TLJ1 000 t 架橋機后支腿結(jié)構(gòu)與分析＊

楊 檢，馮扶民，孫玉橋

（秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司，河北 秦皇島 066000；河北省重型裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 秦皇島 066000）

架橋機是一種架設(shè)預(yù)制梁體的特種施工設(shè)備，可將預(yù)制好的梁體通過起吊、移運、下放等操作安裝在預(yù)制好的橋墩上。TLJ1 000 t架橋機的整機自重為630 t，額定起質(zhì)量為1 000 t，最大架設(shè)跨度為40 m。TLJ1 000 t架橋機主要包含主梁、前后起重天車、前支腿、后支腿、輔支腿、電液系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、安全附屬裝置等[1]。整機總裝配如圖1所示。

圖1 架橋機總成圖（單位：mm）

TLJ1 000 t架橋機采用起重天車定點吊梁，可架設(shè)20 m、24 m、32 m、40 m雙線整孔箱梁，工作過程如下。

架橋機處于架梁工作狀態(tài)后，后支腿墊梁穩(wěn)固支撐于梁面，前支腿安裝好防滑錨裝置。運梁車馱運砼梁到達(dá)架橋機尾部，運梁車上的前、后馱梁小車前移喂梁。后馱梁小車與架橋機的前起重天車自后支腿位置共同起吊砼梁，并前移喂梁至架橋機腹內(nèi)。后起重天車運行至砼梁后吊點，并與前起重天車共同將砼梁吊起離開馱梁小車，馱梁小車歸位，運梁車返回梁場運送下一片梁。前、后起重天車起吊砼梁架梁到位。

架橋機處于過孔工作狀態(tài)后，前、后起重天車運行至架橋機尾部做配重，后支腿油缸頂起，倒運后支腿臺車軌道鋪設(shè)在已架梁面上，后支腿油缸回縮，臺車落在軌道上。前支腿滾輪支撐主梁，后支腿臺車驅(qū)動整機主框架前移，輔支腿前移至前方橋墩并支撐在橋墩上。前支腿懸空脫離橋墩，掛輪電機驅(qū)動前支腿沿主梁下軌道前移至前方橋墩到位。前支腿支撐在前方橋墩，輔支腿懸空。后支腿臺車驅(qū)動整機主框架前移到位，后支腿油缸頂起，臺車懸空，臺車軌道移位至梁面兩側(cè)。后支腿油缸回縮，下墊梁落放至梁面，油缸懸空。再次進(jìn)入下一個工作狀態(tài)。

1 TLJ1 000 t架橋機工況分析

通過對架橋機整個過孔步驟進(jìn)行分析，可以得到架橋機的架梁、過孔及非工作狀態(tài)下的多種工況。

4種主要架梁工況如下：①前起重天車位移至后支腿處，與后馱梁小車共同起吊砼梁，后起重小車空載；②前起重天車滿載并位移至2臺起重天車中心位置距離49.6 m處；③后起重天車起吊砼梁，砼梁完全離開馱梁小車；④前后起重天車滿載并位移至架梁處。

4種過孔工況如下：①后支腿臺車落在已鋪設(shè)好的軌道上，油缸懸空；②前支腿滾輪支撐主梁，后支腿臺車驅(qū)動整機主框架前移，輔支腿到達(dá)前方橋墩位置；③輔支腿支撐在前方橋墩，前支腿懸空，前后支腿距離最近；④掛輪電機驅(qū)動前支腿前移并支撐至前方橋墩，后支腿下墊梁落至橋面。

2 架橋機后支腿分析及ANSYS有限元計算

2.1 ANSYS軟件介紹

ANSYS軟件是由美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件，它功能強大，可以與多數(shù)計算機輔助軟件（如CAD、UG軟件等）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交換，它的操作簡單，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際最流行的有限元分析軟件。在石油化工、航空航天、機械制造、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

ANSYS軟件中的結(jié)構(gòu)靜力分析模塊，可以用來求解因外部載荷引起的位移、應(yīng)力和約束反力等問題。可以利用該模塊，對建立的架橋機三維模型進(jìn)行力學(xué)分析，解決架橋機在實際的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的各種問題。本文主要對TLJ1 000 t架橋機的后支腿進(jìn)行分析。

2.2 后支腿結(jié)構(gòu)分析

后支腿為“O”型閉合鋼架[2]，也稱“O型腿”，根據(jù)砼梁斷面設(shè)計而成。兩側(cè)曲腿上部與主梁連接，下部與下橫梁連接，結(jié)合主梁上部馬鞍梁，形成一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)箱型支腿。

后支腿為整機主支撐支腿之一，也是承載最大的支腿。在架梁工況中，后支腿為剛性支腿既承受豎直重載，又要承受天車吊運砼梁時產(chǎn)生的水平慣性力。在過孔工況中，后支腿為整機主動力支腿，通過行走臺車沿梁面軌道驅(qū)動整機前移過孔。

下橫梁上安裝行走臺車、頂升油缸、回轉(zhuǎn)梁。行走臺車貫穿下橫梁腹板，鉸座與下橫梁栓接。行走臺車車輪為全驅(qū)，在架梁工況時，頂升油缸頂起后支腿，移除臺車下部軌道，使行走臺車懸空，回轉(zhuǎn)梁兩側(cè)墊板支撐在梁面上，作為后承載面承受重載。回轉(zhuǎn)梁設(shè)置立軸安裝在下橫梁底部，相對下橫梁以立軸微動回轉(zhuǎn)。在曲線過孔工況時，前支腿下部橫移油缸驅(qū)動前支腿帶動主梁以及后支腿以回轉(zhuǎn)梁立軸為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行小角度回轉(zhuǎn)，從而調(diào)整整機姿態(tài)，使整機中心與線路中心基本重合，實現(xiàn)曲線過孔。在過孔工況中，頂升油缸頂起后支腿，安裝臺車下部軌道；頂升油缸收起，臺車落放至軌道上，回轉(zhuǎn)梁懸空。頂升油缸共計4支，布置如圖2所示。

圖2 后支腿總成圖（單位：mm）

2.3 后支腿載荷計算

利用UG軟件建立架橋機的三維模型。在上述架梁工況中，架梁工況三為后支腿在整個架橋機工作過程中最危險的工作狀態(tài)（后起重天車起吊砼梁時），下面以該工況為例進(jìn)行計算分析。

后支腿在此架梁工況中，臺車脫離軌道懸空，下橫梁用墊墩支墊在梁面上，后支腿最大載荷（考慮動載系數(shù)為1.1，砼梁自重偏載系數(shù)為1.05）[3]按1 155 t計算。后支腿結(jié)構(gòu)材質(zhì)為460C[4]。

利用ANSYS有限元分析軟件對后架橋機后支腿進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，得到后支腿的應(yīng)力的分部情況，如圖3所示。

圖3 后支腿應(yīng)力分部圖

從圖3可以看出，整體后支腿應(yīng)力都在270 MPa以內(nèi)，且大部分應(yīng)力都小于240 MPa，因此后支腿整體結(jié)構(gòu)是安全的。

后支腿載荷變化如圖4所示，從上述分析可以看出，前支腿懸空時，距離后支腿越近，后支腿的載荷就越大。過孔工況三為后支腿在整個架橋機工作過程中最危險的工作狀態(tài)，此時前支腿懸空，前、后支腿的距離最近，后支腿不再由回轉(zhuǎn)梁兩側(cè)墊板支撐在梁面上承受重載，而是由后支腿臺車支撐。所以此工況需要對后支腿臺車進(jìn)行計算及靜態(tài)有限元分析，以校核臺車的結(jié)構(gòu)強度。下面對該工況下的后支腿臺車進(jìn)行計算分析。

圖4 后支腿載荷變化圖

后支腿底部有2個行走臺車，如圖5所示。每個臺車與后支腿的下橫梁鉸座連接，整機過孔中最大載荷按500 t計算。單臺臺車承載250 t，考慮動載系數(shù)按250×1.1=275 t計算。

圖5 行走臺車（單位：mm）

2.3.1 臺車鉸軸計算

鉸軸材料選用42CrMo，直徑180 mm，按直徑160～250 mm選取。[τ]=194 MPa，[σ]=337 MPa，剪力N=275 t，單耳板厚度δ=72 mm，雙軸四剪。銷軸抗剪強度τ=16×N/（3×π×d2）=16×275×10 000/（3×3.14×1802）=144 MPa≤[τ]=194 MPa，滿足要求。

銷軸抗彎計算：M=0.25×（275×10 000/2）×120=4.2×107N·mm，W=π×d3/32=3.14×1803/32=572 265 mm3，σ=4.2×107/572 265=74 MPa＜[σ]=337 MPa，滿足要求。

銷孔壁承壓應(yīng)力，材質(zhì)為Q460C，σc=（275×10 000/2）/（180×72）=109 MPa＜[σc]=1.4[σ]=416 MPa，滿足要求。

2.3.2 臺車箱體計算

臺車箱體作為一個簡支梁，跨中受力，單臺臺車考慮動載系數(shù)最大承載：Q=500/2 t×1.1=275 t。此工況下臺車箱體應(yīng)力分部情況如圖6所示。

圖6 臺車應(yīng)力分部圖

從圖6中可以看出，最大應(yīng)力σ=375 MPa，在軸承座接縫的邊角位置，應(yīng)屬于ANSYS軟件的計算奇異點，可忽略。應(yīng)力大于200 MPa的區(qū)域在奇異點附近，區(qū)域非常小，整體臺車箱體應(yīng)力都在200 MPa以內(nèi)，且大部分小于160 MPa，因此臺車箱體結(jié)構(gòu)是安全的。

3 結(jié)束語

本文對TLJ1 000 t架橋機后支腿的結(jié)構(gòu)及整個架橋機的工作過程進(jìn)行了分析，將架橋機的后支腿進(jìn)行三維建模，并利用ANSYS軟件對架橋機后支腿進(jìn)行有限元分析和校核計算，最終得到了后支腿在最危險情況應(yīng)力的分布情況，為架橋機的可靠性設(shè)計提供了理論依據(jù)。