橋式起重機矩形管端梁的應用分析

蒙鳳杰

摘 要： 以電動單梁起重機LDO10t-15.9m為例，采用經(jīng)典力學結(jié)合ANSYS workbench 15.0對矩形管端梁進行承載能力分析，綜合考慮制作工藝及企業(yè)效益；結(jié)果表明，矩形管形式的端梁在橋式起重機上的應用具有實際意義。

關(guān)鍵詞： 橋式起重機；矩形管；端梁；企業(yè)效益

橋式起重機是橫架于車間、倉庫和貨場等上空進行物料吊運的起重設備，因其形狀似橋而得名；它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機械。電動單梁起重機是橋式起重機的一種。端梁為橋式起重機金屬結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，對其進行優(yōu)化設計與研究顯得尤為必要。傳統(tǒng)的端梁結(jié)構(gòu)形式為U型槽形式或箱形焊接形式，該兩種結(jié)構(gòu)形式尤其是后者焊縫較多，施工成本占比較大且焊接變形不易控制、增加殘余應力、降低疲勞強度，由此引起產(chǎn)品質(zhì)量不理想、工期長、企業(yè)效益等問題。矩形管是國民經(jīng)濟中常用的一種型材，廣泛應用于制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)；其整體結(jié)構(gòu)形式正好彌補橋式起重機傳統(tǒng)端梁結(jié)構(gòu)形式的不足。相比于傳統(tǒng)形式的端梁，矩形管端梁的結(jié)構(gòu)形式有所不同；鑒于此，需針對橋式起重機特有載荷狀況對矩形管端梁予以分析研究。

1、矩形管端梁與傳統(tǒng)端梁結(jié)構(gòu)形式對比

傳統(tǒng)端梁在與主梁連接位置及其他必要的位置內(nèi)置有筋板，因其為焊接組合形式，布置筋板較為方便，同時也成為一種成熟的設計方式。對于矩形管而言，其四面封閉，在端頭位置布置筋板仍然較為方便，而在端梁與主梁連接的關(guān)鍵部位布置筋板變得較為困難，需設計特定的制作工藝才能完成；若采用該制作方法，這就與追求企業(yè)效益的理念背道而馳。矩形管端梁內(nèi)部關(guān)鍵連接位置難以布置筋板，成為目前在常規(guī)制作工藝下所面臨的客觀事實。另外，傳統(tǒng)端梁具有較大的局部加強板是其一大特點。

2、端梁強度及其內(nèi)部筋板的分析

現(xiàn)以我公司新開發(fā)的某車間一臺電動單梁起重機樣機為例，采用ANSYS workbench 15.0對端梁分別建模分析其與主梁連接位置有無筋板的計算結(jié)果；該起重機型號規(guī)格為LDO10t-15.9m，采用矩形管端梁，矩形管規(guī)格為300×200×10，主梁與端梁的連接為搭接形式。

3、剛度和穩(wěn)定性的分析

金屬結(jié)構(gòu)的正常使用還需同時滿足剛度和穩(wěn)定性的要求。其中剛度包括靜剛度和動剛度，穩(wěn)定性包括整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。經(jīng)對比分析，上述矩形管端梁與對應的傳統(tǒng)端梁慣性矩相近，靜剛度顯然滿足要求；動剛度涉及整機結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)，且動剛度一般不做要求，此處不做詳細分析。對于其他規(guī)格的起重機，可通過加高矩形管規(guī)格解決剛度不足的問題。對于整體穩(wěn)定性，矩形管的高寬比h/b=1.5<3，其整體穩(wěn)定性滿足要求。對于局部穩(wěn)定性，矩形管300×200×10的腹板寬厚比 ，矩形管內(nèi)部不需加筋板即可滿足局部穩(wěn)定性的要求。其中，高度h=300mm，寬度b=200mm，壁厚δ=10mm。

4、成本分析

成本是影響企業(yè)效益的重要因素。以上述電動單梁起重機LDO10t-15.9m為例，表1列出了其端梁采用不同結(jié)構(gòu)形式的重量。由此可見，對于同一起重量同一跨度的電動單梁起重機端梁，因減少了筋板和局部加強板，矩形管端梁所使用鋼材的重量最小；結(jié)合施工成本的減少，矩形管端梁的經(jīng)濟效益具有明顯優(yōu)勢。

5、結(jié)論

①綜合受力分析、制作工藝及企業(yè)效益，矩形管端梁具有實用價值。

②矩形管端梁因制作工藝及企業(yè)效益的需要，與主梁連接位置不加筋板時其材質(zhì)應采用Q345-B。

③對于大噸位或大跨度的起重機，矩形管形式的端梁局部應力會明顯加大，通過增大矩形管規(guī)格或增大壁厚可適當減小該應力，但由于市場上現(xiàn)有矩形管規(guī)格的限制，起重機端梁的矩形管形式仍不能完全取代傳統(tǒng)的焊接形式；而對于適合使用矩形管的端梁，宜批量生產(chǎn)，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

參考文獻

[1]徐格寧.機械裝備金屬結(jié)構(gòu)設計[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]文豪.起重機械[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3]常紅，趙子龍.材料力學[M].北京：科學出版社，2012.

[4]起重機設計規(guī)范編寫組.起重機設計規(guī)范（GB/T 3811-2008）[M].北京：中國標準出版社，2011.

[5]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2013.