試談橋式起重機(jī)條形主梁結(jié)構(gòu)

王光成

摘要：作為制造大國，起重機(jī)制造是我國必須涉及的領(lǐng)域之一，橋式起重機(jī)是裝卸大型貨物和設(shè)備不缺少的重要工具，廣泛的運(yùn)用于物流和交通運(yùn)輸。目前國內(nèi)一般停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，所以，有必要對起重機(jī)的結(jié)構(gòu)研究和分析，尤其是條形主梁結(jié)構(gòu)，用三維軟件和有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計(jì)出先進(jìn)的起重機(jī)。

關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；條形主梁結(jié)構(gòu)；數(shù)字化設(shè)計(jì)

引言

橋式起重機(jī)是大型制造工廠很重要的輔助生產(chǎn)工具，主要用來完成材料和工件的裝卸和搬運(yùn)，他應(yīng)該滿足工廠的機(jī)械化和自動(dòng)化的要求，人力物力的使用量應(yīng)被減少，提高生產(chǎn)效率，更應(yīng)該提高自動(dòng)化程度。橋式起重機(jī)的核心部件是主梁，對主梁設(shè)計(jì)是制造一臺橋式起重機(jī)的最首要任務(wù)，小車運(yùn)行情況的良好與否主要和主梁的綜合性能有關(guān)。假如主梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，不僅影響小車的性能，還會影響自身的承載能力，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生破壞等情況。所以，對橋式起重機(jī)條形主梁的合理設(shè)計(jì)是很重要的，而且要時(shí)時(shí)進(jìn)行維修和保養(yǎng)。

1.橋式起重機(jī)的現(xiàn)狀

起重機(jī)在提高生產(chǎn)能、減少人力物力投入、降低成本方面具有不可磨滅的功能，它的主要功能是裝卸和運(yùn)輸貨物和原料等，在垂直平面或水平面內(nèi)直線運(yùn)動(dòng)，也可以在兩個(gè)平面內(nèi)同時(shí)運(yùn)動(dòng)。隨著工業(yè)社會的迅速發(fā)展，起重機(jī)不再是以輔助工具的身份出現(xiàn)，它已成為主體設(shè)備的一份子。起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)不斷需要被優(yōu)化，以便提高產(chǎn)品的質(zhì)量，為提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度做鋪墊，現(xiàn)如今人們更渴望設(shè)計(jì)出可靠性強(qiáng)、高效率和節(jié)能環(huán)保的起重產(chǎn)品。

我國的起重機(jī)歷史起源比較早，古代就用它灌溉莊稼。1880年第一臺電力橋式起重機(jī)問世，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，起重機(jī)的研發(fā)投入不斷加大，促進(jìn)了此行業(yè)的快速提升。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，起重機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)入了數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)代，使得許多新型的設(shè)計(jì)方法誕生，起重機(jī)的質(zhì)量得到了進(jìn)一步提高。下面介紹幾種現(xiàn)階段用于設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)主梁的方法。

1.1.優(yōu)化設(shè)計(jì)

起重機(jī)行業(yè)開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和優(yōu)化知識后，使得起重機(jī)設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，迅速的挑選最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是依據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定所要用到的參數(shù)，滿足產(chǎn)品的性能要求。最先使用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的國家有中國和美國等，基本都是以減輕產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)。我國主要采用綜合評定法來完成整體設(shè)計(jì)，以最少的零件組建最多的產(chǎn)品規(guī)格，也就是說系列化生產(chǎn)。

1.2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)和圖像設(shè)備幫助工作人員完成設(shè)計(jì)工作，也稱為CAD.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，各個(gè)工程領(lǐng)域都運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)方便高效的完成工程設(shè)計(jì)，尤其是在起重機(jī)設(shè)計(jì)中。利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算能力處理復(fù)雜的方程和龐大的數(shù)據(jù)，采用三維軟件和有限元分析軟件等對主梁結(jié)構(gòu)實(shí)體建模和運(yùn)動(dòng)仿真，盡早的的發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和問題，及時(shí)作出修改和優(yōu)化。大大的減少了資源的浪費(fèi)，不僅減少了成本和勞動(dòng)量，節(jié)約了開發(fā)時(shí)間。目前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)還不夠成熟，需要對它更深層次的研究和開發(fā)，挖掘它潛在的功能。

1.3.動(dòng)態(tài)仿真。

動(dòng)態(tài)仿真還是用計(jì)算機(jī)來完成，以往的設(shè)計(jì)大多是以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主，缺乏直觀的分析。起重機(jī)主梁在實(shí)際工作當(dāng)中不僅僅受一個(gè)因素的影響，無法用人工感知主梁的運(yùn)行狀況，動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員比較好的分析主梁的動(dòng)態(tài)特性。由于有限元理論的建立，許多仿真軟件陸續(xù)被開發(fā)，為起重機(jī)設(shè)計(jì)采用運(yùn)動(dòng)仿真創(chuàng)造了條件。運(yùn)動(dòng)仿真軟件可以對主梁的各種情況的受力和運(yùn)動(dòng)狀況模擬，用仿真結(jié)果驗(yàn)證實(shí)際參數(shù)的正確性。

以上是幾種比較典型的和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，除此之外還有極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)等等。目前，最常用的應(yīng)用最廣泛的兩種方法是優(yōu)化設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)仿真，尤其是起重機(jī)設(shè)計(jì)的主要方法。

2.橋式起重機(jī)主梁研究的方向

技術(shù)隨著時(shí)間不斷變更，先進(jìn)技術(shù)得到應(yīng)運(yùn)，起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展也靠技術(shù)的競爭。起重機(jī)技術(shù)不僅是衡量國家綜合國力的一項(xiàng)依據(jù)，也代表著一國的技術(shù)水平。所以，需要不斷地創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出符合經(jīng)濟(jì)性的產(chǎn)品。為了滿足社會主義社會的建設(shè)需要，我國的橋式起重機(jī)應(yīng)向以下幾個(gè)方向發(fā)展。

2.1.向自動(dòng)化、機(jī)械化、智能化生產(chǎn)方向發(fā)展。

主要用電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，電子系統(tǒng)對機(jī)械裝置等執(zhí)行元件發(fā)出命令進(jìn)行控制和檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行動(dòng)作偏離要求值時(shí)，用控制系統(tǒng)完成調(diào)節(jié)。使得起重機(jī)自動(dòng)完成一系列動(dòng)作，比如控制、定位、調(diào)整和檢測補(bǔ)償?shù)?，?shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。這樣可以省下人力勞動(dòng)的投入，但是它的成本非常高。

2.2.向模塊化、系列化方向發(fā)展。

選擇結(jié)構(gòu)、功能和尺寸較為典型的產(chǎn)品作為基礎(chǔ)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)典型化和零件通用化，設(shè)計(jì)出其他尺寸的產(chǎn)品。要求產(chǎn)品具有很高的機(jī)構(gòu)相似度，也可以減少工藝裝備的數(shù)量。

2.3.向重量輕、樣式多的方向發(fā)展。

從總體利益的角度出發(fā)，尺寸小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單的起重機(jī)更具有競爭力，它可以減小工廠的占地面積，同時(shí)在搬運(yùn)、裝備和拆卸方面更加便利，減少了生產(chǎn)制造和保養(yǎng)費(fèi)用。

3.橋式起重機(jī)主梁研究的缺陷

我國在起重機(jī)行業(yè)的年產(chǎn)量位居世界第一，盡管銷量巨大，但是產(chǎn)品的性能方面和發(fā)達(dá)國家有一定的差距，表現(xiàn)在產(chǎn)品種類單一。我國起重機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)還不夠成熟，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸很大，質(zhì)量笨重，沒有國際競爭力?，F(xiàn)階段我國橋式起重機(jī)主梁研究存在如下問題：

3.1.產(chǎn)品性能不佳。

我國生產(chǎn)的起重機(jī)主梁存在很多問題，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸不合理，自身的重量很重，導(dǎo)致安裝和維護(hù)不便，容易產(chǎn)生噪音，經(jīng)常發(fā)熱變形。

3.2.加工工藝很差。

由于主梁的制造精度要求極高，加工時(shí)需要用到高精度的精密機(jī)床，但我國目前缺乏大型的精密級機(jī)床。所以，加工產(chǎn)品的難度增加，使加工主梁的工藝很差。

4.總結(jié)

分析我國起重機(jī)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)我國的起重機(jī)制造量巨大，但現(xiàn)階段的制造技術(shù)存在各種各樣的缺陷，有待進(jìn)一步改進(jìn)。研究橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)的方法很多而且各方法的成本和達(dá)到的效果不同，所以根據(jù)實(shí)際情況如何把各種方法互相結(jié)合使用也需要深入思考?？傊?，在最小的成本下，設(shè)計(jì)出最優(yōu)良的橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)是主要目的，去除不足向更好的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王虎奇，陸洋，黃榮星.橋式起重機(jī)主梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化.廣西工學(xué)院報(bào).2013：43-48

[2]何飛.橋式起重機(jī)主梁的受力分析及研究.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2009：45

[3]黃春燦，劉戰(zhàn)歌，劉凱.橋式起重機(jī)主梁檢測診斷探討.冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量.2002：34-36

[4]齊玉紅.基于ANSYS的橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.學(xué)術(shù)論文.2011：1-65.