門(mén)式起重機(jī)主梁設(shè)計(jì)校核及其優(yōu)化分析

摘 要：通過(guò)基本參數(shù)完成對(duì)主梁的設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力的校核，最后運(yùn)用軟件對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，從而在滿足受力合理的情況下，減輕梁的自重。

關(guān)鍵詞：門(mén)式起重機(jī)；主梁；設(shè)計(jì)；校核；優(yōu)化

1 門(mén)式起重機(jī)介紹

門(mén)式起重機(jī)是橫梁連接支腿，支腿連接橋架并且在地面運(yùn)動(dòng)的橋架型起重機(jī)。它的金屬結(jié)構(gòu)采用雙主梁結(jié)構(gòu)時(shí)，承載能力大、穩(wěn)定性好、故多用于起重量跨度較大的場(chǎng)合。

2 設(shè)計(jì)基本參數(shù)

主起重量 P=100t 副起升量 P=20t

主起升高度 H=16m 副起升高度 H=17.5m

主起升速度 4m/min 副起升速度 8m/min

工作級(jí)別 A5 跨度 L=25.5m

接電持續(xù)率 JC=25% 鋼結(jié)構(gòu)材料 Q235-B

疲勞強(qiáng)度和板屈曲強(qiáng)度按照《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取。

3 主梁設(shè)計(jì)基本尺寸設(shè)計(jì)

主梁的合理高度一般取為：

4 主梁應(yīng)力校核計(jì)算

危險(xiǎn)截面的危險(xiǎn)應(yīng)力點(diǎn)如圖1所示，一般箱型梁上下蓋板厚度不相等，所以會(huì)造成截面的中性軸上移，危險(xiǎn)點(diǎn)1和4的應(yīng)力應(yīng)大于危險(xiǎn)點(diǎn)2的應(yīng)力，危險(xiǎn)點(diǎn)1的應(yīng)力略小于危險(xiǎn)點(diǎn)4，由于1點(diǎn)和2點(diǎn)為疲勞強(qiáng)度、板穩(wěn)定的驗(yàn)算點(diǎn)，當(dāng)危險(xiǎn)點(diǎn)1滿足要求時(shí)，危險(xiǎn)點(diǎn)4也應(yīng)該滿足，因此靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)只須驗(yàn)算危險(xiǎn)點(diǎn)1和2的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求即可。

5 主梁受力分析及優(yōu)化

5.1 分析軟件概述

本次分析就是用SolidWorks的插件SolidWorks Simulation對(duì)門(mén)式起重機(jī)的主梁進(jìn)行受力分析和尺寸優(yōu)化，從而使主梁在整體保證受力許可的情況下使質(zhì)量達(dá)到最輕，從而減少主梁的自重。

5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

在初始的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，所有的設(shè)計(jì)約束都滿足了?，F(xiàn)在將在保證設(shè)計(jì)約束的條件下，來(lái)減少框架裝配體的質(zhì)量。優(yōu)化分析有三個(gè)設(shè)計(jì)算例的參數(shù)組成：變量，約束和目標(biāo)。優(yōu)化算例使用之前定義好的算例的已有載荷和約束信息。

優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的定義的變量視圖如圖2所示：

優(yōu)化設(shè)計(jì)分析中定義約束和目標(biāo)的變量視圖如3所示

5.3 最終優(yōu)化結(jié)果

最終的優(yōu)化結(jié)果為：上翼緣板的寬度從1300mm降到840mm，腹板之間的距離有900mm降到800mm，翼緣板寬度由20mm降到10mm，腹板高度由1500mm降到1023mm。

優(yōu)化前后的質(zhì)量比較：優(yōu)化前質(zhì)量為2.90t，優(yōu)化后的質(zhì)量為1.56t，質(zhì)量下降了46%。優(yōu)化后的結(jié)果不僅滿足受力分析情況，并且有效的減輕了主梁的質(zhì)量。優(yōu)化結(jié)果比較成功。

6 結(jié)束語(yǔ)

這次主梁設(shè)計(jì)從基本尺寸和界面形式入手，對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)力的校核計(jì)算，同時(shí)結(jié)合軟件對(duì)其中間位置和端部位置的位移變化量做出分析，最后在保證設(shè)計(jì)約束的條件下，通過(guò)優(yōu)化來(lái)減少框架裝配體的質(zhì)量，從優(yōu)化前后的質(zhì)量對(duì)比來(lái)看，此次優(yōu)化比較成功。

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