轨道衡称梁的优化设计

　　0前言

　　轨道衡作为一种计量仪器，已被广泛应用在各个行业中。在轨道衡的设计计算中，往往忽略了钢轨在轨道衡中的作用，只对称梁进行简化的研究，这势必降低计算的准确性。　　为更准确地研究称梁，应与钢轨一起进行研究。

　　1横截面惯性矩的计算

　　1.1称梁的横截面惯性矩的计算

　　(1)中性轴位置的确定

　　(2)惯性矩的计算公式

　　1.2轨道衡的横截面惯性矩的计算

　　(1)中性轴位置的确定

　　如图2所示为梁的截面简图，上部分为钢轨。

　　2轨道衡应力与挠度的计算

　　当考虑钢轨后，轨道衡的受力可简化为受火车车轮的2个集中载荷的作用。

　　2.1应力的计算

　　当车轮行驶至两端对称时，如图3所示，可认为此时应力最大。

　　根据材料力学的计算公式，有

　　2.2挠度的计算

　　3轨道衡的优化设计

　　3.1设计变量

　　3.2目标函数

　　轨道衡优化的目标是保证所有条件满足条件下的质量最轻，更大限度地节约成本。质量与横截面积成正比。因此，目标函数可用横截面积表示，即

　　3.3约束条件

　　(1)性能约束轨道衡要正常工作，必须满足强度和刚度条件，　即

　　3.4优化数学模型的建立和优化方法的选择综上所述，轨道衡优化设计数学模型的标准形式为

　　函数是一个无约束非线性函数，其中，无约束极值方法选用DFP变尺度法，　一维搜索方法选用二次插值法，算法收敛的允许误差≤0.000 01，即可算出称梁的结构尺寸。

　　3.5轨道衡优化实例

　　从结果上看，起作用的约束是应力及t2。所以，轨道衡的设计应从强度和刚度2个方面综合考虑，仅仅由刚度方面考虑可能会造成疲劳强度的不足，对轨道衡的寿命产生不利影响　　。

　　参考文献：

　　[1]冯化中,王行方,周晓峰.动态电子轨道衡称梁刚度的有限元计算[J].铁道标准化，1995(2)：24-25.

　　[2]暴学志.轨道衡计量技术的发展及应用[J].铁道建筑，2008(1)：83-85.

　　[3]孙占刚,钱戈,齐宝军.轨道衡称量台计算的数学模型[J].煤矿机械，2009, 30(8)：35-37.

　　[4]冯化中,李世林,　姜会增,等. GCU-100轨道衡的可靠性设计[J].铁道技术监督，2007,35(10)：30-33.

　　[5]刘惟信.机械最优化设计[M].北京:清华大学出版社,1994.

     作者简介：孙占刚(1971- )，北承德人，工学硕士，　副教授，毕业于燕山大学机械设计及理论专业，主要从事机械优化设计、有限元分析等方面的研究，电子信箱 :sun_zhg@sina.com.