摘 要：鐵路起重機(jī)作為鐵路實施安全救援工作的重要組成部分，運行的可靠性對整個救援工作有著極大的影響。鐵路起重機(jī)吊臂作為鐵路起重機(jī)的重要組成部分，也是影響鐵路起重機(jī)運行安全性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，因此，應(yīng)重視鐵路起重機(jī)吊臂的運行情況，尤其是滑塊接觸位置的選擇更為重要，在不同的工作狀況下，鐵路起重機(jī)吊臂的位移情況也各有不同，主要受到起重量、吊臂自身重量、水平載荷等方面的影響，要更好的確保鐵路起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)運行的穩(wěn)定性，需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：鐵路；起重機(jī)；吊臂；有限元

前言

對鐵路起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要做好有限元分析，這樣才能根據(jù)實際的情況對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化，對此，文章主要從這個角度出發(fā)對吊臂有限元模型進(jìn)行劃分、吊臂載荷工況以及約束分析、吊臂與滑塊的連接、吊臂有限元分析結(jié)果等幾方面展開分析。

1 起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鐵路事業(yè)的發(fā)展也極為迅速，安全救援工作也逐漸被重視。鐵路起重機(jī)作為鐵路實施安全救援工作的重要設(shè)備之一，其吊臂的有限元極為重要[1]。根據(jù)現(xiàn)階段鐵路起重機(jī)的使用來看，鐵路起重機(jī)的吊臂主要由基本臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂、變幅油缸、伸縮油缸等結(jié)構(gòu)組成，每一項結(jié)構(gòu)在起重機(jī)整體工作中都占有一定的分量，各有分工。另外，起重機(jī)吊臂還包括由鋼板焊接組成的八邊形箱形結(jié)構(gòu)以及可以相對滑動的側(cè)向力和傳遞垂向力等組成，通過各項結(jié)構(gòu)的相互搭配來實現(xiàn)起重機(jī)安全救援的工作。

2 鐵路起重機(jī)吊臂有限元分析研究

2.1 吊臂有限元模型的劃分

在對起重機(jī)吊臂有限元模型進(jìn)行劃分的過程中，主要采用I-DEAS Master Series軟件對起重機(jī)吊臂的受力情況展開模擬分析[2]。對吊臂有限元模型的劃分主要對solid單元、beam單元以及shell單元的優(yōu)缺點進(jìn)行模擬比較，其中solid單元對計算性能的要求很高，而beam單元卻不能對起重機(jī)吊臂間模塊的載荷和連接的傳遞作用進(jìn)行模擬。在吊臂有限元模型劃分的過程中，主要考慮吊臂鋼結(jié)構(gòu)的特點，可以將起重機(jī)吊臂離散成四個節(jié)點四邊形薄殼shell單元。由于shell單元不僅有中面膜力，還具有彎曲變形的特性，因此，通過shell單元的模擬能夠有效的對起重機(jī)吊臂實際應(yīng)力情況進(jìn)行模擬。

2.2 吊臂載荷工況以及約束分析

對于起重機(jī)載荷工況以及約束的分析來說，為了盡量與實際情況相符，主要從起重機(jī)吊臂正常工作的情況下承載的載荷進(jìn)行分析，其中包括起重量K、吊臂自重M、水平載荷O等三部分[3]。由于起重機(jī)吊臂在正常工作中，受到吊臂長度、起吊幅度、起吊載荷等三方面的影響，這都是在對吊臂載荷分析過程中必須要考慮的因素。一般情況下，吊臂的各個節(jié)臂之間主要是通過上下滑塊來傳遞側(cè)向和垂向載荷的，如果起重機(jī)的吊臂處在伸出狀態(tài)下，那么，軸向力應(yīng)該由各個節(jié)臂之間的伸縮油缸來承擔(dān)。如果是起重機(jī)吊臂起升的狀態(tài)下，那么起重量K以及水平載荷O將會作用在三節(jié)臂端部銷軸孔的位置，這時起重機(jī)吊臂自身的重力將會通過施加重力加速度的方式來模擬起重機(jī)的實際受力情況。一般情況下，起重機(jī)吊臂的約束位置都會在基本臂后鉸點的位置，對2個轉(zhuǎn)動自動度以及3個平動自由度進(jìn)行約束，對繞銷軸轉(zhuǎn)動的自由度不對其進(jìn)行約束，這樣可以實現(xiàn)對起重機(jī)吊臂繞銷軸自由旋轉(zhuǎn)進(jìn)行模擬。

2.3 吊臂與滑塊的連接

鐵路起重機(jī)吊臂有限元的分析，對確保起重機(jī)吊臂運行的可靠性有著一定的幫助，吊臂的各個節(jié)臂在運行的過程中，都是通過滑塊來實現(xiàn)側(cè)向載荷與垂向載荷的傳遞，因此，在鐵路起重機(jī)吊臂有限元的分析中，要注重吊臂與滑塊的連接[4]。針對吊臂與滑塊的連接可以采用兩種模擬方式進(jìn)行連接，一種是面一面的方式，相對來說這種模擬方式計算起來不容易，而且，結(jié)果也不穩(wěn)定；而另一種則是節(jié)點耦合的方式，該種模擬方式不僅能夠節(jié)省大量的計算時間以及計算資源，同時還能提高結(jié)果的穩(wěn)定性，相比于面一面接觸方式來說更加穩(wěn)定。因此，在吊臂與滑塊連接的模擬中主要采用的是節(jié)點耦合的方式，根據(jù)鐵路起重機(jī)吊臂的實際情況，將基本臂和二節(jié)臂之間的前滑塊固定在基本臂之上，然后再通過節(jié)點耦合來與二節(jié)臂進(jìn)行連接，這樣可以通過改變節(jié)點的坐標(biāo)方式，并將做接觸面法線方向的耦合，而后滑塊則將其固定在二節(jié)臂上，同樣是通過耦合的方式來實現(xiàn)與基本臂的連接，以此類推同樣將二節(jié)臂和三節(jié)臂的連接方式進(jìn)行同樣的連接。通過以上對吊臂與滑塊連接的模擬之后，可以有效的對鐵路起重機(jī)吊臂運行過程中各個節(jié)臂的實際載荷情況進(jìn)行分析。

2.4 吊臂有限元分析結(jié)果

假設(shè)在起重機(jī)吊臂運行過程中分為三種情況，分別為（1）起重量K為53t，起吊幅度為18000mm；（2）起重量K為79t，其中幅度為15600mm；（3）起重量K為12t，其中幅度為25400mm。分別對這三種工況下吊臂的有限元進(jìn)行分析，主要從應(yīng)力值以及發(fā)生位移的角度上對基本臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂和最大點應(yīng)力等進(jìn)行分析和比較，來了解吊臂的位移變形情況。具體如下表所示（如表1所示）[5-6]。

通過表1對三種不同工況下載荷的情況分析得知，在（1）工況下的吊臂最大位移值為328mm，在（2）工況下的吊臂最大位移值為78mm，在（3）工況下的吊臂最大位移值為198mm。

3 結(jié)束語

綜上所述，鐵路起重機(jī)對鐵路事業(yè)實施安全救援工作極為重要，通過文章對鐵路起重機(jī)吊臂有限元的分析得知，由于起重機(jī)吊臂在工作的過程中出現(xiàn)位移的情況，這都會對起重機(jī)運行的安全性、穩(wěn)定性造成一定的影響，對此必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過對吊臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，從而確保起重機(jī)吊臂的應(yīng)力能夠達(dá)到相應(yīng)的要求，對提升鐵路起重機(jī)吊臂運行的可靠性有著一定的作用，希望通過文章的分析，對提升鐵路起重機(jī)吊臂運行的安全性以及可靠性給予一定的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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