大噸位雙回轉(zhuǎn)鐵路救援起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)研究.pdf

1、當(dāng)前，鐵路救援起重機(jī)是保證鐵路暢通，以及處理突發(fā)事故的不可或缺的重要裝備，轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)作為鐵路救援起重機(jī)的重要組成部分，鐵路起重機(jī)的性能在很大程度上受到轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的重量以及結(jié)構(gòu)形式的影響。因而本文以我國自主研發(fā)的QTJS160型起重機(jī)為研究背景，希望為祖國未來的鐵路起重機(jī)的發(fā)展提出自己的一些設(shè)想。
　　本文在研究了國內(nèi)外鐵路起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)況以及對(duì)比了兩種回轉(zhuǎn)方案的優(yōu)劣之后，決定以QTJS160型起重機(jī)為設(shè)計(jì)背景，提出初步的雙回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案，

2、并在此基礎(chǔ)上對(duì)初始方案進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下:
　　(1)創(chuàng)造性地將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)應(yīng)用到鐵路起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)中，以轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的柔度最小為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化后的體積為約束條件，研究了常用的拓?fù)鋬?yōu)化方案和數(shù)學(xué)計(jì)算方法，推導(dǎo)出拉格朗日乘子法求解變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化問題，建立了基于變密度法的轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型。依托ANSYS WORKBENCH協(xié)同仿真平臺(tái)，建立了上、下轉(zhuǎn)臺(tái)初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型，利用Shape Optimiz

3、ation(形狀優(yōu)化)模塊完成對(duì)初始模型的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)可制造化處理得到了一個(gè)全新的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，上、下轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量分布下降了39.41％和41.89％，輕量化效果十分顯著。
　　(2)拓?fù)浜蟮霓D(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)由于板厚為初始值，且局部尺寸尚未精確，因此在對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依然存在材料富余情況，可以通過尺寸優(yōu)化方法進(jìn)行進(jìn)一步的輕量化設(shè)計(jì)。首先通過靈敏度分析，找出對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和質(zhì)量影響較大的設(shè)計(jì)因素作為變量，以結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量作為優(yōu)化

4、目標(biāo)函數(shù)，以材料許用應(yīng)力作為約束條件。之后，通過中心組合設(shè)計(jì)（Central Composite Design）方法確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算樣本，建立響應(yīng)面，并經(jīng)過預(yù)測值吻合度和參數(shù)相關(guān)性對(duì)所建立的響應(yīng)面進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果是理想的。繼而基于MOGA(多目標(biāo)遺傳算法)完成對(duì)上、下轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化計(jì)算，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到的結(jié)論是優(yōu)化后的轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)符合材料強(qiáng)度和剛度的要求，且與拓?fù)浜蟮慕Y(jié)果比較，上轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量下降34.74％，下轉(zhuǎn)臺(tái)也有16

5、.61％的降幅。再將優(yōu)化后的上、下轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真分析，通過校核得到結(jié)論:優(yōu)化后的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。
　　(3)在轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)靜力學(xué)強(qiáng)度和剛度得到充分校核之后，完成了一系列其他方面的分析工作，包括:轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析、屈曲分析以及非線性分析。在動(dòng)態(tài)分析中通過Block Lanczos模態(tài)提取方法得到轉(zhuǎn)臺(tái)前六階頻率，轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的一階固有頻率為0.63883HZ，處于一個(gè)較低的值，容易產(chǎn)生共振，配重需要支腿來穩(wěn)定;在諧響應(yīng)分析中

6、，從結(jié)果的振幅響應(yīng)曲線中可以看出，在不同頻率的激勵(lì)載荷作用下，轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在第四階（頻率為3.5181Hz）的時(shí)候振幅響應(yīng)出現(xiàn)峰值，因此第四階容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的共振現(xiàn)象;屈曲分析中，取一階屈曲載荷系數(shù)，則下轉(zhuǎn)臺(tái)屈曲載荷為63069N，轉(zhuǎn)換成質(zhì)量就是在配重伸縮臂全伸時(shí)候配重質(zhì)量達(dá)到63.069t就會(huì)使優(yōu)化后的下轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)生屈曲失穩(wěn)，工況中配重質(zhì)量在安全范圍內(nèi)。然后對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行非線性分析發(fā)現(xiàn):在線性分析中，壓應(yīng)力分布較為均勻，而考慮摩擦接觸時(shí)，由