TJ165型架橋機(jī)吊梁行車結(jié)構(gòu)分析

任繼紅 萬恒國

（1.中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司 十堰 442012；2.中鐵重工有限公司 武漢 430063）

TJ165型架橋機(jī)是我國目前最先進(jìn)的鐵路架橋機(jī)，主要用于鐵路T梁的架設(shè)施工作業(yè)。由于鐵路架橋機(jī)要在鐵路上行走，其外形尺寸受鐵路運(yùn)輸限界的限制，不能做得太大，而架橋作業(yè)時(shí)要起吊160t的T梁梁片，必須保證梁片能通過架橋機(jī)車體，并有足夠的起升空間，其內(nèi)凈空要求越大越好，因此，架橋機(jī)各部件的有效設(shè)計(jì)空間十分狹小，如何在狹小空間內(nèi)設(shè)計(jì)大噸位的起重設(shè)備是架橋機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一［1］。

1 吊梁行車設(shè)計(jì)

根據(jù)架橋機(jī)總體設(shè)計(jì)方案，1臺(tái)架橋機(jī)上要配備2臺(tái)起重量85t的吊梁行車，2臺(tái)吊梁行車可起吊160t的T梁梁片沿架橋機(jī)大臂縱向移動(dòng)（見圖1），整個(gè)梁片到達(dá)橋跨上方后，吊梁行車又可吊梁橫向移動(dòng)，梁片到達(dá)橋梁支座上方后落梁安裝，完成架梁作業(yè)。而每臺(tái)吊梁行車僅有3 000 mm×3 000mm×1 300mm的狹小設(shè)計(jì)空間。

圖1 吊梁行車吊梁縱移

在如此狹小的空間內(nèi)設(shè)計(jì)起重量達(dá)85t的吊梁行車，在一般的起重機(jī)械里是沒有先例的，吊梁行車的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)架的強(qiáng)度、剛度以及起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型都是十分困難的課題。為達(dá)到上述目的，根據(jù)鐵路架橋機(jī)獨(dú)特的施工方式，通過多種方案比選，吊梁行車設(shè)計(jì)成下掛內(nèi)藏形式，以充分利用有限的設(shè)計(jì)空間。

吊梁行車由大車架、橫移小車、起升機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)組成。大車架結(jié)構(gòu)為框架形式，懸掛在架橋機(jī)大臂的下耳梁上，其上安裝4組行輪，可沿大臂縱向移動(dòng)。橫移小車設(shè)計(jì)為船形，艙內(nèi)安裝2臺(tái)行星卷揚(yáng)機(jī)，兩端安裝起升滑輪組和吊鉤，橫移小車安裝在大車框架內(nèi)。在大車架的主梁內(nèi)安裝橫移機(jī)構(gòu)，通過絲桿、螺母裝置可驅(qū)動(dòng)橫移小車沿大車框架內(nèi)的軌道左右橫向移動(dòng)。吊梁行車的外形尺寸為2 832mm×3 060mm×1 256mm，滿足總體設(shè)計(jì)要求［2］。圖2為吊梁行車工作圖。

圖2 吊梁行車工作圖（單位：mm）

2 吊梁行車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

由于吊梁行車的結(jié)構(gòu)是主要的承載構(gòu)件，為確保施工作業(yè)的安全性和結(jié)構(gòu)的合理性，利用數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)吊梁行車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算審核，并優(yōu)化處理。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用ANSYS單元庫中的SHELL63板單元建立計(jì)算模型，對(duì)結(jié)構(gòu)的連接、約束與載荷分布進(jìn)行合理處理。計(jì)算的最不利工況為吊梁橫移工況，等效載荷為850×1.25＝1 062kN。

2.1 大車構(gòu)架計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化

大車構(gòu)架的原設(shè)計(jì)在計(jì)算時(shí)，主梁與立柱連接處的局部應(yīng)力超過了230MPa的許用應(yīng)力，為此做了2次優(yōu)化改進(jìn)，主要修改方案如下：

（1）第一次優(yōu)化。在4個(gè)立柱立板下方的主梁內(nèi)各加焊2塊隔板（尺寸：10mm×394mm×233mm）；最大等效應(yīng)力219.2MPa，垂向變型2.2mm（向下），見圖3、圖4。

圖3 吊梁橫移工況下大車構(gòu)架等效應(yīng)力圖（一次優(yōu)化）

圖4 吊梁橫移工況下大車構(gòu)架垂向變形圖（一次優(yōu)化）

由于最大應(yīng)力接近了材料230MPa的許用應(yīng)力，又對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第二次優(yōu)化。

（2）第二次優(yōu)化。將4個(gè)立柱立板下方主梁的內(nèi)隔板移到與立板平齊，然后將立柱的斜板拉通，直接與主梁連接；最大等效應(yīng)力196.8MPa，垂向變型2.1mm（向下），見圖5、圖6。

圖5 吊梁橫移工況下大車構(gòu)架等效應(yīng)力圖（二次優(yōu)化）

圖6 吊梁橫移工況下大車構(gòu)架垂向變形圖（二次優(yōu)化）

2.2 橫移小車計(jì)算結(jié)果

橫移小車為船形結(jié)構(gòu)，其受力效果很好，最大等效應(yīng)力17.8MPa，最大垂向位移0.13cm，見圖7。

圖7 吊梁作業(yè)時(shí)橫移小車等效應(yīng)力圖

計(jì)算結(jié)論：結(jié)構(gòu)經(jīng)優(yōu)化處理后，大車構(gòu)架最大應(yīng)力發(fā)生在吊梁橫移工況，最大等效應(yīng)力196.8 MPa；橫移小車最大應(yīng)力發(fā)生在吊梁工況，最大等效應(yīng)力17.8MPa，2項(xiàng)結(jié)果均小于許用應(yīng)力［σ］＝230MPa，故符合結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度要求。

3 結(jié)語

TJ165型架橋機(jī)吊梁行車設(shè)計(jì)成下掛內(nèi)藏形式，充分地利用有限的設(shè)計(jì)空間，滿足了總體設(shè)計(jì)外形尺寸的要求。主要結(jié)構(gòu)采用數(shù)字仿真技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整了原結(jié)構(gòu)局部連接方法和隔板焊接位置，在最不利工況下，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力小于230 MPa許用應(yīng)力，符合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。現(xiàn)TJ165型架橋機(jī)已投入使用50多臺(tái)，架設(shè)橋梁40 000多孔，實(shí)踐證明TJ165型架橋機(jī)及吊梁行車設(shè)計(jì)是成功的。

［1］鐵建設(shè)［2006］181號(hào)鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程［S］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］GB／T 3811－2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.