關于橋式起重機主梁的優化設計的研究

滕海玉

摘要：起重機是現代化生產過程中必不可少的輔助工具，也是必不可少的生產設備，對安全聲場，減少事故有著顯著作用。筆者根據自己從事的實際工作經驗，研究了目前國內橋式起重機主梁優化設計的現狀，分析了橋式起重機主梁優化設計國內外形式。

關鍵字：橋式起重機、優化設計、研究；

1. 引言

起重機是減輕笨重體力勞動，提高勞動效率，實現安全生產的起重運輸機設備，在一定范圍內水平移動和垂直起升的設備，具有作業循環性特點及動作間歇性特點。在對橋式起重機主梁結構優化設計中，設計師研究的對象主要是主梁結構輕量化。采用合理化的主梁結構，可以減輕起重機自重，其意義在于節約所消耗的鋼材和控制成本，提高安全性能和運行穩定性，也減輕了橋架和廠房建筑結構的受載。當今社會是一個倡導節能型的社會，節約能源和材料是起重機輕量化設計是本文橋式起重機主梁優化設計的一個主要問題，也是時代發展的問題。

2. 橋式起重機主梁結構分析

橋式起重機的種類比較多，根據主梁的數目分類可以分為單梁橋架和雙梁橋架；根據結構可以分為箱型結構橋架、型鋼梁式橋架、精架式橋架。每種結構類型其性能都不同，箱型結構橋架是應用比較廣泛的一種，工藝簡單、組裝方便、適用性強、抗扭剛度好及自動焊等優點，但是重量大，主梁易下饒，水平剛度較差，內部不易施焊，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。另外型鋼梁式結構的主梁一般采用工字鋼，一般應用于小車，結構簡單，起重量較小。隨著新工藝、新結構和現代設計方法的應用，這些缺點正逐步得到改進。在設計橋式起重機的橋架結構時，必須滿足幾個基本要求：橋架的剛度和強度要足夠；橋架要必須和大小車運行的機構要配合好，確保正常運轉；橋架重量的減輕有助于經濟的意義，因此盡可能降低自重；結構設計盡量美觀和便于批量生產。

目前國內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的橋式起重機橋架結構的基本型式，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，結構總高度小，安裝和維護也方便，也利于批量生產。箱形橋架結構通常選用薄壁箱形構件，為了滿足穩定性可靠性要求，在箱形架構設計中要求加入橫向和縱向加強筋，加強筋對構件的剛度和強度影響較小。表現如下：

(1) 縱向加強筋沿構件的長度方向連續改變構件的截面特性，顯然對構件的剛度和強度

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

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

強筋僅能在其自身所在截面內改變梁的截面性質，對剛度和強度的影響不大。通過有限元程序分析后可以得出金屬結構構件橫向加強筋對其剛度和強度影響不大，可以忽略。

3. 目前國內外橋式起重機主梁優化設計形式

橋式起重機的優化設計主要體現在主梁厚度、寬度以及電動葫蘆的體積等關鍵部件的整改方面，在改進的同時要嚴格按照國家標準進行，確保優化設計的同時保證機器能夠運行穩定，安全，這樣一來不僅在安裝速度方面會得到很大提升，同時還可以節省空間。在優化設計中，生產商充分運用反求工程設計方法對先進技術進行研究消化，通過仿制國外新型的起重機取得良好的經濟效益，同時也根據反求工程中研究出來的工藝參數進行研究，開發自己的新型化起重機。

3.1 國外橋式起重機主梁優化設計情況

法國PATAIN公司的某橋式起重機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，便于運輸。另外，PATAIN公司又采用以板材為基本構建的小車架結構，這種方法可以優化起重機的重量，有利于加工方便，適用于小噸位的起重機。這種結構的設計要求起升的結構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，優化車結構，以便減小自重。

芬蘭某公司的生產商生產的一種橋式起重機，是采用將起重機中的一根端梁與起升機構的減速器合二為一，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，簡化起重機的整體結構，省去承梁。對于起重機的運行機構采用三合一驅動裝置以減小自重，達到整機自重大幅度減輕。

3.2 國內起重機優化設計的形式

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、制造和使用維護多方面因素，盡可能減小零部件達到起重機規格型號，解決起重機整體優化的效果。也取得了一定效果。在現如今我國吸取德國的先進優化設計理念，自主研發了QS型發達國家的“三合一”技術，尤其是驅動裝置采用德國的減速器，為了不受振動和主梁影響，將其吊掛于端梁內側，這種整體優化設計理念也運用實際中，提高了運行機構的壽命和性能。這種優化設計使結構結合更為緊密，方便安裝維修。

在對橋式起重機主梁優化設計方案中，主要針對當前起重機的輕量化進行著重設計，這對于起重機整體優化設計起著至關重要的環節。優化設計主要是以主梁箱型截面的各個尺寸為設計變量，利用計算機技術求得設計需要的參數。比如某生產廠家生產的通用型橋式起重機主梁結構采用的半偏軌，與傳統的主梁結構相比，取消了短加筋板和小加筋板，便于加工工藝，起到了結構優化作用。

4. 結論

橋架的結構設計是整個起重機工程系統設計的重要環節，新型的優化設計主要以主梁輕量化設計為考慮對象，輕量化技術發展也越來越迅速，各種先進的分析方法、先進技術都層出不窮，在對今后的起重機優化設計研究中要更為全面、系統的學習和運用相關理論和方法。

5. 參考文獻

[1] 寧朝陽；羅永新；任成高;王雪紅;ANSYS在橋式起重機主梁設計中的應用[J];起重運輸機械;2008年05期 .

[2] 黃建龍；趙超凡；橋式起重機箱形主梁的結構優化與改進[J];機械制造;2008年09期.