關(guān)于橋式起重機(jī)主梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

滕海玉

摘要：起重機(jī)是現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中必不可少的輔助工具，也是必不可少的生產(chǎn)設(shè)備，對安全聲場，減少事故有著顯著作用。筆者根據(jù)自己從事的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，研究了目前國內(nèi)橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，分析了橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)國內(nèi)外形式。

關(guān)鍵字：橋式起重機(jī)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、研究；

1. 引言

起重機(jī)是減輕笨重體力勞動，提高勞動效率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運(yùn)輸機(jī)設(shè)備，在一定范圍內(nèi)水平移動和垂直起升的設(shè)備，具有作業(yè)循環(huán)性特點(diǎn)及動作間歇性特點(diǎn)。在對橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師研究的對象主要是主梁結(jié)構(gòu)輕量化。采用合理化的主梁結(jié)構(gòu)，可以減輕起重機(jī)自重，其意義在于節(jié)約所消耗的鋼材和控制成本，提高安全性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，也減輕了橋架和廠房建筑結(jié)構(gòu)的受載。當(dāng)今社會是一個倡導(dǎo)節(jié)能型的社會，節(jié)約能源和材料是起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)是本文橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個主要問題，也是時代發(fā)展的問題。

2. 橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)分析

橋式起重機(jī)的種類比較多，根據(jù)主梁的數(shù)目分類可以分為單梁橋架和雙梁橋架；根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為箱型結(jié)構(gòu)橋架、型鋼梁式橋架、精架式橋架。每種結(jié)構(gòu)類型其性能都不同，箱型結(jié)構(gòu)橋架是應(yīng)用比較廣泛的一種，工藝簡單、組裝方便、適用性強(qiáng)、抗扭剛度好及自動焊等優(yōu)點(diǎn)，但是重量大，主梁易下饒，水平剛度較差，內(nèi)部不易施焊，腹板與上翼之間的鏈接焊縫壽命低，同時橫向加勁板與上翼緣板之間焊接容易開裂。另外型鋼梁式結(jié)構(gòu)的主梁一般采用工字鋼，一般應(yīng)用于小車，結(jié)構(gòu)簡單，起重量較小。隨著新工藝、新結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，這些缺點(diǎn)正逐步得到改進(jìn)。在設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)的橋架結(jié)構(gòu)時，必須滿足幾個基本要求：橋架的剛度和強(qiáng)度要足夠；橋架要必須和大小車運(yùn)行的機(jī)構(gòu)要配合好，確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)；橋架重量的減輕有助于經(jīng)濟(jì)的意義，因此盡可能降低自重；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量美觀和便于批量生產(chǎn)。

目前國內(nèi)外采用的橋架主梁比較典型的和箱形截面的雙腹梁式和四桁架式，其它類型都是這兩種基本型式發(fā)展而成的。四桁架式橋架主要由主桁架、上下水平桁架、輔助桁架以及箱形截面的端梁所組成。箱形截面的板梁式橋架是我國生產(chǎn)的橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)的基本型式，主要由涼快垂直腹板和上下蓋板組成的封閉的箱形截面，自身重量比較大。但是從工藝和場地的方面考慮，結(jié)構(gòu)總高度小，安裝和維護(hù)也方便，也利于批量生產(chǎn)。箱形橋架結(jié)構(gòu)通常選用薄壁箱形構(gòu)件，為了滿足穩(wěn)定性可靠性要求，在箱形架構(gòu)設(shè)計(jì)中要求加入橫向和縱向加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋對構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度影響較小。表現(xiàn)如下：

(1) 縱向加強(qiáng)筋沿構(gòu)件的長度方向連續(xù)改變構(gòu)件的截面特性，顯然對構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度

都有一定影響。但是經(jīng)過研究論證，可通過擾度與加強(qiáng)筋引起的正應(yīng)力減小量小于10%。對于縱向加強(qiáng)筋對剪應(yīng)力產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。

(2) 從分析梁在的彎曲、承受拉壓與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與位移計(jì)算的公式不難看出，由于橫向加

強(qiáng)筋僅能在其自身所在截面內(nèi)改變梁的截面性質(zhì)，對剛度和強(qiáng)度的影響不大。通過有限元程序分析后可以得出金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件橫向加強(qiáng)筋對其剛度和強(qiáng)度影響不大，可以忽略。

3. 目前國內(nèi)外橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)形式

橋式起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在主梁厚度、寬度以及電動葫蘆的體積等關(guān)鍵部件的整改方面，在改進(jìn)的同時要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時保證機(jī)器能夠運(yùn)行穩(wěn)定，安全，這樣一來不僅在安裝速度方面會得到很大提升，同時還可以節(jié)省空間。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)商充分運(yùn)用反求工程設(shè)計(jì)方法對先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究消化，通過仿制國外新型的起重機(jī)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時也根據(jù)反求工程中研究出來的工藝參數(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)自己的新型化起重機(jī)。

3.1 國外橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)情況

法國PATAIN公司的某橋式起重機(jī)采用窄偏軌箱形梁作為主梁，其寬、高的比一般約為4.5～3左右，梁高為大筋板間距的1/2倍，不采用小筋板。端梁與主梁的連接方式采用搭接，便于可以直接把垂直力作用于端梁上蓋板，由此可降低端梁的高度，減輕重量，便于運(yùn)輸。另外，PATAIN公司又采用以板材為基本構(gòu)建的小車架結(jié)構(gòu)，這種方法可以優(yōu)化起重機(jī)的重量，有利于加工方便，適用于小噸位的起重機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求起升的結(jié)構(gòu)不能直接與車架相連接而是采用行圓錐齒輪減速器來降低車架剛度，優(yōu)化車結(jié)構(gòu)，以便減小自重。

芬蘭某公司的生產(chǎn)商生產(chǎn)的一種橋式起重機(jī)，是采用將起重機(jī)中的一根端梁與起升機(jī)構(gòu)的減速器合二為一，同時減速器與卷筒一端連接，另一端用于支撐起重機(jī)的另一根端梁上。同時，將卷筒組與定滑輪組連成一體，簡化起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，省去承梁。對于起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用三合一驅(qū)動裝置以減小自重，達(dá)到整機(jī)自重大幅度減輕。

3.2 國內(nèi)起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的形式

我國曾采用多級模糊綜合的方法，綜合考慮成本、性能、工藝、生產(chǎn)、制造和使用維護(hù)多方面因素，盡可能減小零部件達(dá)到起重機(jī)規(guī)格型號，解決起重機(jī)整體優(yōu)化的效果。也取得了一定效果。在現(xiàn)如今我國吸取德國的先進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，自主研發(fā)了QS型發(fā)達(dá)國家的“三合一”技術(shù)，尤其是驅(qū)動裝置采用德國的減速器，為了不受振動和主梁影響，將其吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，這種整體優(yōu)化設(shè)計(jì)理念也運(yùn)用實(shí)際中，提高了運(yùn)行機(jī)構(gòu)的壽命和性能。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)結(jié)合更為緊密，方便安裝維修。

在對橋式起重機(jī)主梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，主要針對當(dāng)前起重機(jī)的輕量化進(jìn)行著重設(shè)計(jì)，這對于起重機(jī)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是以主梁箱型截面的各個尺寸為設(shè)計(jì)變量，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)求得設(shè)計(jì)需要的參數(shù)。比如某生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的通用型橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)采用的半偏軌，與傳統(tǒng)的主梁結(jié)構(gòu)相比，取消了短加筋板和小加筋板，便于加工工藝，起到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化作用。

4. 結(jié)論

橋架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個起重機(jī)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，新型的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要以主梁輕量化設(shè)計(jì)為考慮對象，輕量化技術(shù)發(fā)展也越來越迅速，各種先進(jìn)的分析方法、先進(jìn)技術(shù)都層出不窮，在對今后的起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中要更為全面、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用相關(guān)理論和方法。

5. 參考文獻(xiàn)

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