DJ-40/120步履式单导梁架桥机组装工艺优化及电气系统、液压系统的改造-工程机械动态-中国路面机械网

2007-08-16 23:23:12

■ 中铁四局集团四公司　　曾庆尧/ZENG Qingrao　

１　概　述
　　DJ-40/120步履式单导梁架桥机（以下简称桥机），是在铁路桥机的基础上，开发出来的新一代桥机。其最大特点是：整机过孔安全可靠；机臂能上、下升降，前后伸缩，左右摆头；可横向移动，实现全幅梁片一次落梁到位。可架设公路桥梁40m及以下跨度预应力钢筋混凝土梁片。最大起重量120t，桥机全长68m，主体由主机臂及0、1、2、3号柱组成，步履式前进，整机由微电脑联锁控制。该桥机曾先后在数座大桥上进行了架桥作业，都发挥了其优越的性能。
　　但在架桥机的使用过程中，仍存在以下问题：
　　(1)拆装工艺落后，转场成本高，对现场依赖性大。拆装两项费用就占整机造价的8%。
　　(2)运梁台车速度单一，运行速度太慢，不能与龙门吊喂梁同步配合，不适应长距离大桥梁片的运输。
　　(3)桥机在运行中，部分焊接部位受力后，发现有焊缝开裂的现象，存在安全隐患；
　　(4)该机液压系统共由七套相对独立的液压系统组成。由于桥机是室外露天使用的设备，各类液压元件，特别是各种阀类、电磁线圈的损坏及故障比较频繁，液压件互换性差，配件采购困难，成本较高。

2　DJ40/120步履式单导梁架桥机的组装工艺优化和各系统的改造
2.1　DJ40-120步履式单导梁架桥机的组装新工艺
　　桥机组装的关键是机臂组装，新工艺中是将旧工艺中先将整条机臂组装好后，用大吨位吊车起吊组装到1号、2号柱上，而新工艺考虑场地和大吨位吊车等问题，先将引导梁（前段机臂6号、7号机臂）组装好，1号、2号曲梁、横梁组成一体，然后由小吨位吊车起吊，安装到1号、2号柱上部螺栓联接。这样，就将1号、2号柱、机臂联接形成了一个稳定的门形结构。在安装好的机臂下部，挂上1号、2号行车，通电后，就可通过驱动行车上的纵行机构，使机臂前后移动，利用横移油缸使机臂左右移动，便于安装。最后，开始各段机臂的组装，安装完一段，即向前移动一段，再接着安装下一段，直至全部安装完毕。此种工艺的实施最关键的是基本臂的安装位置，在安装第三节机臂的时候要注意，当吊车放松的时候，桥机不能发生栽头和翅头等问题。如图1所示：
　　组装工艺流程：
　　(1)选择有利地形，将1号、2号柱走行轨支牢垫平，保持中心距5m；如图2所示：
　　(2)在已固定好的1号、2号柱横向中间位置，把已组装好的6号、7号机臂吊到位；
　　(3)依次将1号、2号曲梁由6号机臂穿入，再将1号、2号横梁穿入曲梁中，使1号、2号曲梁中心距保持5m，2号曲梁中心与2号柱中心保持1.5m，即完成基本臂的吊装前准备工作；
　　(4)利用50t汽吊(地面安装使用一台25t吊即可)将其起吊至安装高度,平移1.5m,置于1号、2号柱顶部安装位置,以螺栓进行连接,1号、2号柱和机机臂由此即形成了一个稳定的门形结构；
　　(5)在已固定好的6号、7号机臂上，挂上1号、2号吊梁行车后，即可利用行车走行电机驱动机臂前后移动，便于5号机臂以及以后机臂的安装；
　　(6)起吊5号机臂至6号机臂后面，进行销接，装上驱动齿条；
　　(7)在安装完5号机臂后，将1号柱顶起，使0号柱悬空，此时，利用1号、2号吊梁行车纵行电机驱动机臂前移，使5号机臂后端移动到2号柱后约2m处（安装位置）停止。操纵遥控手柄使1号柱落下，0号柱将机臂支撑，使1号柱悬空。驱动1号行车走行电机将1号柱送到0号柱，附件落下支稳，开始安装4号机臂，以此类推，将余下的4节机臂逐段安装。
　　在安装过程中，应首先考虑5号机臂安装后的机臂整体的重心问题，5号机臂的问题解决了，其余4节机臂的安装就没有什么问题了。该桥机的6号、7号机臂是引导桥机冲孔用的引导梁，随外观几何尺寸和其它机臂没有多大差别。
2.2　运梁台车电气系统改造
　　DJ40/120步履式单导梁公路架桥机运梁台车属于双轮缘轨道车，其框架上方有转向心盘，可在曲线上行驶。分为前、后两辆台车，由4台7.5kW三相异步电机驱动，有高、低两级调速，高速为10m/min（空载）、5m/min（重载）载重2台×60t。其主要负责将梁片由梁场运至架桥机下，并与桥机配合进行吊梁作业。
在实际施工中，由于其运行速度太慢，重载时仅为5m/min，空载时也仅达到10m/min，往往造成桥机在作业时等待运梁，严重制约了架梁速度。
　　作者通过查阅一些相关的资料和对台车运行状况的观察，进行了动力性、安全性和可行性的研究，利用变频技术进行了技术改造。具体改造过程如下：
　　(1）通过技术经济比选，选购与驱动电相规格相匹配的富士通变频器，此种产品在市场上使用广泛；　　（2）由于变频器的几何尺寸较大，散热空间要求大。改造后的操纵控制部分，由于变频器内容量十分强大，故增设了配套的控制按钮，紧急停车按钮、互锁联动按钮，使得其操作控制面板增大。为此，我们选用了外部尺寸较大的操纵控制柜，外形尺寸为600×250×800mm；（3）电路上的改造如图3所示（附强电部分线路图，弱电部分略）如图3：
　　运梁台车电路图（弱电部分）
　　说明：两运梁台车之间三三组线传输电力和信号
　　①4mm2 30m 三相四线电缆
　　②2.5mm2 30m 三芯动力控制电缆
　　③0.2mm2 30m 九芯通信屏蔽电缆
　　强电部分，在电源程序和电机之间加装一台变频器，电源通过空气开关2QF和接触KM加到变频器上，由操纵控制台向变频器输入各种工况的指令信息，经变频器对相关的数据进行处理后，以不同的频率驱动电机运行，从而可以得到不同的行驶速度。前、后台车的联锁联动由SB3、SB4通过三组电缆线传输电力和信号（即：4mm2三相四线电缆；2.5mm2三芯动力控制电缆；0.2mm2九芯通信屏蔽电缆）。弱电部分是对变频器的具体数据设置，应各个施工场所具体而设定，在此不作表述。（4）改造后的两台运梁车，即能联动又可分动，即可以在前车操纵，又可在后车操纵，各台车还可以单独以不同的速度行驶。前后操纵控制柜都能操纵控制两台运梁车，这样就使得其在各种不同工况中更加便于操纵，实现了无级变速，可将操作人员由二人减少到一人。而且起动时和减速时，通过对变频器的设定，可保证在起动时是匀加速运动，停止时是匀减速运动，即在设定的转速上则做匀速运动（紧急情况下通过急停按钮的操纵，可以使运梁台车立即停车），其速度变化如图4所示：
　　图中所示：空车从0速度加速到30m/min需10s，然后即变为30m/min的匀速运动，到达桥机附近后，操纵减速按钮，使30m/min的均匀速度经10s的匀减速到0速度，运梁台车停止运行，开始进行吊梁作业。
2.3　2号柱与横梁之间过渡节约的修复
　　DJ40/120单导步履式架桥机的2号柱与横梁之间的联接是通过一个上面为长方形、下面为圆形的过渡节用螺栓联接的。在使用过程中，发现过渡节的节体与下面圆形节的焊接部位发生了焊缝沿与桥机轴线相垂直的横向开裂的现象。如图5所示：
　　原因是：桥机每架设一片梁，机臂就受到一次一上一下交变的作用力，而由此产生的弹性变形所产生的巨大的作用力，都将通过过渡节传递到2号柱上，然而2号柱与过渡节相连的是一个刚度很大的纵向箱梁，很难发生形变，那么这个作用力只能加在相对刚度较弱的过渡节上。每吊装一片梁，过渡节就要随由机臂传下来的纵向的一反一正的两次作用力，久而久之，超过了金属的疲劳极限，就发生了过渡节焊缝的开裂，经过多次的补焊，使其焊接强度大大降低，应力集中，金属熔焊厚度不足，造成了多次焊接多次开裂的结果，焊条选用的不合理也是一个因素。
　　在分析了过渡节开裂的根本原因后，采取了以下措施：
　　(1)针对其焊缝多次焊补留下的残破断面，采用加大破口深度，坡口尺寸15×45mm，清除残碴，保证焊深焊透；
　　(2)为了防止在气割时使母材金属内部的金相组织发生变化，影响强度，不采用气割开坡口，而采用手动电切割机开坡口；
　　(3)切割出的坡口的表面用砂布打磨光滑，清除油污；
　　(4)在焊条的选用上，根据母材为16mm低合金钢板的焊接性能，经过对J422、506等焊条的比对焊接试验后，决定选用506焊条。此种焊条是一种低氢焊条，焊接产生的水气低，无气孔形成的焊缝质量好、强度高；
　　(5)焊接时，采用一面施焊双面成形的工艺，逐层焊接，焊完一层，彻底清除焊碴，再进行第二层施焊，彻底排队虚焊和数焊，从而确保焊接质量；
　　(6)考虑到造成开裂的原因，我们在其受力最大的纵向部位（和机臂轴线平行的方向），前后各增加两道加强筋，使其在受到纵向交变力的作用时，能加大受力部位的强度，加强筋仍采用开坡口10×45°和506焊条进行焊接。
　　加强筋布置如图5阴影部分所示。
2.4　液压系统部分，多阀互换，降低换件成本
　　笔者主要对多阀互换的可行性及将现已装备的价格昂贵、采购困难的阀类逐渐换装为价格低廉，市场易于采购的普通液压阀：
　　（1）吊梁行车上控制起吊卷扬机的电磁换向阀；控制卷扬机制动的电磁阀以及3号、1号、2号柱上的18个液压换向阀数量大、易损坏，发现该阀损坏的大都是电磁阀的线圈烧毁，造成液压阀不能正常工作，而原桥机装备的2-4WE10DA20/BW220VE25L电磁换向阀，其电磁阀线圈市场采购困难，必须购买电磁液压阀总成，而且还要到厂家采购，最快也需要2～3天才能解决。在进行了市场调查和各种阀与该阀的性能比对上，我们认为SWH-G03-C8SB-A240-20的性能与之相匹配，从流量、压力和电磁阀上使用的电压都相符，而且与之相配的电磁线圈市场采购容易，价格低廉。
　　（2）减小库存配件的数量和品种：由于吊梁行车电磁液压阀结构比较简单，阀体不易损坏，发生问题的仍然是电磁线圈，将电磁换向阀的电磁线圈移到制动电磁液压阀上。经过测量SWH-G03-C8SB-A240-20电磁换向阀所配用的电磁线圈内径为φmm，而制动电磁阀的阀芯外径为φ25mm。我们在此制动电磁阀的阀芯上加装了一个内径为φ25mm、其尼龙套的内径与阀芯的外径采用过盈配合，使尼龙套固定在阀芯上，以便下次更换电磁线圈，尺寸如图6、图7：

３　经济分析
　　在对DJ40/120步履式单导梁公路架桥机的组装工艺优化和各项改装后，由此所带来的效益是比较可观的。
　　(1)桥机采用新工艺组装后，不仅提高了其机动性能，而且转场时发生的费用也大大降低，原组装工艺其费用是桥机造价的8%，即：160万元×80%=12.8万元（该数据由厂家提供），采用新工艺组装后的费用约为2.5万元。
　　(２)运梁台车的改造
　　运梁台车改造前，在1KM铺架施工中，平均运距500m，每8小时（一个台班）可运输的次数为N前，改造后的为N后，其计算如下：
　　N前=（5m/min+10m/min）/2×60分× 8/（500m×2）=3.6次
　　N后=（20m/min+30m/min）/2×60分×8/（500m×2）=12次
　　改造后比改造前平均每个台班多运输了N后-N前=12-3.6=8.4次
　　按照每片梁65t，单价55元/t计算，每个台班多产效益为65t×50元/t×8.4片梁=27300元，每月增加产值近71900元，约72万元。
　　(3)液压元件的互换和更换：
　　液压元件的更换和互换不但保证了架桥机能安全、正常的生产，同时也间接地创造了经济效益。
　　综上所述，经过改变组装工艺和对桥机其它部分的改造，其效益是很可观的，在增加效益的同时，也提高了桥机的安全性和完好率。

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