900吨架桥机支撑系统结构设计与受力分析--毕业设计

摘要

铁路是国家的重要基础设施，在综合交通体系中占有重要地位，起着骨干作用\"我国铁路主要干线能力目前还十分紧张，除秦沈客运专线外，均为客货混跑模式，客运快速与货运重载难以兼顾，无法满足客货运输的需求。在繁忙干线建设客运专线，实现客货分线运输，能够大幅度提高铁路运输能力，分流既有线的大部分客车，缓解既有线运能紧张的局面，同时还可以满足大经济区。大城市的增量运输的需求，腾出既有线用来发展货物重载运输，适应日益增长的运输需要\"目前随着京津、武广、合宁、郑西等铁路客运专线的陆续开工，我国掀起了新一规模的高速铁路建设高潮。客运专线建设中大量桥梁施工需要大吨位架桥设备，传统架桥机已不能满足施工要求，大吨位架桥机研制势在必行。

本论文以JQ900型架桥机为研究对象，对架桥机前支撑系统、中支撑系统和后支撑系统系统的结构强度、刚度和稳定性计算。对行走驱动系统计算和初选电机。第一阶段对架桥机作业过程进行学习，随后对前、中、后支撑进行受力分析，然后分别计算其结构的强度、刚度、及稳定性并得出其在满足要求的条件下还有一定富余。

关键词:铁路客运专线；900t；导梁式；定点起吊；架桥机

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Abstract

Railway is the important foundational facilities in a country，which possesses the significant place and leads the backbone effects on the synthetic transportation system..The capability of the main line is still seriously in our country at pr- esent，and most of the railways are passenger-cargo mixed traffic lines，except the Qin-Shen dedicated Passenger line..It is impossible to meet the running technical requirement to both high speed passenger train and heavy-haul freight train at the same time.The higher demand of passenger一cargo transported can’t be satisfied also.Building the dedicated passenger line and making Passenger transport and freight transport be separated in the busiest trunk line，can sharply raise the capability of railway transportation.The transfer of Passenger trains running in the existing lines will relieve the overbusy situation of the existing lines and will satisfy the transportation requirement of economic zones and urban areas.To do that can develop the heavy haul goods transpo -rtation so to fit the developing transportation need.In our country，a new large-scale wave has emerged to build high speed railroad the constructing of the following dedicated-passenger-lines of “JingJin Area”，Wuguang，Hening，Zhengzhou-Xian and so on in succession. The work needs a great quantity of high tonnage bridge beam erecting facilities.But the traditional ones had already dissatisfied in const- ruction.Therefore the development of high tonnage bridge beam erecting machine should be carried out to satisfy the engineering needs.

In this thesis，DF900 bridge machine was the research object.The author calculated the structural strength， stiffness and stability of erecting machine before support systems， the support system and the support system.Calculate the walk drive system and primary motor.The first stage，I learn the erec- ting machine operation process.And then I stress analysis before， during and after support.when I calculate its structural strength， stiffness and stability，and I find all surplus.

keywords:dedicated passenger line;900 ton-grade;guiding girder;non一moving lifting;bridge beam erection machine

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

根据我国《中长期铁路网规划》，我国新一轮铁路建设迫在眉睫1，而路网规划中客运专线建设尤为引人注目，这是满足我国国民经济和社会发展需要的重要措施，也是我国铁路建设史上一个跨越式发展阶段。

铁路客运专线是一项系统性强，设计学科多，技术性强，投资巨大的工程，其中基础设施的桥梁工程是投资的主题。国内目前铁路客运专线初步统计，桥梁的总长度占线路全长的20％以上，当客运专线穿越城市，为不占用城市用地，以桥带路，使得桥梁所占比例更大。例如：京津城际铁路客运专线全线长118km，常用跨度桥梁达93km，常用跨度桥梁总长占线路全长79％2，上部结构设计的形式主要以整孔简支箱梁为主。这一特点使得研究标准化、流程化、工厂化的施工方法及其吊、运、架梁装备更显得突出。

1.2 国内外架桥机发展状况

1.2.1 国内架桥机发展状况

在高速铁路建设过程中，最重要的当属混凝土箱梁的制梁、运梁以及架梁施工设备，而在上述施工设备中，当属架梁设备为最重要最关键的设备。为满足工程施工需要，目前，国内具有相当资质的大型企业如中铁大桥局集团等，充分发挥桥梁“施工、设计、设备制造、科研”四位一体的技术优势，特别是桥梁施工准用设备研发能力强的技术优势，组织集团内有关单位和工程技术人员，研制了一系列铁路客运专线施工所必须的专用施工设备3。同时，许多企业还通过技术合作方式，与国内外相关企业联合研制和引进了一批设备，确保了铁路客运专线工程施工的设备需求。

高铁架桥机按照有无导梁，分为以下三种类型：

1.无导梁式架桥机。如中铁科工之JQ900A型、JQ900B型；石铁院与17局之SPJ900/32型。下图1-1所示为中铁大桥局设计研制的某型号无导梁式架桥机。

2.承架桥机半自重过孔导梁式架桥机。顾名思义，此型架桥机有一略长于一跨、承重不大(1/2自重)的导梁，却带来过孔安全稳定的优良胜能，从而成了900t级的主流架桥机，中铁科工之JQ900C型、北戴河通联、郑州华中建机、上海港机重工、西安筑机、北京万桥等都分别为各施工部门设计制造了一批此型架桥机。如图1-2所示，国内某大型研究机构设计研发并投入施工的承架桥机半自重过孔导梁式架桥机。

3.导梁承箱梁重式架桥机。由运梁车上的前后移梁小车驮运混凝土箱梁上导梁到梁位上方，定点起吊箱梁，退出二移梁小车，吊起导梁前移让出桥位，落箱梁到位。 如图1-3所示，某型号导梁承箱梁重式架桥机施工图4。

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图1-1 无导梁式架桥机施工示意图

图1-2承架桥机半自重过孔导梁式架桥机施工示意图

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图1-3导梁承箱梁重式架桥机施工图

另外，国内市场还有其他各种类型的架桥机，这些架桥机按照行走型式与起吊型式又可以分成很多类型。这一系列客运专线施工设备的研制成功，一方面满足了工程建设的需要，另一方面也形成了一批重要的科研技术成果，有些还填补了国内空白，促进了我国铁路建设技术的发展。

由于高速铁路有很多会穿越隧道，在上述国产架桥设备中，相当一部分架桥设备都不具备整机通过隧道这一要求，每遇到隧道，就需要将设备进行拆解运输，通过隧道后再进行重新安装调试，这一过程将会耗费相当大的人力物力以及财力，而国外的有些设备却能满足连续过遂或者桥隧相连的施工工况，但是，其进口设备价格太过昂贵，这一难题，一直没有得到解决5。如图1-4某国产型号架桥机在进隧道末跨施工示意图。由于此架桥机不能满足整机不拆解过隧道的功能，在完成末跨架设后，必须将架桥机进行拆解，然后由运梁车等运输设备将架桥机拆解件运送通过隧道，然后在隧道另一端安装\"由于架桥机的拆解、安装与调试完成，周期大约需要一个月左右，所以这种施工方法效率很低，此种类型架桥机不能适应桥隧相连地区的施工要求。如下图1-5架桥机在进隧道前进行拆解，由运梁车驼运过隧道6。

随着我国铁路建设跨越式发展的进一步实施，高速铁路建设不断由平原地带向西南等山区地带推进，我们将面对更新的机遇和更新的挑战，研发制造国产的、具有自主知识产权的整机过遂架桥机迫在眉睫。

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图1-4架桥机在进隧道末跨施工

图1-5架桥机在进隧道前拆解

1.2.2国外架桥机发展状况

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图1-6吊运架一体机示意图

大吨位铁路箱梁架桥机研发制造最早，在架桥机领域内具有相当低位的当属意大利Nicola公司，意大利尼古拉公司设计研发制造的整机不拆解过隧道架桥机，可以很好的适应桥隧相连地区的高速铁路、公路的箱梁架设。如图1-6所示，国内进口的意大利尼古拉公司研发制造的某型号吊运架一体机，图示为其主梁部分7。

从国内外架桥机的现状来看，高速铁路箱梁架桥机大致可分为迈步式架桥机、下导梁式架桥机、运架一体式架桥机。其中下导梁式架桥机应用于架梁施工实践的最大梁片重量在900吨以上。目前已进入中国市场并具有比较大影响力的国外专业架桥机械制造商有意大利Nicola公司和挪威NRS公司，此外还有COMTEC公司和德国KAMAG公司等8。国内企业研发制造的900t级架桥机基本都没有考虑隧道因素，整体无法穿过客运专线与双线隧道，只能部分拆卸、分解穿过，且在隧道口由于没足够的施工空间，架桥机的施工也非常不便。由于上述种种客观条件和现有机械装备的尺寸，使客运专线的施工受到极大的制约，阻碍了施工进度并增加了建设成本9。

1.3本文研究内容

1、查阅国内外架桥机发展状况与趋势，参考相关设计规范，对架桥机的前支撑，中支撑，后支撑进行力学分析。

2、对前支撑进行强度和刚度计算。

3、对中支撑进行强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性进行计算。 4、对后支撑进行强度及局部稳定性计算。 5、架桥机行走系统计算初选电机。

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第二章 JQ900型箱梁架桥机总体方案说明

2.1方案的提出

JQ900型箱梁架桥机总体方案是在综合国内外各种架桥机的基础上，结合多年在铁路架桥设备上的施工和设计经验而提出的一种方案。JQ90O型架桥机可概括为：轮胎式运梁车运梁，尾部喂梁，起重小车拖拉取梁，一跨式龙门简支架梁，高位下导梁过孔，可架设32m、24m、20m双线等跨箱梁和变跨箱梁10。

2.2本架桥机特点

2.2.1简支架梁

采用柔性前支腿、刚性后支腿、一跨支撑主梁，受力简单明确。 2.2.2简支过孔，安全性高

起重小车、辅助小车及辅助支腿相互配合，使导梁先行过孔，形成架桥机过孔轨道梁。架桥机在辅助支腿和后支腿支撑下，沿导梁简支过孔，安全可靠。 2，2.3方便架设首孔、末孔箱梁

采用可拆支腿高位导梁方式，解决了首孔、末孔箱梁的架设。 2.2.4方便架设变跨箱梁

前支腿和辅助支腿可利用自身动力，变化与主梁的支撑位置，满足架桥机变跨调整需要。 2.25整机高度较低

卷扬起升机构后置，有效降低整机高度，通过高空限界能力强。 2.2.6轮胎走行，辅助工序少

后支腿采用成熟的轮胎式走行机构，不需铺设临时轨道，施工效率高。 2.2.7控制先进，操作方便

控制层网络采用了以PCL为核心的先进控制技术，具有变频、遥控、各种参数屏显和各种安全保护功能。 2.2.8通过隧道能力强

利用运梁车上的升降驮运架，大大降低驮运高度，可顺利通过隧限。 2.3主要性能参数

额定起重能力： 900t

架设梁跨： 32m、24m、20m等跨及变跨整孔箱梁 梁体起落速度： 0～0.5m/min（重载） 0～1.0m/min（空载） 梁体起落高度： 7m

梁体吊装方式： 四点起升、三点平衡 架设方式： 单跨简支定点起吊 过孔方式： 架梁机自身简支移位过孔

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过孔移位速度： 0～3m/min

导梁机移位方式及运行机构：导梁吊机、辅助支腿、导梁天车等配合作业 导梁机移动速度： 0～3.0m/min

外形尺寸： 59.3m×17.1m×12.5m 架桥机利用等级： U0 架桥机载荷状态： Q3 架桥机整机工作级别： A3 机构工作级别： M4 结构强度计算安全系数： n≥1.5 3JQ900型箱梁架桥机结构形式

JQ900型箱梁架桥机主要由2台起重小车、小车卷扬起升机构、前支腿、后支腿、辅助支腿、主梁、辅助小车、导梁、司机室平台、液压系统和电气系统等组成。

3.1起重小车

架桥机配有两台起重小车和四台卷扬起升机构，小车在主梁轨道上由固定链条拖拉走行，四台卷扬机固定在主梁尾部，有效降低了主机高度。起重小车见是由走行轮组、大车架、小车架、链轮拖拉走行机构、动、定滑轮组、吊具等组成。走行轮均为被动形式，每台小车共有16个走行轮，走行轮直径中500mm，踏面宽度100mm，由大车架均衡，在拖拉机构驱动下沿主梁轨道前后运行，轨道采用四条80x100mm方钢，置于主梁腹板上方，轨道线间距6.8m，轨距1.19m.其中一个被动轮装有光电编码器，由电控测量走行速度，控制取梁时与运梁车上拖梁小车同步速度，并控制小车前后安全距离。

3.2主梁

架桥机主梁为双箱梁结构，每侧共有七个节段，前部两段为悬臂梁，截面为箱型梁结构，供辅助小车走行。中后部5个节段为箱形梁截面，是架桥机架梁的主要节段。

3.3中支腿

中支腿由挂轮、导向轮、承力平台、铰支座、固定柱、折叠柱、调节柱和支腿油缸等组成。架桥机与主梁铰接形式连接。

3.4后支腿

后支腿位于主梁尾部，为U形门架结构，与主梁以高强度螺栓、摩擦板形式固定连接，是架桥机的刚性支腿，架桥时两台起重小车要在后支腿后侧悬臂取梁，因此后支腿受力很大\"根据其受力特点，将龙门架平面设计成上宽下窄形式，以提高与主梁的连接刚度。

3.5前支腿

前支腿用于架桥机过孔作业时的前支撑，以及纵移导梁时作辅助吊点。辅助支腿由主梁挂轮、

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导向轮、固定法兰、上横梁、伸缩柱、下部走行轮、导梁挂轮等组成。

3.6导梁

导梁是架桥机过孔时的轨道，设计成高位式，上部为箱形梁，下部为高度可调、位置可变支腿。

3.7辅助小车

辅助小车的作用是架桥机完成过孔后将下导梁吊移、定位至下一孔桥敦上。辅助小车具有走行、横移、起升三维运动功能。

3.8司机室及平台

司机室及平台布置在主梁尾部的吊架上，有效地利用了尾部空间。司机内、主要控制柜布置在此，架桥机解体过隧道时大部分控制电缆不需要拆除，又不额外侵占过隧道限界。平台面积可达37平方米，司机室、电气柜大小不受，较大的平台增大了维修人员活动空间和视野。

3.9液压系统

架桥机液压系统根据部件需要分为五个的系统，分别是：辅助小车液压系统、辅助支腿液压系统、前支腿液压系统、后支腿液压系统、卷扬机液压系统。每个液压系统安装在各自的部件上，其控制部分均是以泵站形式，用电磁换向阀方式控制各自执行元件。其中后支腿液压系统较为复杂，是以闭式系统控制轮胎行走马达，开式系统控制各执行油缸。各系统均有油堵、油温、欠压检测和保护功能。

3.10电气系统 3.11电气系统架构

JQ900型架桥机电气系统在传统DCS网络的下一层再引入一层现场网络，形成设备级网络、控制级网络和管理级网络这样三层网络结构，以此来满足架桥机、运梁车安全、可靠、方便地进行架梁作业。DCS在形成了三层网络结构以后，基本控制单元深入到了类似变频器设备控制这一级，DCS的功能延伸到管理控制级，逐步形成了一个较完整的控制、管理一体化。

的体系结构。其低层是以Porfibus现场总线将设备、PCL的远程i/o点连接在一起的设备层!中间是以MdobuS总线将PCL、工控机以及操作人机界面连接在一起的控制层网络，而上层的工控机CP工作站主要完成管理和信息服务任务。三层设备各司其职，代表了工业控制的典型结构。

3.22安全性保护

(1)吊点重量、油缸及支座压力、架桥机的水平姿态、走行速度、风速等重要物理量的监测与控制。

(2)平移、垂直运动的限位预警。重载走行速度在1米/分以内。 (3)运梁车与架桥机接近对位及箱梁对位落梁的摄像监测。 (4)运梁车计算机系统的供电电源欠压保护。

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(5)设置专用的急停遥控器;由现场指挥者掌握，用于紧急情况下的停机处理。 (6)设置前支腿手拉急停开关;梁片对位落梁时的手动急停开关\" (7)总电源空开加装漏电保护模块\"

(8)运行状态及故障纪录(具备黑匣子功能)依靠嵌入式工作站(EMS)的强大功能，可以将架桥机的运行状态及故障纪录存盘，并可离线打印存档。

(9)设置备用工作模式(K1)当某些元器件出现故障时，操作者可以在这种模式下通过人机界面(单选或多选)来屏蔽某些功能，以便应急处理。 (10)运梁车油路堵塞报警控制。 (11)运梁车对位时的防撞保护。

(12)运梁车油温，压力，走行速度，超宽等重要模拟量参数的监控。

第三章 架桥机支撑系统力学分析与强度计算

3.1架桥机整体结构与各项参数

3.1.1架桥机整体结构示意图

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1－架梁机主梁（150000kg/套设备） 2－架梁机后支腿(60000 kg) 3－架梁机前支腿(25000 kg) 4－架梁机辅助支腿(15000 kg) 5－后吊梁天车(50000 kg)6－前吊梁天车(50000 kg) 7－导梁天车(20000 kg) 8—导梁机主梁(95000 kg) 9－导梁机后支腿(5000 kg) 10－导梁机前支腿(4500 kg) 11－导梁吊机(20000 kg)

图3-1 架桥机整体结构示意图

3.1.2架桥机各结构主要参数

表3-1 架桥机各结构主要参数

架桥机利用等级 架桥机载荷状态 架桥机整机工作级别 机构工作级别 结构强度计算安全系数 额定起重能力 架设梁跨 梁体起落速度 梁体起落高度 梁体吊装方式 架设方式 过孔方式 过孔移位速度 导梁机移位方式及运行机构 导梁机移动速度 外形尺寸 U0 Q3 A3 M4 n1.5 900t 2m、24m、20m等跨及变跨整孔箱梁 0～0.5m/min（重载） 0～1.0m/min（空载） 7m 四点起升、三点平衡 单跨简支定点起吊 架梁机自身简支移位过孔 0～3m/min 导梁吊机、辅助支腿、导梁天车等配合作业 0～3.0m/min 59.3m×17.1m×12.5m 第11 页 共45 页

3.2架桥机支撑系统受力分析

3.2.1前支撑受力分析

下导梁在向前运动时对前支撑产生了变化的拉力，由于在下导梁重心接近前支撑时导梁天车会勾着下导梁一同前进，所以分为两段分析。 设下导梁移动距离为x，x

L

时，如图3-2所示，对下导梁左端点取力矩平衡： 2

图3-2

qL2 F4LF2LX (3-1)

2式中：

F1--导梁吊机对下导梁的拉力 F2--前支撑对下导梁的拉力 F3--导梁机后支腿自重 F4--导梁机前支腿自重 L--下导梁长度 q--下导梁上的均布荷载 由式3-1解得：

qL2F4L2 F2 （3-2） LX 由式3-2可以看出F2是关于x的增函数。 当XL时，对下导梁进行受力分析如图3-3，对导梁吊机与下导梁接触处取力矩平衡： 2qLL12qL12F3L1 F2L1LXF4LL1 （3-3） 22 由式3-3解得：

qL12qLL12F3L1F4LL122 F2 (3-4)

L1LX第12 页 共45 页

式中：

F2--前支撑对下导梁的拉力 F3--导梁机后支腿自重 F4--导梁机前支腿自重 L--下导梁长度

L1--导梁吊机下钩点距离下导梁左端的距离 q--下导梁上的均布荷载

图3-3

由式3-4得，XLL时，F2为关于x的减函数。所以，F2在x=时取得最大值，因此由牛顿第22L时取得最大值。 2三定律下导梁给前支撑的力F2,在x=

以上式中，F3=5000×9.8=49000N F4=4500×9.8=44100N

L=59300-2650-21000=35650mm L1=21000mm q=26N/mm 解得：F2,最大值为1015100N 3.2.2 中支撑受力分析

（1）下导梁使中支撑产生的支反力

下导梁在向前运动时对中支撑产生了变化的力，由于在下导梁重心接近前支撑时导梁天车会勾着下导梁一同前进，所以分为两段分析。 当x

L

时，受力如图3-4所示 2

对下导梁左端取力矩平衡：

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qL2 F2LXF4L (3-5)

2对下导梁取受力平衡：

F1F2qLF3F4 (3-6)

图3-4

由式3-5，3-6联立解得：

qL2F4L2 F1qLF3F4 (3-7) LXqL2F4L2 F2 (3-8) LX F1'F1 (3-9) F2'F2 (3-10) 对主梁左端取力矩平衡：

F1XF2LYB导L (3-11) 把F1和F2带入式3-11得：

qL2qL2F4LF4L22XLYB导L (3-12) qLF3F4XLXLX化简得：

qL2qLF3F4XF4L2 (3-13) L YB导 由式3-13可以看出：在x 式中：

L

时，YB为关于X的增函数。 2

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F1--导梁吊机对下导梁的拉力 F2--前支撑对下导梁的拉力 F3--导梁机后支腿自重 F4--导梁机前支腿自重 L--下导梁长度 q--下导梁上的均布荷载 F1,--导梁吊机对主梁拉力 F2,--前支撑对主梁拉力 当XL时，受力图如图3-5所示，对下导梁左端取力矩平衡： 2qL2 F1LXF2L1F4L (3-14)

2 对下导梁取力平衡得：

F1F2F3F4qL (3-15) 由式3-14，3-15联立解得：

qL2F4LqLF3F4L1L1 F1L1LX(3-16)

qL2F4LqLF3F4L1qL2LXF4L2L1LX F2 (3-17)

L1 F1'F1 (3-18) F2'F2 (3-19)

对主梁左端取力矩平衡：

F1LF2L1XYB导L (3-20)

把式3-16，3-17带入式3-20得：

qL2F4LqLF3F4qL2F4LL1qL2LXqLF3F4F4LL12L1LXL1XYB导L (3-21) L1LL1LXL1化简得：

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qL2F4L2qLFL42qLF3F4XL1XYBLLL11  (3-22)

由式3-22可以看出，在X 式中：

LYB是关于x的增函数，所以x取最大值时YB最大。 2 F1--前支撑对下导梁的拉力 F2--导梁天车对下导梁拉力 F3--导梁机后支腿自重 F4--导梁机前支腿自重 L--下导梁长度

L1--导梁吊机下钩点距离下导梁左端的距离 q--下导梁上的均布荷载 F1,--前支撑对主梁拉力 F2,--导梁天车对主梁拉力

以上式中，F3=5000×9.8=49000N F4=4500×9.8=44100N

L=59300-2650-21000=35650mm L1=21000mm q=26N/mm 解得YB导最大值为1418176.5N

图3-5

(2)主梁使前支撑产生的支反力

如图3-6所示，主梁受混凝土梁的拉力，前支撑的支反力，主梁自重均布荷载，吊梁天车重

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力产生的压力导梁吊机的压力，前支撑产生的拉力以及导梁天车产生的压力。

图3-6

对主梁左端取力矩平衡：

qL2qL2qL25AB F1L1F2L2F3L3F4L46YB主L (3-23)

222F1，F2--吊梁天车对主梁的压力 F3--前支撑对主梁拉力 F4--导梁吊机对主梁的压力 YB--中支撑处支反力

q--主梁上均布载荷 L--中支撑到主梁左端距离 上式中：

F1=F2=4900000N F3=147000N F4=196000N q=25N/mm 图3-6中：

L1=2250mm L2=32350mm L3=35650mm L4=56650mm L5=2650mm L6=2230mm LAB=34350mm 带入式3-23得：

YB主=6019252N 计算中支撑总反力：

YB总YB导YB主 （3-24） 解得：YB总=7437428.5N 3.2.3后支撑受力分析：

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架桥机的后支撑和中支撑与地面接触，承受架桥机的总重力，因此求得中支撑最小反力即可计算出后支撑承受的最大反力。

求中支撑最小反力，即令式3-13中X=0得：

qL2F4L2 （3-25） L YB导结合式3-24求得YBmin=7139298N

3.3架桥机支撑系统强度计算

3.3.1前支撑强度计算

由受力分析得前支撑为中心受拉件，设计中心受拉件，必须同时满足强度与刚度条件（起重机设计手册411页式25-12）。

（1）强度条件

式中：

N--计算轴向力 A--构件净面积

--许用应力（起重机设计手册表25-2） N=

1015100mm2 230Mpa =507550N A=450216418216277762N （3-26） A静50755018.3Mpa 18.3Mpa230Mpa 所以，前支撑满足强度条件。 27776（2）刚度条件

为消除构件在制造、运输和安装过程中因偶然碰撞而产生过大的弯曲变形，从而影响构件的使用可靠性，对中心受拉构件的长细比必须加以。

构件的长细比按下式计算： 式中：

l计--构件的计算长度。根据两端固定情况而定，一般可取构件两端连接点间距作为计算长度 rminImin--构件截面最小回转半径 Al计rminmax （3-27）

Imin--构件截面最小惯性矩 A---构件截面积

max--构件许用最大长细比（见起重机设计手册表25-7）

第18 页 共45 页

截面惯性矩计算：

如图3-7所示，将截面分为四个部分计算，Z轴Y轴惯性矩分别为：

,3I1Z163418 (3-28) 164182332363227509122,4IZ

2,4IY450316 (3-29) 12150000012418316 (3-30) 97379509121,3IY163450 (3-31) 16450226236790080012234 IZI1 (3-32) ZIZIZIZ9694550181234 IYIY (3-33) IYIYIY930560618 rminIminA930560618=183 (3-34)

27776 l计rmin450025 (3-35) 183 由起重机设计手册412页表25-7查得max=150 因此，前支撑刚度符合要求。

综上所述，前支撑强度刚度符合设计要求。

第19 页 共45 页

图3-7

3.3.2中支撑强度计算

由受力分析得中支撑为中心受压构件，需计算其强度，刚度，稳定性及局部稳定性（起重机设计手册411页式25-12）。 （1）强度条件

N （3-36） A净第20 页 共45 页

式中：

N--计算轴向力 A净--构件净面积

--许用应力（起重机设计手册表25-2） 式中： N=

7437428.5mm2 250009.8=3963714.25N A净=2207402200512002N3963714.2577.42Mpa （3-37） A净51200 由起重机设计手册表25-2查得=230Mpa 因此，前支撑强度计算符合要求。 （2）刚度条件

为消除构件在制造、运输和安装过程中因偶然碰撞而产生过大的弯曲变形，从而影响构件的使用可靠性，对中心受拉构件的长细比必须加以。

构件的长细比按下式计算： 式中：

l计--构件的计算长度。根据两端固定情况而定，一般可取构件两端连接点间距作为计算长度 rminImin--构件截面最小回转半径 Al计rminmax （3-38）

Imin--构件截面最小惯性矩 A---构件截面积

max--构件许用最大长细比（见起重机设计手册表25-7） 截面惯性矩计算：

如图3-8所示将截面分为8个部分进行计算，各部分Y轴和Z轴惯性矩分别为：

第21 页 共45 页

图3-8

,2,3,4I1Z20203 (3-39) 202360251853333126,8IZ0203 (3-40) 20034021248480000125,7IZ

1,2,3,4IY207003 (3-41) 5700000001220203 (3-42) 202280231373333126,8IY

5,7IY2003 (3-43) 26244000012700203 (3-44) 207002802109806666712第22 页 共45 页

2345678 IZI1 (3-45) ZIZIZIZIZIZIZIZ385000000012345678 IYIY (3-46) IYIYIYIYIYIYIY2590000000 rminImin2590000000==225 (3-47)

51200A l计rmin10310=46 (3-48) 225 由起重机设计手册412页表25-7查得max=120 因此，中支撑刚度计算符合要求 （3）稳定性

中心受压构件按上述要求满足强度、刚度条件外，还必须满足整体稳定性条件。 计算稳定性时按下式(起重机设计手册412页式25-14)：  式中：

N--计算压力 A--构件截面积

--稳定系数（按构件的长细比选取，见起重机设计手册412页表25-8） N=3963714.25N A=51200mm2 =0.5

N3963714.2586.5Mpa （3-50） A512000.5N （3-49） A由起重机设计手册表25-2查得=230Mpa 因此，中支撑稳定性计算符合要求。 （4）局部稳定性

中支撑为中心受压构件，是由钢板焊接而成的箱型截面。设计这种受压构件，不仅要满足整体稳定性，还要满足局部稳定性，故对其截面尺寸必须加以。

中支撑使用Q345钢，由起重机设计手册426页可查得其腹板的计算高度与其厚度之比和两腹板间的翼缘板宽度与其厚度之比应满足下式：

式中：

h0--腹板的计算高度，按图3-9取 0--腹板厚度

第23 页 共45 页 h00b0400.1 （3-51） 400.1 （3-52）



b0--箱型截面两腹板间的翼缘板宽度 --构建的最大长细比 --翼缘板厚度 对于中支撑截面：

h0=0mm 0=20mm b0=700mm =45 =20mm 以上数据带入式3-51及3-52得

b0h00027400.144.5 （3-53） 2070035400.144.5 （3-） 20 由式3-53和3-可得中支撑局部稳定性满足计算要求。

图3-9

3.3.3后支撑强度计算

如图3-10所示，后支撑由四段箱型梁拼接而成，各段梁受力情况不同，需分段考虑。

第24 页 共45 页

图3-10

（1）分析图3-10所示第一段：如图3-11所示，地面作用在轮子上的支反力与第一段梁有一段长为L的偏心距，这使第一段梁产生了逆时针方向的弯矩，弯矩使第一段梁上产生了正应力因此需对正应力进行计算。

有材料力学书得：

MFL (3-55) 式中：

M--作用在第一段梁上的弯矩 F--地面给后支撑的支反力

L--作用在轮子上的支反力与第一段梁截面的偏心距 y--翼缘板到截面重心的最大距离

第25 页 共45 页 My （3-56） IZ

IZ--截面关于Z轴的惯性矩 --正应力

计算后支撑截面惯性矩：

图3-11

后支撑截面

I1Z118840311884081523.16102 (3-57)

122,4IZ

1600316 (3-58) 61333333123IZ118830311883081522.371010 (3-59)

121IY

2,4IY1188340 (3-60) 55822240121600163 (3-61) 160016536273553237312第26 页 共45 页

3IY1188330 (3-62) 419169168012234 IZI1ZIZIZIZ (3-63)

1234 IYIY (3-) IYIYIY把式3-57，3-58，3-59，3-60，3-61，3-62代入式3-63和3-得：

IZ6.621010 (3-65) IY2.451010 (3-66) F=35699N L=

00001600160040 =1300mm y==1300mm 2222将以上数据代入式3-55，3-56得：

M=403700Nmm （3-67） =57.5Mpa （3-68） 计算支反力使第一段产生的压应力：

1F (3-69) Amm2 A=4011883011882160016134360 126.6Mpa （3-70） 总57.526.684.1Mpa （3-71） 因为84.1<230，所以后支撑第一段梁强度计算符合要求。 箱型梁可不考虑其整体稳定性，分析第一段梁局部稳定性： 第一段梁腹板处无直接作用的轮压，如图3-12所示，计算

h0h0

1600100 （3-72） 16 因为70<100<160，所以采用如图3-13所示的横向加劲板（起重机设计手册443页），其间距由下式确定：

a2300h0h0 （3-73）

2560式中：

--所计算区段内腹板最大的平均剪应力（公斤/厘米2），按Qmax计算 h0 --考虑影响的增大系数（由架桥机设计手册443页表25-35查得）

第27 页 共45 页

图3-12

图3-13

将数值代入式3-73得：a1437，由于a值为负，所以取a2h0（起重机设计手册444页） 解得：

A=3200mm 计算翼缘板局部稳定性：

由起重机设计手册446页查得：对于箱型梁，当腹板中心距b1与受压翼缘板厚度的比值小于等于50时可以不考虑翼缘板的局部稳定性。

第28 页 共45 页

将截面数据带入上式得

b150

105626.4 40所以不考虑翼缘板的局部稳定性

（2）分析第二段梁，如图3-14所示，第二段梁受弯矩，剪力以及支反力

图3-14

计算弯矩产生的正应力： 由材料力学课本得：

MFL （3-74）  式中：

M--作用在第二段梁截面上的弯矩 F--地面给后支撑的支反力

第29 页 共45 页 My （3-75） IZ

L--作用在轮子上的支反力与如图所示截面处水平距离 y--翼缘板到截面重心的最大距离 IZ--截面关于Z轴的惯性矩 --正应力 F=35699N L=

1600401710000=1300mm IZ6.621010 16004250mm y=

222以上数据代入式3-74，3-75得：

M1.51010Nmm 185.8Mpa

计算剪应力： 由材料力学课本得：

式中：

FQ--梁截面上的剪应力 h0--腹板高度 --腹板厚度 --许用剪应力

由材料力学课本得=带入数据得FQ2h0 (3-76)

3，解得132Mpa

3569969.7Mpa

1600162所以第二段截面剪应力计算符合要求。

箱型梁可不考虑其整体稳定性，分析第二段梁局部稳定性： 第二段梁腹板处无直接作用的轮压，如图3-15所示，计算

h01600100 16h0

第30 页 共45 页

图3-15

图3-16

因为70<100<160，所以采用如图3-16所示的横向加劲板（起重机设计手册443页），其间距由下式确定：

a2300h0h0 （3-77）

2560第31 页 共45 页

式中：

--所计算区段内腹板最大的平均剪应力（公斤/厘米2），按Qmax计算 h0 --考虑影响的增大系数（由架桥机设计手册443页表25-35查得） 将数值代入式3-77得：a4300，所以取a2h0（起重机设计手册444页） 解得：

a=3200mm 计算翼缘板局部稳定性：

对于箱型梁，当腹板中心距b1与受压翼缘板厚度的比值小于等于50时可以不考虑翼缘板的局部稳定性。

将截面数据带入上式得

所以不考虑翼缘板的局部稳定性

（3）分析第三段梁，如图3-17所示，第三段梁受到支反力产生的弯矩和正应力。

105626.4 40b150

图3-17

计算弯矩产生的正应力： 由材料力学课本得：

MFL （3-78）  式中：

第32 页 共45 页 My （3-79） IZ

M--作用在第三段梁截面上的弯矩 F--地面给后支撑的支反力

L--作用在轮子上的支反力与如图所示截面处水平距离 y--翼缘板到截面重心的最大距离 IZ--截面关于Z轴的惯性矩 --正应力 F=35699N L=

1600401710000=1300mm IZ6.621010 16004250mm y=

222以上数据代入式3-78，3-79得：

M1.51010Nmm 185.8Mpa

计算支反力使第三段产生的压应力： 1F (3-80) Amm2 A=4011883011882160016134360 126.6Mpa （3-81） 总185.826.6212.4Mpa （3-82） 212.4<230，所以第三段梁强度计算符合。 计算第三段梁局部稳定性

第三段梁腹板处无直接作用的轮压，如图3-18所示，计算

h0h0

1600100 16 因为70<100<160，所以采用如图3-19所示的横向加劲板（起重机设计手册443页），其间距由下式确定：

a2300h0h0 （3-83）

2560式中：

--所计算区段内腹板最大的平均剪应力（公斤/厘米2），按Qmax计算 h0 --考虑影响的增大系数（由架桥机设计手册443页表25-35查得）

第33 页 共45 页

图3-18

图3-19

将数值代入式3-73得：a1437，由于a值为负，所以取a2h0（起重机设计手册444页） 解得：

A=3200mm 计算翼缘板局部稳定性：

由起重机设计手册446页查得：对于箱型梁，当腹板中心距b1与受压翼缘板厚度的比值小

第34 页 共45 页

于等于50时可以不考虑翼缘板的局部稳定性。

将截面数据带入上式得

105626.4 40b150

所以不考虑翼缘板的局部稳定性。 （4）分析计算第四段梁

如图3-20所示，第四段梁受到支反力产生的剪力以及弯矩。

图3-20

分析得：

MM3FL （3-84）

式中：

M--作用在第四段梁截面上的弯矩 M3--作用在第三段梁截面上的弯矩

第35 页 共45 页 My （3-85） IZ

F--地面给后支撑的支反力

L--作用在轮子上的支反力与如图所示截面处水平距离 y--翼缘板到截面重心的最大距离 IZ--截面关于Z轴的惯性矩 --正应力 代入数据得：

M35699( 计算剪应力： 由材料力学课本得：

式中：

FQ--梁截面上的剪应力 h0--腹板高度 --腹板厚度 --许用剪应力

由材料力学课本得=带入数据得FQ2h0 (3-86)

0000450)3391166550NMM 233911665508206.62101042Mpa

3，解得132Mpa

3569969.7Mpa

160016269.7<132，所以剪应力计算符合要求。

箱型梁可不考虑其整体稳定性，分析第四段梁局部稳定性： 第四段梁腹板处无直接作用的轮压，如图3-21所示，计算

h01600100 16h0



第36 页 共45 页

图3-21

图2-22

因为70<100<160，所以采用如图3-22所示的横向加劲板（起重机设计手册443页），其间距由下式确定：

a2300h0h0 （3-87）

2560式中：

第37 页 共45 页

--所计算区段内腹板最大的平均剪应力（公斤/厘米2），按Qmax计算 h0 --考虑影响的增大系数（由架桥机设计手册443页表25-35查得） 将数值代入式3-87得：a5880，所以取a2h0（起重机设计手册444页） 解得：

a=3200mm 计算翼缘板局部稳定性：

对于箱型梁，当腹板中心距b1与受压翼缘板厚度的比值小于等于50时可以不考虑翼缘板的局部稳定性。

将截面数据带入上式得

105626.4 40b150

所以不考虑翼缘板的局部稳定性。

第四章 架桥机行走系统计算

（1）电动机选择 运行阻力

P静P摩P坡P风 （4-1） 式中：

P静--起重机运行静阻力

第38 页 共45 页

P摩--起重机运行摩擦阻力

--起重机在有坡度轨道上运行时须克服由起重机重量分力引起的阻力 --室外起重机运行时由风载荷引起的阻力

p坡P风

1.1运行摩擦阻力

起重机满载运行时的最大摩擦阻力 P摩Q起G0式中：

Q起--起升载荷重量（公斤） G0--起重机自重（公斤）

K--滚动摩擦系数（厘米），见起重机设计手册表9-2 d--轴承内径（厘米）

--轴承摩擦系数， 见起重机设计手册表9-3 K附--附加摩擦阻力系数，见起重机设计手册表9-4 D轮--车轮直径（厘米） f0--摩擦阻力系数

2KdK附 （4-3） f0D轮2KdK附Q起G0f0 （4-2） D轮 查得车轮直径为500mm，轴承内径为100mm，滚动摩擦系数为0.06，轴承摩擦系数0.015，附加摩擦阻力系数为1.1。 将以上数据带入式4-2得：

P摩48.84kg 1.2满载运行时最大坡度阻力

P坡K坡Q起G0 （4-4） 式中：

K坡--坡度阻力系数，见起重机设计手册表9-5

查得K坡=0.001 将数据带入式4-4得：

P坡819kg 1.3满载运行时最大风阻力

P风CqF起F物 （4-5） 式中：

第39 页 共45 页

C--风载体型系数，见起重机设计手册表3-8

q--工作状态时的标准风压，计算电动机功率时取q1，见起重机设计手册表3-5 F起--起重机的挡风面积 F物--物品的挡风面积

带入数据算得：

P风=1708.9kg

（2）初选电机

满载运行时电机的净功率

N静式中：

P静--起重机满载运行时的静阻力 在室外工作P静P摩P坡P风 在室内工作P静P摩P坡 --起重机的运行速度 --机构传动效率

大车采用卧式齿轮减速器时取0.95 小车采用立式齿轮减速器时取0.90 m--电动机个数 代入数据计算得：

N静3.81kw

对于桥式、龙门起重机和装卸桥大小车运行机构，可按下式初选电机

（kw） NK电N静 （4-7）

(4-6) （KW）6120mP静式中：

K电--电动机启动时为克服惯性的增大系数，对于在室外工作的龙门起重机的大小车和装卸桥的大车运行机构，当电动机为JZR2型或YZR型时取1.1~1.3速度高者取大值。

取K电1.3，则N=4.9kw。

由起重机设计手册表33-3查得选择佳木斯电机厂的JZR221-6型电动机合适，其转速为920转/每分

电动机选定后确定减速器的传动比和车轮转速 n （4-8） n轮第40 页 共45 页

n轮=3m/min

60 （4-9） D轮代入数据得

n轮1.9 484

第五章 结论与展望

本文提出了JQ900架桥机总体方案，并对架桥机各部分作了较为详细的介绍，从本文可以看出JQ900型架桥机具有作业简单，机动灵活，控制先进，安全可靠，作业效率高的特点，在我国客运专线箱型梁架设设备中，有着比较突出的优势，克服了以前同类桥机动作复杂!施工效率较低、故障点多的缺点。

按照高速铁路架桥机的工作原理以及适用工况，参考相关设计规范，对架桥机前支撑系统、中支撑系统和后支撑系统系统的结构强度、刚度和稳定性计算。对行走驱动系统计算和初选电机。 由于整机过隧式架桥机在国内还属空白，几乎所有类型的国产架桥机都很难适应桥隧相连的工作环境，此次整机过隧式架桥机的研发，对国内相似设备的研制，起到了一定的推动作用。 展望

1.高速铁路施工在国内刚刚兴起，国产的架桥设备大都不能满足桥隧相连的架设

第41 页 共45 页

工况，而在国内能够较好适应这种施工工况的设备、大部分都被西方发达国家所占据， 国内相关设备的开发研制，还有相当长的路要走。

2.由于时间仓促，论文中支腿的计算方式可能还不尽合理，我会在接下来的时间里，继续我的论文题目，争取实现更佳的计算结果。

第42 页 共45 页

参考文献

[1]唐经世.铁路客运专线工程机械文集[M].北京:中国铁道出版社,2005

[2]陈龙剑,何建豫,胡国庆.铁路客运专线混凝土箱梁制梁运梁架梁施工设备[M].北京:中国铁道出版社,2007

[3]李怡厚.铁路客运专线架梁铺轨施工设备[M].北京:中国铁道出版社,2003 [4]冯晓芳.中国高速铁路的发展和展望[J].科技资讯,2009,(01) [5]冯燕.900吨级导梁式定点起吊架桥机研究[D].西南交通大学,2006 [6]尹山.JQ900C型箱梁架桥机研制[D].西南交通大学,2006

[7]陈灵.京沪高速铁路箱梁架运设备展望[J].建筑机械化,2008(01):25-26 [8]邱栋良.国内外起重机发展动态[J].起重运输机械,1997,8:26-28 [9]铁道科学研究院高速铁路技术研究总体组.高速铁路技术.北京:中国铁道 出版社,2005

[10]李丽琼.公路架桥机在铁路桥梁架设中的应用[J].中国高新技术企业,2010,145(10):163-165

[11]张质文,5起重机设计手册6中国铁道部出版社,1998

第43 页 共45 页

致谢

本课题是在xxx老师的悉心指导下完成的。从论文的选题到最终完成，每一环节无不渗透导师的心血。在此，学生谨向恩师表示衷心的感谢。导师的渊博的学识和精辟敏锐的思维，诲人不倦的待人风格，严谨的治学态度使学生受益非浅，终身难忘\"学生深信从恩师那里学到的专业知识、科研学术方法以及人生观、价值观，将是学生终生的精神财富。在此，学生再次向恩师表示最诚挚的感谢和最崇高的敬意。

感谢课题组的全体同学在我的学习、生活中给我的热情帮助、向在研究生学习期间给予我关心和帮助的所有老师和同事表示感谢。

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