門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃海峰銀川科安特起重機(jī)制造有限公司 寧夏 銀川 750001

正文：

1 門(mén)式起重及結(jié)構(gòu)問(wèn)題

1.1 金屬結(jié)構(gòu)故障原因

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的主要就是承受起重機(jī)適應(yīng)過(guò)程中的各種荷載，是起重機(jī)中最基本的一種構(gòu)件。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)一般都是采用鋼材，為了確保金屬結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的穩(wěn)定性，使金屬結(jié)構(gòu)的承載能力得到有效提高，避免因承載能力不足而出現(xiàn)變形問(wèn)題，在對(duì)鋼材進(jìn)行選擇的時(shí)候，應(yīng)保證鋼材的剛度、強(qiáng)度以及抗屈曲能力。一般來(lái)說(shuō)，門(mén)式起重機(jī)中的金屬結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)故障主要有以下幾種：結(jié)構(gòu)變形、主梁下?lián)?、焊接部位出現(xiàn)開(kāi)焊以及裂縫等。而導(dǎo)致這些金屬結(jié)構(gòu)故障的主要原因就是：（1）在對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接的時(shí)候，沒(méi)有根據(jù)金屬材料來(lái)選擇最合適的焊接技術(shù)，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，焊接部位存在嚴(yán)重的氣孔、裂紋以及沒(méi)有充分溶合等問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在，就給金屬結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性帶來(lái)了非常大的影響，在高負(fù)荷狀態(tài)下，很容易導(dǎo)致焊接部位出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，使金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大幅下降。（2）長(zhǎng)時(shí)間的超載操作，在使用過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格按照起重機(jī)的荷載標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行重物的起吊，長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷使用，從而導(dǎo)致起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問(wèn)題，使起重機(jī)無(wú)法保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 起升機(jī)構(gòu)故障原因

1.2.1制動(dòng)裝置引發(fā)的故障

在整個(gè)門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)中，制動(dòng)裝置是至關(guān)重要的一部分，它是保證起重機(jī)運(yùn)行安全的一個(gè)重要部件，每一個(gè)門(mén)式起重機(jī)中都會(huì)安裝制動(dòng)裝置。制動(dòng)裝置中常見(jiàn)的故障問(wèn)題主要有：制動(dòng)器打不開(kāi)、制動(dòng)力矩太大、制動(dòng)過(guò)程中散發(fā)出嚴(yán)重的焦味以及制動(dòng)器失靈等。導(dǎo)致這些故障問(wèn)題發(fā)生的主要原因就是：（1）制動(dòng)輪存在故障。在運(yùn)行過(guò)程中，制動(dòng)輪與減速器不協(xié)調(diào)，制動(dòng)輪表面存在大量的油污。（2）制動(dòng)瓦襯存在故障。制動(dòng)瓦襯與制動(dòng)輪之間的間隙大小不均勻，有的地方間隙小有的地方間隙大，在制動(dòng)過(guò)程中，瓦襯很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，磨損過(guò)程中還會(huì)散發(fā)出濃烈的焦味與煙霧。（3）主彈簧存在故障。在起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有對(duì)主彈簧的型號(hào)進(jìn)行合理的選擇，導(dǎo)致彈簧張力過(guò)大或過(guò)小，或者主彈簧經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損老化，這些都會(huì)給制動(dòng)器的制動(dòng)性能帶來(lái)一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)器失靈問(wèn)題的發(fā)生。

1.2.2減速器引發(fā)的故障

在門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)中，減速器也發(fā)揮著非常重要的作用，它可以匹配原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)速以及傳遞轉(zhuǎn)矩。減速器故障主要包括有：齒輪振動(dòng)、齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)出噪音以及減速器漏油等。

1.3 運(yùn)行機(jī)構(gòu)故障原因

門(mén)式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾個(gè)部分組成：車輪、電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸以及制動(dòng)器等，它的驅(qū)動(dòng)方式主要有兩種，一種是分別驅(qū)動(dòng)，一種是集中驅(qū)動(dòng)。門(mén)式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主要故障就是啃軌。一旦發(fā)生啃軌問(wèn)題，那么起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行阻力就會(huì)大幅增加，車輪在運(yùn)行過(guò)程中也非常容易出現(xiàn)磨損，長(zhǎng)時(shí)間在啃軌狀態(tài)下運(yùn)行，還可能會(huì)導(dǎo)致脫軌事故的發(fā)生，嚴(yán)重威脅起重機(jī)的使用安全。導(dǎo)致啃軌問(wèn)題出現(xiàn)的原因有很多，其中主要包括有：（1）軌道表面存在大量的雜物，比如油污、積雪以及冰層等，如果沒(méi)有對(duì)軌道表面進(jìn)行及時(shí)清理，那么將會(huì)大大增加啃軌問(wèn)題的發(fā)生概率。（2）金屬結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重的變形，門(mén)式起重機(jī)一般都是直接暴露在外界的，長(zhǎng)期經(jīng)受日曬雨淋的侵蝕，長(zhǎng)期如此，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕變形問(wèn)題，從而導(dǎo)致啃軌問(wèn)題的發(fā)生。（3）大小車的車輪安裝精度不高，在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，會(huì)受到磨損影響，進(jìn)而引發(fā)啃軌問(wèn)題。（4）兩個(gè)主車輪的行駛速度存在偏差，車體在行走過(guò)程中出現(xiàn)傾斜并引發(fā)啃軌問(wèn)題。

2 門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方法與步驟

2.1 基本方法

(1)簡(jiǎn)單解法。該方法可以分為兩種，一種是圖解法，一種是解析法，前者是指在設(shè)計(jì)空間中做出可行域與目標(biāo)函數(shù)的等值面，通過(guò)在可行域中尋找能夠讓目標(biāo)函數(shù)取得最小值的位置。

(2)準(zhǔn)則法。該方法是將工程學(xué)與力學(xué)作為出發(fā)點(diǎn)的，在滿足相關(guān)條件的情況下，采用迭代方法來(lái)對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行求解。該方法具有較快的收斂速度，迭代次數(shù)與變量數(shù)目之間沒(méi)有必然的聯(lián)系，主要用于結(jié)構(gòu)布局及幾何形狀確定的情況。

(3)數(shù)學(xué)規(guī)劃法。為了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化，可以將該問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，并采用數(shù)學(xué)規(guī)劃計(jì)算方法來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解。在對(duì)門(mén)式起重機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以采用非線性規(guī)范數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，相較于線性規(guī)劃問(wèn)題，非線性規(guī)劃問(wèn)題的復(fù)雜性更高，求解難度非常大。

2.2 基本步驟

(1)把門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，并根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，建立起數(shù)學(xué)模型；（2）根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化特點(diǎn)，來(lái)優(yōu)化對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行合理的選擇；（3）采用計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)把優(yōu)化計(jì)算方法編寫(xiě)成一個(gè)迭代程序；（4）充分利用計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)對(duì)優(yōu)化方法進(jìn)行計(jì)算，選擇出最合適的優(yōu)化方法；（5）對(duì)優(yōu)化方法進(jìn)行反復(fù)檢驗(yàn)，確保優(yōu)化方法的合理性及可行性。

2.3 iSIGHT優(yōu)化分析及方法

iSIGHT軟件本身所具有的用戶界面是非常強(qiáng)大的，用戶在使用該軟件的時(shí)候，能夠?qū)⒐ぷ鹘缑鎴D形化，然后再對(duì)需要優(yōu)化的產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)該軟件的應(yīng)用，可以使設(shè)計(jì)內(nèi)容更加充分的結(jié)合，從而保證優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的合理性及可行性。同時(shí)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控結(jié)果來(lái)對(duì)優(yōu)化方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。iSIGHT軟件中主要有以下幾種優(yōu)化方法：數(shù)值優(yōu)化法、全局探索優(yōu)化法、啟發(fā)式優(yōu)化法以及多目標(biāo)多準(zhǔn)則優(yōu)化法。

3 結(jié)語(yǔ)

為了保證門(mén)式起重機(jī)在使用過(guò)程中能夠保持安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，必須要對(duì)門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，來(lái)選擇最合適的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從而保證優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文主要對(duì)門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、步驟進(jìn)行分析與探討，對(duì)門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有著一定的借鑒意義。