706-2008热轧型钢25B型工字钢规格为250*118*10.

根据GB/T706-2008截面及图纸在Solidworks2010中建立1：1模型，为保证精确，未对模型进行轻量化处理。

根据设计图分析主梁受力结构：

经查询图纸及D型便梁说明书等得出条件：D型便梁纵梁S11重量16030kg，主梁为三立柱形式，简化为两组简支梁，故每侧主梁受力长度为6.5m/2=3.25m，自重136.5kg，横移滑车及16t倒链重量约150kg，43kg轨重139.75kg，其他零星材料20kg，每根D型便梁由4根主梁平均负载，故每根主梁受力为：

F=[16030kg+150kg+（136.5kg+139.75kg+20kg）×2]/4×9.8N/kg

=41092.6N≈41100N

考虑偏载系数及安全系数后，每根主梁受力为：41100N×1.5/0.66=93409N

根据工况分别计算横移滑车在主梁中心及主梁一侧两种工况下的受力及变形情况。

经查询Q235A钢对应德国DIN标准材料钢号1.0037；德国DIN标准钢号S235JR。因此选择1.0037/S235JR钢参数进行计算。

经查询GB50017-2003，Q235钢材在厚度小于16mm时强度值取215Mpa。

经计算，25B型工字钢作为主梁能满足设计要求，最小强度为设计强度的1.35倍。最大应力值为203Mpa<215MPa（GB50017-2003），安全。最大形变量为1.359mm<4000/400=10mm，考虑到安全系数的原因，判定为安全。经计算，25B型工字钢作为主梁能满足设计要求，最小强度为设计强度的1.34倍。最大形变量为6.23mm<4000/400=10mm，考虑到安全系数的原因，判定为安全。

考虑到25B工字钢制作的主梁上另有43kg/m分担压力及应力，因此，判定主梁可以承载D24型D型便梁主梁S11吊装的载荷。

3.2立柱强度检算

根据图纸，立柱采用DN100螺旋焊管，外径114.3mm，壁厚4mm。

截面积A=πR1²-πR2²=3.14×57.15²-3.14×53.15²=10256-8870=1385.74mm²=13.857cm²

立柱受力计算，立柱受力为主梁反力，故每根D型便梁由4根主梁平均负载，故每根主梁受力为：

F=[16030kg+150kg+（136.5kg+139.75kg+20kg）×2]/4×9.8N/kg

=41092.6N≈41100N

考虑偏载系数及安全系数后，每根主梁受力为41100N×1.5/0.66=93409N

立柱受力F立柱=93409/2=46704.5N

立柱承受压力为 46704.5N/13.857cm²=3370.5N/cm²=33.75Mpa

经查询GB/T3091-2008 低压流体输送用焊接钢管中规定最大应力值为33.75Mpa<235MPa（GB/T3091-2008），安全。

4. D便梁台车运架施工工艺

4.1施工准备

4.1.1选择合适位置并清理场地。根据现场实际情况就近选择无坡度的直线段线路外侧，长度≥35m 、宽度≥10m，交通方便并方便吊车吊装作业、不易积水平整空地，地面承载力≥40kN/m²。地面标高应比线路轨顶标高略低，以方便滑轨架设；在地面规划出两对横向滑轨布置位置及D型便梁存放位置；横向滑轨轨距为1435mm，轨木为木枕。规划横移装置支腿位置，并进行支腿下垫枕木铺设。

4.1.2铺设横向滑轨。根据规划的横向滑轨布置位置进行枕木及滑轨的预铺，两对横向滑轨线间距为14-20m，布置时需要注意组装式D型便梁连接螺栓不得压在D型便梁滑车上。横向滑轨必须与线路垂直，两对滑轨线间距误差不得大于±10mm，滑轨需与线路标高相符，滑轨轨底标高等于线路轨顶标高，滑轨需水平铺设，四条滑轨轨顶标高误差≤5mm，地面不平整时必须垫平调整，如果为封锁施工，预留跨越线路的滑轨不铺设，预先处理好地基及预拼好滑轨枕木，封锁施工时抬入线路并用鱼尾板或急救器与预铺横移滑轨连接。

4.1.3放置D型便梁滑车。在预铺滑轨上放置D型便梁滑车，并用铁鞋固定；可以采用吊车吊装；放置前检查滑车各轨道轮旋转是否顺畅，有无异物影响旋转。

4.1.4放置立柱。将立柱放置在D型便梁滑车上，用旋转轴固定，注意安装回转轴套及回转轴定位销；插入滑车定位销。

4.1.5吊装D型便梁。使用吊车将D型便梁纵梁吊装至便梁滑车上；吊装时接头螺栓不得压在便梁滑车上；D型便梁纵梁与立柱间距为10cm，立柱与便梁之间用方木支撑。

4.1.6固定D型便梁。将固定D型便梁用L型杠插入立柱预留孔中，使用专用螺母将L型杠锁紧完成D型便梁固定。

4.1.7安装D型便梁铺设装置并固定。使用汽车起重机将D型便梁铺设装置吊装架放置在立柱上，吊装架方向与D型梁平行，用旋转轴固定，注意安装回转轴套及回转轴定位销；插入D型便梁铺设装置定位销。

4.1.8在线路中心做标记，在预计横移终点线路位置做线路中心标记，轨距取标准轨距1435mm，中心距717.5mm，标记精度±1mm，采用墨斗弹线方式将中心标记在枕木上，标记长度不小于6根枕木。

4.1.9横移D型便梁滑车使其中心与线路中心重合。在封锁施工时间到达或具备施工条件时，将剩余横向滑轨铺设在线路上，固定牢靠，可用轨距杆保持轨距。

4.2施工工艺及技术要点

4.2.1开始横移D型梁滑车及D型梁。横移前撤去横移方向铁鞋，采用人工控制铁鞋方法，保持横移过程中铁鞋在D型梁滑车轨道轮前20-30cm，防止溜逸，横移反方向采用倒链牵引防止横移过快产生危险；主要采用横移牵引装置牵引的方式横移，辅以人工推动。

4.2.2横移必须同步进行，当出现不同步时，较快的一侧需停止横移等待较慢一侧，防止D型便梁滑车出轨；横移速度不应大于0.2m/s，接近终点时应缓慢推动，平稳减速使D型便梁滑车中心线与线路中心线重合，精度应在±10mm范围内，并校核线路尺寸，使用铁鞋固定D型便梁滑车，用液压缸顶起D型便梁并抽出横向滑轨，在D型便梁标定位置安装横担钢轨，并使用扣件固定在D型便梁上，将分体式液压道岔起道机起道油缸固定在钢轨上，使用起道油缸顶起D型便梁，顶起约5cm。顶升时应注意各油缸同步顶升，防止倾覆。

4.2.3旋转D型便梁滑车与线路重合，拔出D型便梁滑车定位销，人工推动D型便梁滑车旋转90°，与线路重合。旋转时注意缓慢并保持D型便梁平衡，不可硬推，落下便梁使滑车放置在线路上，缓慢落下分体式道岔起道机油缸，落下时需要保持各油缸同步，直到D型便梁滑车平稳落到线路上，使用铁鞋固定D型便梁滑车。

4.2.4拆除横担钢轨及起道油缸，沿线路将滑车推移到指定位置，使用纵向牵引装置沿线路将滑车移动到指定位置，速度不得大于0.5m/s，接近后减速慢行，使D型便梁与预定位置对齐，拆除牵引装置。

4.2.5使用铁鞋固定滑车，每个滑车均需双方向固定，旋转横移装置与线路垂直。拔出横移装置限位销，人工推动横移装置旋转90°与线路垂直，放下支腿用枕木支撑牢固，松开支腿固定螺栓，缓慢放下两侧支腿，使用固定螺栓固定，支腿与地面之间垫入枕木并支撑牢固，枕木可在预定卸梁位置预先铺设，铺设时注意地面承载力是否足以支撑D型便梁及移梁装置重量，以防支腿下沉导致横移装置整体倾覆。

4.2.6吊起并横移D型便梁到指定位置，使用D型便梁钩勾住D型便梁上边缘。将D型便梁钩钢丝绳固定在起吊倒链上，使用15吨倒链将D型便梁吊起，距离滑车约20mm，取下D型便梁横移滑车下铁鞋，将铁鞋放置在预定落梁位置，两套D型便梁横移装置上操作人员同时摇动横移绞盘，缓慢横移D型便梁到预定位置；横移速度不得大于0.2m/s，并确保两侧同步横移，误差不超过10cm；如两侧不同步则较快一侧停止横移，另一侧进行调整，待两侧同步后继续同步横移。

4.2.7使用铁鞋从两侧固定D型便梁横移滑车，落下便梁，两侧同步放松倒链，缓慢下降D型便梁到预定位置，支撑D型便梁防止倾覆，松开D型便梁钩，拆除D型便梁钩及钢丝绳，收起支腿旋转便梁移动装置与线路平行，撤出支腿下枕木。

4.2.8松开支腿固定螺栓，人工推动支腿至收起位置，使用固定螺栓固定支腿，拔出D型便梁铺设装置限位销。旋转D型便梁铺设装置与线路平行并插入限位销。取出铁鞋将滑车推回原位，取出D型梁滑车下铁鞋，将D型梁滑车及D型便梁铺设装置推回横移滑轨位置，支起滑车并插入横移轨排。

4.2.9将液压道岔起道机油缸固定在支腿上，使用液压道岔起道机顶起D型梁滑车，插入横移轨排，旋转滑车并落在横移轨排上，旋转D型梁滑车与横移轨排重合，降下手摇千斤顶使D型梁滑车落在横移轨排上，滑车下道并拆除轨排，将D型梁滑车推出线路并用铁鞋固定。

4.2.10拆除线路上的横移轨排，完成D型便梁架设，对施工现场进行检查清理，检查机具及附件，做好下次施工准备。拆卸D型便梁时反向执行此步骤。

5.结语

太原南站新增综合通道施工中，自主设计制造了DQLJ-6.5-40新型D便梁不断电运架台车，安全正点完成了22组D型便梁的安装及拆除施工，有效解决了连续跨越多股铁路D型便梁施工难题，最大化降低D型便梁安装拆除对既有线路的影响，确保铁路运营安全，取得了良好的经济效益和社会效益，节约成本32万元，为铁路站场内跨多股铁路安装拆除施工提供了一种新型的运架台车，也为今后同类型工程施工提供了技术方案借鉴。

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