大噸位雙回轉鐵路救援起重機轉臺系統(tǒng)研究.pdf

1、當前，鐵路救援起重機是保證鐵路暢通，以及處理突發(fā)事故的不可或缺的重要裝備，轉臺系統(tǒng)作為鐵路救援起重機的重要組成部分，鐵路起重機的性能在很大程度上受到轉臺結構的重量以及結構形式的影響。因而本文以我國自主研發(fā)的QTJS160型起重機為研究背景，希望為祖國未來的鐵路起重機的發(fā)展提出自己的一些設想。
　　本文在研究了國內外鐵路起重機發(fā)展現況以及對比了兩種回轉方案的優(yōu)劣之后，決定以QTJS160型起重機為設計背景，提出初步的雙回轉機構方案，

2、并在此基礎上對初始方案進行輕量化設計，主要內容如下:
　　(1)創(chuàng)造性地將拓撲優(yōu)化技術應用到鐵路起重機轉臺結構的輕量化設計中，以轉臺結構的柔度最小為目標函數，優(yōu)化后的體積為約束條件，研究了常用的拓撲優(yōu)化方案和數學計算方法，推導出拉格朗日乘子法求解變密度法的拓撲優(yōu)化問題，建立了基于變密度法的轉臺機構拓撲優(yōu)化的數學模型。依托ANSYS WORKBENCH協(xié)同仿真平臺，建立了上、下轉臺初始結構的參數化模型，利用Shape Optimiz

3、ation(形狀優(yōu)化)模塊完成對初始模型的拓撲優(yōu)化設計，經可制造化處理得到了一個全新的轉臺結構，上、下轉臺質量分布下降了39.41％和41.89％，輕量化效果十分顯著。
　　(2)拓撲后的轉臺結構由于板厚為初始值，且局部尺寸尚未精確，因此在對其進行靜力學分析后發(fā)現拓撲結構依然存在材料富余情況，可以通過尺寸優(yōu)化方法進行進一步的輕量化設計。首先通過靈敏度分析，找出對轉臺結構的應力和質量影響較大的設計因素作為變量，以結構總體質量作為優(yōu)化

4、目標函數，以材料許用應力作為約束條件。之后，通過中心組合設計（Central Composite Design）方法確定了優(yōu)化設計的計算樣本，建立響應面，并經過預測值吻合度和參數相關性對所建立的響應面進行評估，結果是理想的。繼而基于MOGA(多目標遺傳算法)完成對上、下轉臺結構的尺寸優(yōu)化計算，并對優(yōu)化結果進行靜力學分析，得到的結論是優(yōu)化后的轉臺結構符合材料強度和剛度的要求，且與拓撲后的結果比較，上轉臺質量下降34.74％，下轉臺也有16

5、.61％的降幅。再將優(yōu)化后的上、下轉臺結構進行聯(lián)合仿真分析，通過校核得到結論:優(yōu)化后的轉臺系統(tǒng)滿足設計要求。
　　(3)在轉臺系統(tǒng)靜力學強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:轉臺系統(tǒng)的動態(tài)分析、屈曲分析以及非線性分析。在動態(tài)分析中通過Block Lanczos模態(tài)提取方法得到轉臺前六階頻率，轉臺整體結構的一階固有頻率為0.63883HZ，處于一個較低的值，容易產生共振，配重需要支腿來穩(wěn)定;在諧響應分析中

6、，從結果的振幅響應曲線中可以看出，在不同頻率的激勵載荷作用下，轉臺系統(tǒng)在第四階（頻率為3.5181Hz）的時候振幅響應出現峰值，因此第四階容易產生轉臺系統(tǒng)的共振現象;屈曲分析中，取一階屈曲載荷系數，則下轉臺屈曲載荷為63069N，轉換成質量就是在配重伸縮臂全伸時候配重質量達到63.069t就會使優(yōu)化后的下轉臺發(fā)生屈曲失穩(wěn)，工況中配重質量在安全范圍內。然后對轉臺系統(tǒng)進行非線性分析發(fā)現:在線性分析中，壓應力分布較為均勻，而考慮摩擦接觸時，由