架桥机论文结构优化设计论文

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1、架桥机论文结构优化设计论文TJ165型架桥机1号柱结构优化设计摘要：详细地分析了TJ165型铁路架桥机1号柱的各种受力状况，对1号柱结构进行了强度有限元计算和优化设计。结论是1号柱设计是合理的，安全是保证的。关键词：架桥机；1号柱；优化设计1八八•、■刖BTJ165型架桥机是为架设200公里客货共线铁路桥梁而设计的铁路专用架桥机，铁路架桥机与一般起重设备的结构设计有较大的区别，一般起重设备外形尺寸设计灵活，选择范围大，自重也没有太多的限制。而铁路架桥机既要满足铁路运输要求，又要满足架桥的施工要求，其外形尺寸和自重受铁路运输的限制只能限定在较小的范围之内，但内

2、部净空必须能通过重达165吨的2201型碇梁，满足架桥的施工要求。如何在有限的空间内合理设计架桥机各部结构，这是TJ165型架桥机结构设计的关键问题。TJ165型架桥机的总体结构见图1,它主要由车体、机臂，0号柱、1号柱、2号柱、3号柱，两台吊梁小车和两台铺轨小车组成。2TJ165型架桥机的作业工况及受力分析TJ165型架桥机作业工况主要有以下三种：（1）悬臂状态：这是架桥机桥墩对位作业工况，机臂处于全悬臂状态，1号柱受压。（如图2a所示）（2）单点吊梁状态：这是架桥机出梁的作业，机臂处于简支受单点集中载荷状态。1号柱受压。（如图2b所示）（3）双点吊梁及横

3、移梁状态：这是架桥机落梁和移梁作业，机臂处于简支受双点集中偏移载荷状态，1号柱受不对称偏载。（如图示2和图3所示）。2•号柱结构设计一号柱位于车体前转向架中心断面处，它不仅作为机臂的一个竖向支托点，承受各工况的载荷，还允许机臂沿纵向前后伸缩移动（设支承轮）和水平、竖向转动，以实现机臂的摆头和翘头动作。•号柱设计成套筒式龙门结构，（图4所示）通过套筒的伸缩，实现主机高度的调整。为了确保主机具有在隧道内架设32m跨桥梁、在铁路上运输、自行的功能，其结构尺寸和高度均受到相应的严格限定，为了最有效地利用空间，将一号柱的外形设计成和铁路运输限界相似的形状。但即便如此，

4、总体设计时分配给一号柱的截面设计空间尺寸只有300mm的狭长位置。因此在设计时，对一号柱机臂全悬、单点跨屮吊梁、双点吊梁横移三种最危险工况，进行有限元计算和数值仿真，实现在满足强度要求的同时对一号柱优化设计。3一号柱有限元计算分析一号柱在机臂全悬工况和吊梁横移工况下受力较大，所以一号柱的计算分两个工况：全悬状态、吊梁横移。-号柱采用板壳单元建模。4.1机臂全悬工况全悬工况下，一号柱受载荷由已知的结构载荷计算得到，如下图:一号柱的反力载荷F1=183.7t,二号柱的反力载荷F2=94.5t,一号柱自重市程序单元自动计入。此时边界支撑情况为四个支腿全约束。应力计

5、算结果如图6所示，最大主应力处于1号柱支撑位置，最大等效应力SEQV=156.5MPao竖直方向变形计算结果如图6所示，最大挠度6.8mm。4.2吊梁横移工况在吊梁横移工况下计算得到的一号柱支座反力FY左=0.141E+07N（方向向下），尸丫右=-82076N（方向向上），作为载荷加在-号柱支撑梁上，加载后计算得到最大等效应力为225.8MPa,如图7,最大垂向位移为10.6mm,如图9。4.3计算结果分析与结构优化以上两种工况下给出-号柱的计算结果，均为初始结构经过多次优化的最终结果，均满足允许应力条件。由于初始结构计算结果应力和变形偏大，在以结构满足允

6、许应丿J[q]=230MPa为基准，同时考虑结构加工的便利的条件下，对一号柱原设计作岀了许多修改，部分方案如下：（1）吊杆-•做了较大修改：①两弓形梁中间加…根斜支撑梁;②吊杆一上、下口内侧均加焊斜向板；③上侧补强板沿吊杆一腹板方向做成箱型；④上下补强板Z间用50mm厚板连接（或用两块25mm厚板焊成T型材）；（2）弓形梁做了部分修改：①腹板改为8=25mm的板；②顶部弯曲处，在两腹板中间加一段补强板5=10mm；(3)支撑梁局部修改：①对应一号柱下口加斜向板处加竖向劲板；②对应吊杆二内侧腹板位置加劲板8=10mm；(4)各构件之间连接部位，加倒角斜板。5结

7、论TJ165型架桥机一号柱经优化设计后，对原设计作了许多改进，调整了局部结构板厚和隔板位置，在最不利工况下，最大应力小于230Mpa许用应力，使其结构更合理，说明有限元方法能提高设计效率，保证了产品的安全性能。现TJ165型架桥机已制造近50台，是铁路架桥的主要施工设备，已架设桥梁数万孔，2007年TJ165型架桥机获铁道部科技进步三等奖。参考文献[1]铁路架桥机架梁暂行规定[M]•北京：中国铁道出版社,2005.[2]GB381—83•起重机设计规范[M]•北京：中国标准出版社,1984.[3]唐经世•防止铁路架桥机横向倾覆的技术措施[J]•建筑机械化,2

8、004,(10).