架桥机结构动态特性分析与动态优化设计分析

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．通过合理假设和简化，建立了架桥机的动力学理论计算模型，利用能量法、图乘法求解动力学模型，推导了JQ900型架桥机的固有频率和振型计算公式，得到了架桥机的动态响应特性。2．利用遗传算法和神经网络的协同优化设计方法对架桥机主梁结构进行了动态优化设计，得到了优于传统优化方法的优化结

2、果。3．通过对不同优化方案的比较，提出了一种重量较轻、静动态性能优良的架桥机结构设计方案。学位论文作者签名：日期：南竭硝加7．12．·I午．西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1课题的研究背景和意义铁路和公路是我国国民经济发展的大动脉，尤其高等级公路和高速铁路，以其在运输能力、速度和安全性方面的突出优势，以及对均衡国土资源开发、缩小地区差别、建立统一市场经济体系和提高现代物流效率等方面所发挥的重大作用，成为交通运输现代化的重要标志。为进一步加快经济建设步伐，国家于2004年制定了高速公路网发展规划，预计到2020年，我国将基本建成“五纵七横"约3．5万公里的国道主干线及其它新增公

3、路里程，预计至U2025年，我国公路总里程将达180万公里⋯，与此同时中国高速铁路的建设也全面展开，到2020年，将建设2万公历的高速客运专线铁路，并对原有的16万公里客货运输铁路进行提速改造。这些拟建的高速公路和铁路大多要贯穿山川、河流等偏僻地区，这就需要建设大量的桥梁，而目前的桥梁建设主要采用架桥机架设预制梁的方法。架桥机与运梁车配合使用，是铁路线和高速公路的建设过程中大量桥梁施工不可缺少的架桥主要机械设备。根据铁路中长期发展规划，我国铁路客运专线的大规模建设已经开始。武广客运专线、郑西客运专线、石太客运专线等已经陆续开工⋯。在这些客运专线中，存在大量32m、900t混凝土双线整孔箱梁桥的

4、架设工况，需要大量的大型架桥机械设备j这就需要我们改变设计思路，运用动态优化设计方法，开发动态性能优良、重量轻、成本低的新型架桥机，这不仅有利于节约制造成本，而且可以降低桥墩的负荷。从国内外架桥机的现状来看，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⋯。大吨位铁路箱梁架桥机多见于意大利Nicola公司，我国自1999年秦沈线建设初期开始进行大吨位铁路箱梁架桥机研制，并己成功在秦沈客运专线应用，主要有中铁大桥局七公司研制的JQ900型下导梁架桥机、山西太原重型机械集团与意大利爱登公司合作制造的

5、900n屯架桥机以及北戴河通联路桥机械有限公司和铁道第五勘察设计院共同研制的900吨铁路架桥机。以上情况表明，国内外对架桥机做了大量的研究工作，但目前所做的研究西南交通大学硕士研究生学位论文第2页主要是其结构形式，侧重考虑架桥机适应变跨桥、曲线梁的架设，以及免拆过隧道、隧道口架设的功能，是采用常规的设计方法，凭经验及设备使用要求，先确定主梁的形式及截面尺寸，再进行强度核算，然后求出钢材用量，虽然设计结果可靠，但未必经济。因此优化设计主梁的结构参数是一项非常有意义的工作。河北省北戴河通联路桥机械有限公司和铁道第五勘察设计院共同研制的900D屯铁路架桥机，是专门为我国陆续开工的铁路客运专线工程而研

6、制的大型桥梁架设装备。文献[9]中，梁建明等对该架桥机的主导梁进行了轻量化研究，是在强度、刚度、稳定性满足的条件下，以重量最轻为目标，对主梁的截面结构尺寸进行了优化，采用的是传统的优化算法。但是，随着架桥机向大型化方向发展，结构在动载荷作用下的振动问题变得日益突出n0l。因此，在进行结构优化设计的时候应该考虑它的动态特性，使产品在设计阶段就可以预测其动态特性，以减小系统的振动，提高整机工作性能。基于传统算法易于陷入局部最优解，本文拟以JQ900型箱梁架桥机为研究对象，在动态分析的基础上，运用遗传算法和神经网络相结合的结构优化新策略进行结构动态优化设计。虽然这样使问题复杂化，但也较为准确地反映出

7、架桥机的实际工况和动态性能。1．2国内外架桥机的现状与发展趋势1．2．1国内外铁路架桥机的现状大吨位铁路箱梁架桥机多见于意大$1JNicola公司，我国自1999年秦沈线建设初期开始进行大吨位铁路箱梁架桥机研制，并已成功应用在秦沈客运专线建设中。如今，国内外架桥机种类繁多，但按照其结构特点，可分为以下几种：1．步履式架桥机步履式架桥机是意大$JNicola公司20世纪80年代的产品，该机型在韩国高