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圖①：首架之前，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;設(shè)備安裝調(diào)試現(xiàn)場。
圖②：“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;即將穿過框架門式墩。
圖③：中鐵科工機械院技術(shù)人員在首架現(xiàn)場對“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;進行調(diào)試。
圖④：11月28日，全球首臺千噸級多模式新能源架橋機“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;完成首架。圖為俯瞰首架現(xiàn)場。 中鐵科工集團有限公司供圖
廣東省肇慶市，珠肇高鐵江門至珠三角樞紐機場段（簡稱“江機段”），隨著支腿伸縮，一臺紅色的架橋機在一座座狀如拱門卻高矮不一的橋墩下騰挪轉(zhuǎn)換，頂部緊貼“門框”，自如地下穿而過，巨大的箱梁被精準、平穩(wěn)地安放在支座上。
這是全球首臺千噸級多模式新能源架橋機“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;。自11月28日在珠肇高鐵江機段JJZQ-8標完成首架作業(yè)以來，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;便一直緊鑼密鼓地施工，截至12月19日，已完成架橋機的4次馱運、1次原地掉頭，架設(shè)箱梁28片，長達900米。
“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;不僅擁有“大力神通”，與常規(guī)架橋機相比還具有三大獨家法寶——“變形神技”、“綠色心臟”和“智慧大腦”。憑借多模式“變形神技”，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;能適應(yīng)限高、限寬等復(fù)雜極限工況；動力系統(tǒng)引入新能源，它擁有了一顆“綠色心臟”，更加節(jié)能環(huán)保；智能安全管理系統(tǒng)讓它更加聰明，能自動判斷、自動控制、自動執(zhí)行、自動啟停。中國中鐵工業(yè)旗下中鐵科工黨委副書記、總經(jīng)理李方敏說，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的研制，是我國推進高鐵建設(shè)大型裝備設(shè)備更新、綠色低碳轉(zhuǎn)型和數(shù)智化轉(zhuǎn)型的生動實踐。
“橋下建橋”，極限工況下多模式施展“變形神技”
“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的頂部是一根長長的機臂，也就是主梁，這是其主要承重構(gòu)件，與各支腿、起重小車連接；起支撐作用的是4個支腿——前輔助支腿、前支腿、單線中支腿和后支腿，其中前支腿、單線中支腿在過孔作業(yè)時起驅(qū)動支撐作用；機臂的耳梁上懸掛著前、后2個起重小車，負責起吊并運送箱梁到落梁位置。此外，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的主要部件還有動力系統(tǒng)、電氣液壓系統(tǒng)等。
“‘應(yīng)龍?zhí)?rsquo;是專為珠肇高鐵建設(shè)而研制的。”中鐵科工機械院副總工程師李珍西介紹，在“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;誕生之前，雖然國內(nèi)已有很多類型的架橋機，但是都無法滿足珠肇高鐵特殊、復(fù)雜的極限工況需求。
珠肇高鐵有哪些極限工況？據(jù)了解，珠肇高鐵與國家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分——廣湛高鐵相鄰，而且部分線路與廣湛高鐵重合，橋墩線間距很小，還存在不同線路高低差。
在珠肇高鐵與廣湛高鐵重合部分的線路，橋梁墩柱采用框架門式墩，“門”上為廣湛高鐵，“門”下則為珠肇高鐵，可謂“橋下建橋”。
珠肇高鐵大部分線路上都是連續(xù)超低門式墩，其凈高和凈寬將作業(yè)范圍“框”在限高最小8.4米、限寬8米的空間內(nèi)。由于自身尺寸限制，常規(guī)架橋機無法從“門”下鉆過，更別提“門”下吊梁作業(yè)。
如何讓架橋機不間斷穿過高矮不一的超低門式墩，并在限高限寬的施建條件下，一氣呵成完成箱梁架設(shè)？
“結(jié)合以往非標定制即針對特殊需求定制特種工程裝備的研發(fā)經(jīng)驗，我們中鐵科工技術(shù)團隊決定設(shè)計一種全新的工法模式。”中鐵科工機械院總工程師胡旭東說。
常規(guī)架橋機的中支腿尺寸很大，結(jié)構(gòu)就像“O”形，在傳統(tǒng)架設(shè)方式下，前、后起重小車在吊梁時要從中支腿的“O”形中穿過。一片箱梁架設(shè)完成后，架橋機的后支腿先“邁步”，接著是前支腿，然后是中支腿，通過支腿的輪換行進實現(xiàn)整臺架橋機往前“行走”。但珠肇高鐵的限界要求決定了“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的中支腿寬度不能超過箱梁的寬度，高度也要縮短。
突破從讓中支腿“活”起來開始。技術(shù)團隊把中支腿收上去貼近主梁，壓扁“O”形，讓箱梁從“O”形之下穿過。在設(shè)計推演中，圖紙上不斷增減的支腿和模塊部件的拼裝、拆解，讓技術(shù)團隊聯(lián)想到能自由拼組、靈活變化的“變形金剛”。
常規(guī)架橋機設(shè)備功能基本是一體化的，不能拆卸和衍生使用。技術(shù)團隊打破常規(guī)，在設(shè)計“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;時將架橋機各部件拆解為“模塊組”，在傳統(tǒng)單主梁架橋機基礎(chǔ)上實現(xiàn)模塊化衍生設(shè)計，針對特殊工況設(shè)置了專用單線中支腿，配合超低位轉(zhuǎn)換支撐，同時采用雙跨架設(shè)的全新架設(shè)方案。其中，專用單線中支腿的設(shè)計整體寬度小于箱梁寬度，最寬不超過6米；通過上下兩級伸縮、轉(zhuǎn)換等，其高度、姿態(tài)可靈活調(diào)整。
這種工法模式，使“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;擁有了“變形神技”，可以自由伸縮支腿、增減主梁節(jié)段，自如變換身姿。根據(jù)不同工況，它能靈活切換施工模式，在限寬限高的苛刻施工條件下高效架設(shè)箱梁。它既能在極限條件下架設(shè)460多噸重的單線箱梁，也能快速轉(zhuǎn)換為常規(guī)條件下架設(shè)千噸級的雙線箱梁。
節(jié)能環(huán)保，“綠色心臟”提供澎湃能量和強大動力
“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;并非世界首臺千噸級架橋機，卻是世界首臺應(yīng)用新能源技術(shù)的千噸級架橋機。
“以前架橋機用的發(fā)電機組比較多。架橋機并非一直持續(xù)作業(yè)，在斷續(xù)作業(yè)情況下又不能把發(fā)電機組反復(fù)關(guān)機重啟，這導(dǎo)致發(fā)動機經(jīng)常怠速運行，造成能量大量浪費。”李珍西介紹，中鐵科工技術(shù)團隊開發(fā)了“增程器+動力電池”動力源系統(tǒng)。
這是根據(jù)珠肇高鐵的特殊工況以及設(shè)備特性，為“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;專門配備的一套由大容量動力電池、65千瓦增程器以及輔助交流逆變器構(gòu)成的雙動力系統(tǒng)，能提供持續(xù)而強大的電能動力。
在純動力電池模式下，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;配備的大容量動力電池可以滿足架設(shè)兩片箱梁的作業(yè)能量需求。在不具備充電條件或者設(shè)備需連續(xù)作業(yè)時，增程器便上場了。它身兼發(fā)動機和發(fā)電機兩職，既能給設(shè)備運轉(zhuǎn)提供動力，又能給動力電池充電。
“增程器一體化集成了發(fā)動機和直流發(fā)電整流裝置。它用柴油發(fā)電，就像一個小型發(fā)電機組，以持續(xù)而穩(wěn)定的電流電壓滿負荷、高效率地給動力電池充電，使動力電池持續(xù)輸出電力負荷，將電能調(diào)節(jié)給用電設(shè)備。”李珍西說，當動力電池的電量充到95%左右時，增程器就可以停下來，發(fā)動機轉(zhuǎn)化為純動力電池模式。因此，發(fā)動機不存在怠速運行，實現(xiàn)了能量的充分利用。
用動力電池還有一個優(yōu)點，就是可以實現(xiàn)能量回收。當架橋機重載落梁時，通過起升電機反向發(fā)電，回收了梁片下降的重力勢能，進一步提升了設(shè)備對能源的利用率。
李珍西說，這顆“綠色心臟”不僅具有持續(xù)穩(wěn)定的強勁動力，節(jié)能效果也十分明顯，可實現(xiàn)設(shè)備節(jié)省燃油40%以上。
珠肇高鐵的施工現(xiàn)場緊張有序。與人們印象中很多大型機械設(shè)備的轟鳴聲震耳欲聾不同，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的行進、騰挪較為安靜。這是因為相對于發(fā)電機組，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;應(yīng)用的動力電池和靜音型增程器大大降低了噪聲。
“將新能源技術(shù)引入千噸級架橋機，有很多關(guān)口需要突破，首先要解決的是直流和交流的轉(zhuǎn)換問題。”李珍西進一步解釋，“架橋機上的設(shè)備適用交流電，而動力電池直接輸出的電是直流電。對此，我們使用了變頻器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，然后再供給用電設(shè)備。”
在政策扶持下，我國裝備制造業(yè)近些年不斷探索高端化、綠色化、智能化發(fā)展。從國內(nèi)首臺電驅(qū)千噸級箱梁輪胎式搬運機在雄商高鐵成功吊裝，到千噸級電驅(qū)動運梁車高效應(yīng)用于全國多家高鐵制梁廠，到“鵬來號”智能鋪軌機組揚名海外，再到“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;裝上“綠色心臟”，中鐵科工持續(xù)攻關(guān)，有力推進了設(shè)備更新、綠色低碳轉(zhuǎn)型、數(shù)智化轉(zhuǎn)型。
“智慧大腦”，實現(xiàn)“一鍵過孔”“一鍵架梁”
作為架設(shè)高鐵箱梁的利器，架橋機能將一個重達數(shù)百噸甚至千噸的箱梁平穩(wěn)地架設(shè)到橋墩之上。但箱梁的架設(shè)并非只靠力氣，還需要精確的計算、精密的協(xié)調(diào)，每一個動作都必須精準到位，毫厘之間便是安全大事。
與其他千噸級架橋機相比，“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;較為小巧，長為82米，高度在最低架梁狀態(tài)下不超過8.4米，寬度不超過6米。即便如此，它依然是個龐然大物，重達470多噸。
“這么重的一個龐然大物，在設(shè)備運行時首先要保證安全，這是最重要的。”李珍西提到架橋機前懸風險，“架橋機前行時，如果位于整機前面的部分越來越多、越來越重，就存在往前栽倒的風險。”
用好“智慧大腦”，“三思而后行”，才能保障設(shè)備安全。
中鐵科工技術(shù)團隊自主開發(fā)了集環(huán)境感知、姿態(tài)檢測、壓力傳感、智能防傾覆、圖像識別以及自動報警等6大關(guān)鍵系統(tǒng)為一體的智能安全管理系統(tǒng)。如果說該系統(tǒng)是“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的“智慧大腦”，那么傳感器就像神經(jīng)末梢。
“我們在‘應(yīng)龍?zhí)?rsquo;上布設(shè)了很多傳感器，遍布各重要點位，以此來監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)和姿態(tài)，針對監(jiān)控數(shù)據(jù)及時調(diào)整指令，防止設(shè)備傾覆。”李珍西全程參加了“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;的研制設(shè)計和首架作業(yè)，首架完成后，中鐵科工技術(shù)團隊人員根據(jù)架設(shè)情況對傳感器進行了調(diào)試、標定，確保點位精準、監(jiān)控有效。
“智慧大腦”不僅能實時監(jiān)測、采集架橋機各工序關(guān)鍵點安全數(shù)據(jù)，還能通過內(nèi)置的自動控制邏輯程序自動計算識別位置，自行判斷數(shù)據(jù)。在“智慧大腦”的指揮下，設(shè)備可自動執(zhí)行指令，一氣呵成完成插拔銷、伸縮、縱移等動作，實現(xiàn)“一鍵過孔”“一鍵架梁”。
李珍西說：“以往這些動作每一個都需要多人來監(jiān)控、操作、配合才能完成。現(xiàn)在借助智能安全管理系統(tǒng)，只要監(jiān)測反饋前置條件到位，工作人員按鍵操作便可順利實現(xiàn)。”
值得一提的是，“智慧大腦”內(nèi)置的自動控制邏輯程序?qū)崟r感知外部環(huán)境、自動計算識別設(shè)備位置后，可以自行判斷設(shè)備是否處于安全狀態(tài)，自動啟停定位精度可達毫米級。
在中支腿側(cè)面，設(shè)有一間面積僅1.7平方米的司機室，工作人員面對一塊操作屏、3塊監(jiān)控屏，不時操作按鍵。在這里，工作人員能看到“應(yīng)龍?zhí)?rdquo;各關(guān)鍵點位的視頻監(jiān)控畫面，也能看到起升重量、起升高度、水平度、支腿垂直度、走行速度、聯(lián)鎖保護等安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，通過觸屏或鍵盤操作，發(fā)出一個個指令。“智慧大腦”還與設(shè)備管理云平臺連接，只需一部手機、一臺電腦，工作人員便可在千里之外開展運維管理。
一系列新技術(shù)的應(yīng)用，讓架橋機自動化、智能化、信息化水平更高，安全性能更強。“架橋機的智能化、綠色化等變革一直是我們的努力方向，未來的架橋機會更安全、更‘聰明’！”中鐵科工機械院黨委書記王光欣表示。
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