TLJ1 000 t 架桥机后支腿结构与分析＊

2022-05-27冯扶民孙玉桥

科技与创新 2022年10期

杨检，冯扶民，孙玉桥

（秦皇岛天业通联重工科技有限公司，河北秦皇岛 066000；河北省重型装备技术创新中心，河北秦皇岛 066000）

架桥机是一种架设预制梁体的特种施工设备，可将预制好的梁体通过起吊、移运、下放等操作安装在预制好的桥墩上。TLJ1 000 t架桥机的整机自重为630 t，额定起质量为1 000 t，最大架设跨度为40 m。TLJ1 000 t架桥机主要包含主梁、前后起重天车、前支腿、后支腿、辅支腿、电液系统、动力系统、安全附属装置等[1]。整机总装配如图1所示。

图1 架桥机总成图（单位：mm）

TLJ1 000 t架桥机采用起重天车定点吊梁，可架设20 m、24 m、32 m、40 m双线整孔箱梁，工作过程如下。

架桥机处于架梁工作状态后，后支腿垫梁稳固支撑于梁面，前支腿安装好防滑锚装置。运梁车驮运砼梁到达架桥机尾部，运梁车上的前、后驮梁小车前移喂梁。后驮梁小车与架桥机的前起重天车自后支腿位置共同起吊砼梁，并前移喂梁至架桥机腹内。后起重天车运行至砼梁后吊点，并与前起重天车共同将砼梁吊起离开驮梁小车，驮梁小车归位，运梁车返回梁场运送下一片梁。前、后起重天车起吊砼梁架梁到位。

架桥机处于过孔工作状态后，前、后起重天车运行至架桥机尾部做配重，后支腿油缸顶起，倒运后支腿台车轨道铺设在已架梁面上，后支腿油缸回缩，台车落在轨道上。前支腿滚轮支撑主梁，后支腿台车驱动整机主框架前移，辅支腿前移至前方桥墩并支撑在桥墩上。前支腿悬空脱离桥墩，挂轮电机驱动前支腿沿主梁下轨道前移至前方桥墩到位。前支腿支撑在前方桥墩，辅支腿悬空。后支腿台车驱动整机主框架前移到位，后支腿油缸顶起，台车悬空，台车轨道移位至梁面两侧。后支腿油缸回缩，下垫梁落放至梁面，油缸悬空。再次进入下一个工作状态。

1 TLJ1 000 t架桥机工况分析

通过对架桥机整个过孔步骤进行分析，可以得到架桥机的架梁、过孔及非工作状态下的多种工况。

4种主要架梁工况如下：①前起重天车位移至后支腿处，与后驮梁小车共同起吊砼梁，后起重小车空载；②前起重天车满载并位移至2台起重天车中心位置距离49.6 m处；③后起重天车起吊砼梁，砼梁完全离开驮梁小车；④前后起重天车满载并位移至架梁处。

4种过孔工况如下：①后支腿台车落在已铺设好的轨道上，油缸悬空；②前支腿滚轮支撑主梁，后支腿台车驱动整机主框架前移，辅支腿到达前方桥墩位置；③辅支腿支撑在前方桥墩，前支腿悬空，前后支腿距离最近；④挂轮电机驱动前支腿前移并支撑至前方桥墩，后支腿下垫梁落至桥面。

2 架桥机后支腿分析及ANSYS有限元计算

2.1 ANSYS软件介绍

ANSYS软件是由美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件，它功能强大，可以与多数计算机辅助软件（如CAD、UG软件等）实现数据的共享与交换，它的操作简单，现在已经成为国际最流行的有限元分析软件。在石油化工、航空航天、机械制造、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。

ANSYS软件中的结构静力分析模块，可以用来求解因外部载荷引起的位移、应力和约束反力等问题。可以利用该模块，对建立的架桥机三维模型进行力学分析，解决架桥机在实际的金属结构设计过程中遇到的各种问题。本文主要对TLJ1 000 t架桥机的后支腿进行分析。

2.2 后支腿结构分析

后支腿为“O”型闭合钢架[2]，也称“O型腿”，根据砼梁断面设计而成。两侧曲腿上部与主梁连接，下部与下横梁连接，结合主梁上部马鞍梁，形成一个闭环结构箱型支腿。

后支腿为整机主支撑支腿之一，也是承载最大的支腿。在架梁工况中，后支腿为刚性支腿既承受竖直重载，又要承受天车吊运砼梁时产生的水平惯性力。在过孔工况中，后支腿为整机主动力支腿，通过行走台车沿梁面轨道驱动整机前移过孔。

下横梁上安装行走台车、顶升油缸、回转梁。行走台车贯穿下横梁腹板，铰座与下横梁栓接。行走台车车轮为全驱，在架梁工况时，顶升油缸顶起后支腿，移除台车下部轨道，使行走台车悬空，回转梁两侧垫板支撑在梁面上，作为后承载面承受重载。回转梁设置立轴安装在下横梁底部，相对下横梁以立轴微动回转。在曲线过孔工况时，前支腿下部横移油缸驱动前支腿带动主梁以及后支腿以回转梁立轴为转轴进行小角度回转，从而调整整机姿态，使整机中心与线路中心基本重合，实现曲线过孔。在过孔工况中，顶升油缸顶起后支腿，安装台车下部轨道；顶升油缸收起，台车落放至轨道上，回转梁悬空。顶升油缸共计4支，布置如图2所示。

图2 后支腿总成图（单位：mm）

2.3 后支腿载荷计算

利用UG软件建立架桥机的三维模型。在上述架梁工况中，架梁工况三为后支腿在整个架桥机工作过程中最危险的工作状态（后起重天车起吊砼梁时），下面以该工况为例进行计算分析。

后支腿在此架梁工况中，台车脱离轨道悬空，下横梁用垫墩支垫在梁面上，后支腿最大载荷（考虑动载系数为1.1，砼梁自重偏载系数为1.05）[3]按1 155 t计算。后支腿结构材质为460C[4]。

利用ANSYS有限元分析软件对后架桥机后支腿进行静态有限元分析，得到后支腿的应力的分部情况，如图3所示。

图3 后支腿应力分部图

从图3可以看出，整体后支腿应力都在270 MPa以内，且大部分应力都小于240 MPa，因此后支腿整体结构是安全的。

后支腿载荷变化如图4所示，从上述分析可以看出，前支腿悬空时，距离后支腿越近，后支腿的载荷就越大。过孔工况三为后支腿在整个架桥机工作过程中最危险的工作状态，此时前支腿悬空，前、后支腿的距离最近，后支腿不再由回转梁两侧垫板支撑在梁面上承受重载，而是由后支腿台车支撑。所以此工况需要对后支腿台车进行计算及静态有限元分析，以校核台车的结构强度。下面对该工况下的后支腿台车进行计算分析。

图4 后支腿载荷变化图

后支腿底部有2个行走台车，如图5所示。每个台车与后支腿的下横梁铰座连接，整机过孔中最大载荷按500 t计算。单台台车承载250 t，考虑动载系数按250×1.1=275 t计算。

图5 行走台车（单位：mm）

2.3.1 台车铰轴计算

铰轴材料选用42CrMo，直径180 mm，按直径160～250 mm选取。[τ]=194 MPa，[σ]=337 MPa，剪力N=275 t，单耳板厚度δ=72 mm，双轴四剪。销轴抗剪强度τ=16×N/（3×π×d2）=16×275×10 000/（3×3.14×1802）=144 MPa≤[τ]=194 MPa，满足要求。

销轴抗弯计算：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，满足要求。

销孔壁承压应力，材质为Q460C，σc=（275×10 000/2）/（180×72）=109 MPa＜[σc]=1.4[σ]=416 MPa，满足要求。

2.3.2 台车箱体计算

台车箱体作为一个简支梁，跨中受力，单台台车考虑动载系数最大承载：Q=500/2 t×1.1=275 t。此工况下台车箱体应力分部情况如图6所示。