橋式起重機主梁的優(yōu)化設(shè)計與可靠性

陳浩

摘要：起重機是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的傳輸設(shè)備，以此來取代人工，逐漸在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛應(yīng)用。較為普遍的橋式起重機可以減少繁重的體力勞動，節(jié)省大量的人力成本，提高生產(chǎn)工作效率，具有明顯的現(xiàn)實意義。本文對橋式起重機主梁進行了優(yōu)化設(shè)計與可靠性分析，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，確保機器的高效運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：橋式起重機；主梁；優(yōu)化設(shè)計；可靠性

起重機是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的傳輸設(shè)備。以前，工業(yè)生產(chǎn)的過程基本上都依靠工人的手工作業(yè)來完成。而如今，隨著科技的迅猛發(fā)展，機器取代了大多數(shù)人工操作過程，成為了不可或缺的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。起重機的大規(guī)模使用，減少了繁重的體力勞動，節(jié)省了大量的人力成本，提高了工作效率，與此同時，還提高了工業(yè)生產(chǎn)過程中的安全性。就目前而言，工業(yè)上使用范圍較廣的起重機是橋式起重機，如圖1所示。

橋式起重機并不屬于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計化的產(chǎn)品，因此，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，我們需要對橋式起重機的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，一般來說，這類大跨度起重機主要應(yīng)用箱梁結(jié)構(gòu)，因為箱梁結(jié)構(gòu)起重機的工藝流程簡潔、機器結(jié)構(gòu)組裝容易，并具有良好的適用性，優(yōu)異的抗扭轉(zhuǎn)剛度等特點，但是由于其主梁容易下饒，導(dǎo)致橋式起重機的使用壽命大大降低。因此，本文對橋式起重機主梁進行了優(yōu)化設(shè)計與可靠性分析，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，確保機器的高效運轉(zhuǎn)。

一、橋式起重機主梁的優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)的橋式起重機主梁的優(yōu)化設(shè)計主要通過人工利用圖紙進行載荷、慣性矩等重要參數(shù)的計算來完成。在計算過程中，由于計算復(fù)雜度較高且繁瑣，非常容易產(chǎn)生錯誤，造成設(shè)計效率低下。隨著計算機產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，運用計算機來開發(fā)橋式起重機的設(shè)計軟件，從而對橋式起重機的主梁進行優(yōu)化設(shè)計成為了重要的手段。這樣既可以提高設(shè)計優(yōu)化過程的工作效率，還能夠保證計算過程的準(zhǔn)確程度，進而提高生產(chǎn)過程中的安全性。另外，對于所設(shè)計的橋式起重機的軟件是有一定的要求的：必須要具備可視化的功能，要在設(shè)計軟件上以圖形的方式顯示，這樣工程設(shè)計師能夠清晰地看到應(yīng)力、變形等性能的隨時改變。長期習(xí)慣于圖紙計算的工程設(shè)計師，也可以通過可視化的功能，形成一種直觀的經(jīng)驗，通過直觀經(jīng)驗與可視化設(shè)計的計算結(jié)果相結(jié)合，才能使橋式起重機主梁的設(shè)計更完善。

除了可視化功能的設(shè)計之外，還要選擇合適的優(yōu)化方法找到實際的理論計算中最佳的工程參數(shù)。其中，網(wǎng)絡(luò)法是一種特別好的優(yōu)化方法。它是工業(yè)設(shè)備優(yōu)化設(shè)計中最普遍、最容易的一種算法。對于網(wǎng)格法來說，在設(shè)計變量的可行域范圍內(nèi)，它會對可行域范圍內(nèi)任何一個點進行運算，通過運算結(jié)果之間相互對比，從而找到最佳的工程參數(shù)。但是這種對每一個點都進行優(yōu)化的方法，需要較長的優(yōu)化時間，而且會受到步長精度增加的影響，從而浪費大量的時間，這樣導(dǎo)致了優(yōu)化設(shè)計的過程十分緩慢，設(shè)計工作效率不高。因此還需要進一步優(yōu)化步長。

相比于網(wǎng)絡(luò)法，粒子群優(yōu)化方法的速度和效率更高。由于工程設(shè)計師會在最少的時間內(nèi)創(chuàng)造出許多的設(shè)計策略，因此優(yōu)化方法的速度對于橋式起重機主梁的設(shè)計是非常關(guān)鍵的。粒子群優(yōu)化方法是一種以智能群的隨機優(yōu)化為基礎(chǔ)的算法，它可以把每一個個體當(dāng)作搜索區(qū)域內(nèi)一個無質(zhì)量、無體積按一定的速率運行的粒子，并且任何一個粒子都具有單獨的位置、適應(yīng)值和速率，在粒子群方法優(yōu)化的過程中，上述粒子們可以完成信息的分享，還可以不間斷地更迭自身的運動速率、位置，對于上述粒子們的適應(yīng)值，能夠根據(jù)粒子所局域的最佳位置的適應(yīng)值進行對比，并更迭出粒子自身的最佳位置。隨后，把粒子自身局域的最佳位置的適應(yīng)值和全部粒子們的最佳位置的適應(yīng)值實行對比，并更迭出全部粒子們的最佳位置，最后尋找到最好的優(yōu)化策略。實際上，這種粒子群優(yōu)化的方法具有運算原理淺顯、操作方便的特點，如果能夠把這種優(yōu)化方法應(yīng)用到設(shè)計橋式起重機的主梁中，不僅可以保證精確度，還能夠大大提高優(yōu)化效率。

二、橋式起重機主梁的可靠性

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對技術(shù)水平的要求日益提高，橋式起重機在工業(yè)中的應(yīng)用也越來越多，其作用也自然不可小覷。對此，現(xiàn)代工業(yè)對橋式起重機的作用和運用條件都作出了更高的要求，這也導(dǎo)致了在工業(yè)生產(chǎn)過程中橋式起重機發(fā)生事故的概率也大大增加了，造成的嚴(yán)重后果更是不可預(yù)估，所以對于橋式起重機的可靠性問題得到了工程設(shè)計師的廣泛關(guān)注。產(chǎn)品的可靠性主要取決于產(chǎn)品的設(shè)計，假如在產(chǎn)品設(shè)計過程中遺留了不可靠的因素，卻在產(chǎn)品成型后開始實施補救，這必將會產(chǎn)生遠遠高于產(chǎn)品設(shè)計成本好幾倍的代價來挽救。因此，對于橋式起重機主梁設(shè)計來說，我們務(wù)必要考慮以下兩個方面的內(nèi)容：安全與經(jīng)濟。也就是說，在用度允許的范圍內(nèi)，盡一切可能避免產(chǎn)品破損事件的發(fā)生，從而制造出可靠性高的產(chǎn)品?，F(xiàn)如今，高可靠性的產(chǎn)品主要通過以下幾方面的指標(biāo)來評估，包括可靠性分析、失效性分析、可靠性分配、可靠性驗證等。

三、結(jié)束語

橋式起重機可以減少繁重的體力勞動，節(jié)省大量的人力成本，提高生產(chǎn)工作效率。就橋式起重機主梁的優(yōu)化設(shè)計而言，一定要確保設(shè)計過程的精度，提高設(shè)計工作效率，保證產(chǎn)品的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。因此，我們必須要強化橋式起重機主梁的優(yōu)化設(shè)計，善于運用計算機輔助軟件增加設(shè)計效率，并使其結(jié)構(gòu)愈加合理化，提高產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻

[1]杜習(xí)超，朱強，周高峰. 橋式起重機主梁的可靠性 優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 礦山機械，2017（10）.

（作者單位：江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院泰州分院）