百米长的钢铁巨物
在数十米高空上演凌空架桥的绝技
可变形的手臂
4小时内让桥梁“脱胎换骨”
为了筑就万里高铁
央企工程师打造筑桥“神器”
让山川沟壑化为坦途
近日
中央广播电视总台科教频道
《科幻地带》专题节目聚焦
世界首台千吨级架桥一体机“昆仑号”
世界首台换运架一体机“太行号”
背后的研发故事
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央视《科幻地带》栏目40分钟专题聚焦
上演凌空筑桥绝技
在我国高铁桥梁建设过程中
空中架桥机发挥了巨大作用
但是随着我国高铁技术的迅速发展
传统24米和32米长的高铁箱梁
已无法适应需求
时速400千米的高铁
对桥梁架设提出了更高的要求
新一代的架桥机的研发迫在眉睫
为了适应新时期铁路建设
中国铁建铁五院研发团队
扛起新一代架桥机研发重任
工程师们夜以继日攻坚克难
最终拿出了下导梁架桥机设计方案
但是整套设备的重量却达到近1450吨
功能性虽然满足要求
但经济性和特殊工况适应性还存在不足
在否定下导梁架桥机设计方案后
工程师们选出上导梁架桥机方案
这套设计方案集运梁、架梁于一体
但架桥机主梁强度难以达到要求
这台“钢铁巨兽”没有足够强壮“脊梁”
在高空吊运箱梁时就有可能被压折
为了解决这一问题
工程师们将架桥机主梁高度设计为5米
为让大梁体拥有足够纵向和横向稳定性
创新性地采用双Π型结构和梯形连接体系
新型结构设计搭配高强度钢材的制造
让新一代架桥机拥有了强壮而富有韧性的“脊梁”
小支腿如何撑起大身板
随着架桥机“脊梁”的问题顺利解决
我国新一代空中架桥机设计工作
进入白热化攻坚战阶段
用什么样的“腿”支撑起架桥机的“脊梁”
新的难题又摆在工程师们面前
上导梁方案的架桥机跨越桥墩并进行架桥时
需要像变形金刚一样
将折叠在身体下方的三角形支腿展开
支撑在第一节桥墩上
架桥机和箱梁的一部分重量
会逐渐转移到小小的三角形支腿上
而随着架桥机不断向前移动
支腿的荷载也在不断增加
向前移动的推力也会施加在三角形支腿上
如果不能将这个推力化解掉
三角形支腿就会被推倒
导致钢铁巨物从数十米的高空坠落
为了解决这一问题
工程师们捋清了
架桥机主梁与三角形支腿的受力强度
尺寸与变形的关系以及移动逻辑关系
并形成了一套算法
在三角形支腿上方
与主梁接触部位设计一套托滚轮
当架桥机向前推进时
这套托滚轮会向前方转动
以此抵消架桥机前进时产生的推力
工程师们还通过将原本平滑的滚轮设计为弧形
增大了滚轮与主梁导轨的接触面积
解决了滚轮运行流畅度问题
在后续研发试验进程中
工程师与国内轴承厂商合作
打造了承重能力超强且十分灵活的球形轴承
作为金属关节连接架桥机后车与主梁
保证了百米长的机身在曲线桥梁上精准走位
支腿移动的问题也在后续现场应用中解决
“横空出世莽昆仑，阅尽人间春色”
新一代架桥机被命名为“昆仑号”
在短短的两百多天时间里
共架设40米高铁箱梁298孔
顺利完成了湄洲湾跨海大桥架设任务
并为建设项目节省了大量时间和成本
作为新时代国之重器
“昆仑号”模型还被中国国家博物馆永久收藏
太行号展臂振翅
建成于1999年的朔黄铁路
是连接朔州市和沧州市黄骅港的重载铁路
其正线总长近598公里
是我国北煤南运的交通大动脉
但该铁路的很多桥梁由于通车量大
及年限问题老化严重
进行养护工作对换梁设备提出了新的需求
工程师们又着手研发出“太行号”换梁机
来为桥梁“做手术”
为保证每趟列车都准时准点地到达目的地
换梁必须保证在4小时窗口期内进行
要在这么短时间内完成复杂的流程
还不能触碰铁路两边及上方电气化设施
工程师们经过大量研究后
选择了“两车加一机”的方案
换梁机底盘高度加上桥梁梁体高度
都要控制在此区间之内
工程师们又将小车高度控制在1.2米以内
确保整台换梁机的流畅作业
“太行号”的支腿
平时折叠起来放平
需要在不触碰沿线电气设备
的情况下到达作业地点
当进行换梁工作时
就像蝴蝶一样展开立起
为了让这一套动作流畅进行
并在展开后可以承受数百吨的压力
工程师们逐一分析每个动作的受力模型
通过轴承、油缸等机械结构
合理布局来实现形态的转换
精密配合完成桥梁“手术”
在“太行号”建造完成后
就在朔黄铁路实验线上进行了多次实验
希望达到设计的预期效果
为了让立柱受力时也能保证保持顺滑伸缩
在“太行号”开进施工现场进行作业时
需要一支上百人的工人团队配合施工
如果一个流程执行错误
都会对换梁作业产生影响
工程师们将整个换梁作业进行分解
用可视化的图表将每一道工序展现了出来
通过一张小小的工序卡
工人们对整个换梁作业流程一目了然
“太行号”和“昆仑号”分别代表
两个细分领域“国之重器”
而伴随我国基建事业的进一步发展
新的装备需求将会被不断提出
国资央企将持续提升自主创新能力
不断提升重大装备和成套设备领域
的研发设计和系统集成能力
力争在原创技术、关键核心技术创新
方面作出更大贡献
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