步履式换步过孔型架桥机的自平衡原理通过机械结构设计与动态载荷调节实现复杂工况下的稳定性控制，其核心在于通过支腿支撑体系、液压协同驱动与智能监测系统的联动，实时调整重心分布以抵消倾覆力矩。以下从关键技术与实现机制展开说明。
一、支腿支撑体系的刚性约束
架桥机采用多支点协同支撑结构，通常由前支腿、中支腿、后支腿及辅助支撑轮组组成。在过孔过程中，通过交替支撑实现位移：
支撑转换逻辑：首先通过后支腿油缸将机身载荷转移**已架箱梁，释放前支腿；前支腿通过天车抓取支撑架后，纵移油缸推动机身沿下滑轨前移，此时后支腿作为临时支点提供反力。这种交替支撑模式使整机重心始终处于支撑区域内，避免悬空失稳。
接触面积优化：支腿底部采用活动支撑腿设计，可横向展开以增加与梁面的接触面积（如 HSGK 系列油缸行程 1000mm），配合防滑齿纹或橡胶垫，提高摩擦力以抵抗纵移时的水平分力。
二、液压系统的动态载荷分配
液压系统通过压力油的实时分配实现多机构协同调平：
支腿油缸联动控制：各支腿油缸配备独立压力传感器（精度 ±0.5% FS），当某支点压力偏差超过 5% 时，系统自动调整对应油缸流量，通过同步阀或机械刚性连接强制位移一致。例如，三号柱的液压驱动轮胎走行系统采用变量泵 - 定量马达回路，可适应 20‰纵坡与 R5500m 曲线半径的架设需求。
吊装均衡机制：在箱梁吊装时，四吊点的重量传感器数据经主控制器计算后，通过变频调速模块调节卷扬机输出，将载荷偏差控制在 3% 以内。这种 “四点起吊、三点平衡” 技术通过动态调整吊点压力，防止箱梁因局部过载变形。
三、传感器网络的实时监测
自平衡系统依赖多维度传感器矩阵实现全工况感知：
姿态监测：双轴倾角传感器（精度 ±0.1°）安装于主梁端部，实时监测横向 / 纵向倾角。当倾角超过 3° 时，系统自动触发支腿油缸补偿高差，通过电动丝杆实现自动化调平，避免因重心偏移导致倾覆。
位移反馈：拉线式位移传感器（精度 ±0.05% FS）集成于支腿油缸活塞杆，结合编码器监测纵移电机轴端位移，形成闭环控制回路。例如，在过孔过程中，位移数据通过 CAN 总线传输** PLC，实时修正纵移速度与油缸行程。
四、配重与机械锁的冗余设计
为应对极端工况，架桥机采用多重物理约束增强稳定性：
动态配重平衡：在过孔时，通过天车抓取前支腿支撑架作为临时配重，与机身自重形成力矩平衡。例如，双导梁架桥机通过后端起吊预制箱梁作为配重，使整机重心始终位于支撑区域中心。
机械锁双重保护：支腿油缸采用插销轴液压锁定机构，当油管破裂或泄漏时，机械插销与液压锁同步动作，防止支腿沉降。这种双重锁定可承受 60-150 吨顶升载荷，确保箱梁吊装时的静态稳定性。
五、典型工况下的协同逻辑
以过孔流程为例，自平衡机制具体表现为：
支腿交替支撑：后支腿顶升承载→前支腿解锁→纵移油缸推动机身前移→前支腿重新锁定→后支腿回缩并前移，形成 “抬腿 - 迈步 - 落腿” 的循环步态。
动态纠偏补偿：在纵移过程中，若倾角传感器检测到主梁倾斜，系统自动调整对应支腿油缸行程，通过 “压力 - 流量” 双闭环控制实现毫米级精度补偿。
应急制动响应：当风速＞12m/s 或支腿沉降速率＞5mm/min 时，系统立即触发液压推动缸抱死行走钢轮，配合轨道挡铁实现双重制动，制动距离≤200mm。
该原理通过机械刚性约束 + 液压动态补偿 + 电气智能联锁的复合设计，确保架桥机在过孔、吊装等关键工序中保持稳定。例如，在珠肇高铁项目中，900 吨架桥机通过 “不倒翁” 算法实时监测滚轮与机架压力，结合边缘计算网关快速处理数据，将过孔倾覆风险降低 70% 以上。自平衡系统的核心在于将离散的机械动作转化为***可控的协同运动链，**终实现 “以静制动、以动制变” 的稳定作业。
