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【摘 要】本文采用数字仿真技术，对JQ140型架桥机原结构进行分析计算，经过多次比选校核，提出合理的技术改造方案。通过技术改造，架桥机主要结构承载能力得到提高，经实际架桥检测，主要结构应力、应变均在允许范围内，达到了提高架桥机起重能力的目的。
【关键词】架桥机 技术改造 结构分析
一、架桥机改造目的
当下形势，铁路建设在国内已经得到快速发展，针对客货共线铁路的建设，时速一般为200公里，铁路桥梁通常采用2201型砼梁，架设重量为165吨，运用TJ165型架桥机架设。由于建设工期要求和设备购置困难，X局欲将一台JQ140型架桥机改造成能架设2201型砼梁的架桥机，起重能力由140吨提高至165吨。因起重载荷发生变化，需要对原JQ140型架桥机的主要承载结构进行检算，并根据计算得出的结果制定改造方案。
二、架桥机的结构和工况分析
（一）总体结构
JQ140型架桥机的组成部分主要包括：车体、机臂、0号柱、一号柱、二号柱、三号柱，还有两台吊梁小车和两台铺轨小车，如图1所示。
1、0号柱、2、吊轨小车、3吊梁小车、4、机臂、5、一号柱、6、二号柱、7、三号柱、8、车体
（二）工况分析
此类架桥机的危险工况有三种：机臂全悬、中点吊梁和吊梁横移。
1.什么是机臂全悬工况？
由于此工况为架桥机桥头对位过孔作业时，机臂将向前伸出至最大位置，此时0号柱已到达前方墩上方，但尚未支承在墩顶上，称为机臂全悬工况。
2.什么是中点吊梁工况？
当梁片的前端被前吊梁小车吊起并运行至桥跨中时，梁后端还处在车位上，仍保持没吊起的状态，称为中点吊梁工况。如图2所示。此时属于危险工况，需计算架桥机主结构的变形与强度。
3.什么是双点吊梁及横移工况？
砼梁已经纵移到桥跨上方，吊梁小车再将砼梁横移1150mm，此时梁片对准墩台支座位置落下的状态，称为双点吊梁及横移工况。如图3所示。此时属于最危险工况，需计算架桥机主结构的变形与强度。
三、架桥机结构有限元分析
限于篇幅本文仅介绍架桥机机臂和一号柱的结构分析和改造方案。
（一）有限元模型
在建立架桥机模型的时候，选择的是ANSYS单元库中的SHELL63块单元，在进行结构的连接、约束与载荷时要求处理得当，对各工况下结构的应力和变形做出计算。为确保满足仿真技术的要求，提出以下两点：
1.载荷：计算载荷取额定载荷的1.1倍（165X1.1=181.5吨），结构自重由程序自动计入。
2.约束处理：架桥机机臂承载模型如图4所示，为一次超静定结构。
（二）原机臂的计算
机臂在架桥机的承载构件中其占最主要承载构件，其总长度为47.31m，断面最大尺寸为1.36m×1.22m（高×宽），设有行车轨道和上下耳梁，重量为46.62t。机臂共划分53604个单元，几乎都是采用板单元建模。
由中点吊梁工况计算结果可以得出，最大应力为205.9 MPa，最大垂向挠度为151.905 mm。
（三）原一号柱的计算
在套筒式钢架结构中，机臂的上升下降是一号柱通过套筒的伸缩实现的。主机车前转向架中心断面处便是一号柱所处位置，一号柱是机臂的一个竖向支托点，也是机臂的一个水平和竖向的转动点。因为结构对称，受力对称的特点，全部采用板单元建模，本文只建立了一号龙门柱的1/2模型。
一号柱的最大应力是442.222 MPa，最大位移是56mm，达到超出其许用应力230 MPa。相比较中点吊梁工况更为有利，因此需要对吊梁横移工况进行补强。
四、结构补强方案
（一）机臂的结构补强方案
以上计算可知原机臂在吊梁横移工况下，应力水平保持较好，但在前后吊点处吊梁小车行轮与下耳梁接触的地方，最大应力在233.694 MPa。由此必须在这两地方进行局部补强。
因为是对老设备改造，要求保持截面形状和外形尺寸的不改变，就只能对机臂内部结构进行补强。为了施工方便简单，将前后吊点区域的下耳梁隔板加密一倍是最终的补强方式，便于改局部应力，同时应该增加一纵向隔板。
（二）一号柱的结构补强方案
由1号龙门柱的应力分析得知，在吊梁工况下，结构的应力水平在以下几个地方比较大：
1.平联杆与柱顶相接触的地方；
2.支承梁与柱顶相接触的地方；
3.支承梁拉杆与支承梁相接触的地方；
4.平连杆；
5.柱顶转角处；
总结上面出现的种种局部应力集中状况，进行多次的补强调整及不断的优化，最终决定补强方案如下：
（1）在平连杆内部补强一块10 mm隔板。
（2）在平连杆与柱顶构成的直角处补一块16mm三角肘板。
（3）在支承梁与吊杆上加一块16mm的盖板。
（4）在柱顶于吊杆相连接的地方，贴一块板，厚度为16 mm。
（5）支承梁与柱身相交的转角处补三块16mm肘板构成立体结构。
（6）在吊杆两侧加补强板，形成弧形过渡。
（三）校核机臂和一号柱补强后的情况
采取上述的补强方案后，机臂和一号柱的检算结果如下表所示：
从表中的数据可以看出补强后结构的应力和应变水平普遍下降，因此补强方案是有效果的。
五、结论
经过实际架桥的严格检测得出，JQ140型架桥机的结构应力均小于230Mpa的许用值，变形量也在允许范围内。2009年JQ140型架桥机投入包西铁路施工，安全架桥数百孔，日架桥数达八孔，各项技术指标均达到改造设计要求，说明JQ140G型架桥机技术改造是成功的。
参考文献：
[1]《铁路架桥机架梁暂行规定》.铁建设[2006]181号.中国铁道出版社.2005.
[2]《起重机设计规范》.GB/T3811-2009.中国标准出版社.
[3]万恒国.《TJ165型架桥机机臂优化设计与检测分析》.现代商贸工业.2011.7（281-282）
【关键词】架桥机 技术改造 结构分析
一、架桥机改造目的
当下形势，铁路建设在国内已经得到快速发展，针对客货共线铁路的建设，时速一般为200公里，铁路桥梁通常采用2201型砼梁，架设重量为165吨，运用TJ165型架桥机架设。由于建设工期要求和设备购置困难，X局欲将一台JQ140型架桥机改造成能架设2201型砼梁的架桥机，起重能力由140吨提高至165吨。因起重载荷发生变化，需要对原JQ140型架桥机的主要承载结构进行检算，并根据计算得出的结果制定改造方案。
二、架桥机的结构和工况分析
（一）总体结构
JQ140型架桥机的组成部分主要包括：车体、机臂、0号柱、一号柱、二号柱、三号柱，还有两台吊梁小车和两台铺轨小车，如图1所示。
1、0号柱、2、吊轨小车、3吊梁小车、4、机臂、5、一号柱、6、二号柱、7、三号柱、8、车体
（二）工况分析
此类架桥机的危险工况有三种：机臂全悬、中点吊梁和吊梁横移。
1.什么是机臂全悬工况？
由于此工况为架桥机桥头对位过孔作业时，机臂将向前伸出至最大位置，此时0号柱已到达前方墩上方，但尚未支承在墩顶上，称为机臂全悬工况。
2.什么是中点吊梁工况？
当梁片的前端被前吊梁小车吊起并运行至桥跨中时，梁后端还处在车位上，仍保持没吊起的状态，称为中点吊梁工况。如图2所示。此时属于危险工况，需计算架桥机主结构的变形与强度。
3.什么是双点吊梁及横移工况？
砼梁已经纵移到桥跨上方，吊梁小车再将砼梁横移1150mm，此时梁片对准墩台支座位置落下的状态，称为双点吊梁及横移工况。如图3所示。此时属于最危险工况，需计算架桥机主结构的变形与强度。
三、架桥机结构有限元分析
限于篇幅本文仅介绍架桥机机臂和一号柱的结构分析和改造方案。
（一）有限元模型
在建立架桥机模型的时候，选择的是ANSYS单元库中的SHELL63块单元，在进行结构的连接、约束与载荷时要求处理得当，对各工况下结构的应力和变形做出计算。为确保满足仿真技术的要求，提出以下两点：
1.载荷：计算载荷取额定载荷的1.1倍（165X1.1=181.5吨），结构自重由程序自动计入。
2.约束处理：架桥机机臂承载模型如图4所示，为一次超静定结构。
（二）原机臂的计算
机臂在架桥机的承载构件中其占最主要承载构件，其总长度为47.31m，断面最大尺寸为1.36m×1.22m（高×宽），设有行车轨道和上下耳梁，重量为46.62t。机臂共划分53604个单元，几乎都是采用板单元建模。
由中点吊梁工况计算结果可以得出，最大应力为205.9 MPa，最大垂向挠度为151.905 mm。
（三）原一号柱的计算
在套筒式钢架结构中，机臂的上升下降是一号柱通过套筒的伸缩实现的。主机车前转向架中心断面处便是一号柱所处位置，一号柱是机臂的一个竖向支托点，也是机臂的一个水平和竖向的转动点。因为结构对称，受力对称的特点，全部采用板单元建模，本文只建立了一号龙门柱的1/2模型。
一号柱的最大应力是442.222 MPa，最大位移是56mm，达到超出其许用应力230 MPa。相比较中点吊梁工况更为有利，因此需要对吊梁横移工况进行补强。
四、结构补强方案
（一）机臂的结构补强方案
以上计算可知原机臂在吊梁横移工况下，应力水平保持较好，但在前后吊点处吊梁小车行轮与下耳梁接触的地方，最大应力在233.694 MPa。由此必须在这两地方进行局部补强。
因为是对老设备改造，要求保持截面形状和外形尺寸的不改变，就只能对机臂内部结构进行补强。为了施工方便简单，将前后吊点区域的下耳梁隔板加密一倍是最终的补强方式，便于改局部应力，同时应该增加一纵向隔板。
（二）一号柱的结构补强方案
由1号龙门柱的应力分析得知，在吊梁工况下，结构的应力水平在以下几个地方比较大：
1.平联杆与柱顶相接触的地方；
2.支承梁与柱顶相接触的地方；
3.支承梁拉杆与支承梁相接触的地方；
4.平连杆；
5.柱顶转角处；
总结上面出现的种种局部应力集中状况，进行多次的补强调整及不断的优化，最终决定补强方案如下：
（1）在平连杆内部补强一块10 mm隔板。
（2）在平连杆与柱顶构成的直角处补一块16mm三角肘板。
（3）在支承梁与吊杆上加一块16mm的盖板。
（4）在柱顶于吊杆相连接的地方，贴一块板，厚度为16 mm。
（5）支承梁与柱身相交的转角处补三块16mm肘板构成立体结构。
（6）在吊杆两侧加补强板，形成弧形过渡。
（三）校核机臂和一号柱补强后的情况
采取上述的补强方案后，机臂和一号柱的检算结果如下表所示：
从表中的数据可以看出补强后结构的应力和应变水平普遍下降，因此补强方案是有效果的。
五、结论
经过实际架桥的严格检测得出，JQ140型架桥机的结构应力均小于230Mpa的许用值，变形量也在允许范围内。2009年JQ140型架桥机投入包西铁路施工，安全架桥数百孔，日架桥数达八孔，各项技术指标均达到改造设计要求，说明JQ140G型架桥机技术改造是成功的。
参考文献：
[1]《铁路架桥机架梁暂行规定》.铁建设[2006]181号.中国铁道出版社.2005.
[2]《起重机设计规范》.GB/T3811-2009.中国标准出版社.
[3]万恒国.《TJ165型架桥机机臂优化设计与检测分析》.现代商贸工业.2011.7（281-282）