門式起重機金屬結構分析及優化設計研究

張巍 徐雯飛 金晨

摘 要：門式起重機是一種在室外使用的大型的機械，能夠對貨物進行搬運和裝卸，現階段的門式起重機，在很多行業都能夠得到使用，能夠提升各行各業的工作效率。隨著使用的范圍越來越廣泛，門式起重機已經成為了行業內關注的焦點。本文根據現階段正在使用的門式起重機的結構進行研究，分析其中的問題，并結合現階段生產的需要，重新設計門式起重機的結構。通過合理的設計，節約生產使用的金屬材料，從根本上減少了門式起重機生產消耗的資金。

關鍵詞：門式起重機；金屬結構；優化設計

前言：隨著現階段社會生產生活的主要方式為自動化與機械化，在生產的過程中，就需要使用大多數的機械，門式起重機就是被各行各業廣泛使用的機械之一。門式起重機在現階段的工業生產中有著重要位置，在一定程度上促進了工業生產的發展。工業化時代的到來，社會對工業生產的要求也越來越高，這就要求工業生產的使用設備也要進行不斷地優化升級。既要符合現階段工業生產的要求，又要保證使用的工作效率，對門式起重機的結構進行設計。

一、什么是門式起重機

門式起重機的基礎是橋式起重機，是根據生產要求研制的新產品，能夠在戶外進行工作，主要負責對大型貨物的搬載、卸載。門式起重機的外型像漢字的“門”，也像現實生活中的門，主梁下的兩根支架負責支撐整個結構。現階段，門式起重機的應用范圍十分的廣泛，能夠在很多的室外環境使用，而且能夠對多種類型的貨物進行搬運[1]。

二、如何對門式起重機的結構進行優化

（一）幾何建模方案

門式起重機金屬設計的過程中，要針對每一個金屬結構，設計多種方案，并且符合設計要求。但是要對其中最為合理的方案進行選擇，才能夠保證結構的合理性.還要注意的是，要對門式起重機中每一種幾何結構都進行計算，能夠保證結構設計的情況更加的清晰。

可以適當的使用一些三維立體的軟件，對幾何模型進行設計，能夠更加直觀的查看幾何建模方案是否合理，還能夠通過軟件對金屬結構進行全方位的觀察。由于門式起重機的工作性質，當使用計算機對結構進行設計時，要求也比較高。而且，使用三維軟件的方式進行設計的步驟比較繁瑣[2]。

（二）金屬材料的選擇

門式起重機的結構中，都會使用箱型的結構設置骨架部分，門式起重機種最重要的一部分也是骨架部分，能夠直接決定門式起重機使用的性能和質量，一般情況下，在這一部分都會使用鋼板進行焊接。由于門式起重機的工作性質比較特殊，門式起重機在工作的過程中，對結構的損害比較大。這就要求在門式起重機中要選擇能夠適應室外工作環境的、可塑性良好、價格低廉的材料，能夠在保證門式起重機正常工作的同時，還能夠減少生產成本，延長門式起重機的使用效率。碳素鋼使現階段門式起重機中最常使用的材料[3]。

（三）參數化建模并選擇適合的單元結構

技術人員在對門式起重機的參數化建模的過程中，可以適當的改變建模本身的形狀、大小等元素，對不同結構的參數化建模進行分析，能夠有效地找到其中最適合門式起重機的設計方案。還需要注意的是，在對單元結構進行分析的過程中，要選擇實體單元，由于在實際的使用中，門式起重機需要分為很多的單元。所以，在對單元結構進行選擇的過程中，也要對不同模式的結構進行實驗分析，能夠有效地保證門式起重機的結構合理性。

（四）將門市起重機的幾何模型設計簡化

由于幾何模型的模擬方式比較繁瑣，為了能夠提升門式起重機的設計效率，這就要求我們要對幾何模型進行簡化，能夠有效的保證幾何模型模擬工作更加的順利。要保證對門式起重機的結構各個部分都能夠進行模擬的同時，還要對多種類型的計算進行簡化，要盡可能的保證幾何模型涉及問題的全面性。還要注意的是，過于簡化幾何模型可能會導致涉及與實際存在誤差，所以，對幾何模型的簡化要注意準確度[4]。

（五）對門式起重機的單元網格設計

在對門式起重機結構進行設計的過程中，單元網格的劃分工作是其中的核心工作，能夠直接的影響到整個門式起重機的準確度。在對門式起重機結構優化的過程中，建議使用自由式的網格對單元進行劃分，能夠有效地保證單元網格劃分的準確性。

（六）門式起重機結構中的載荷、接觸大小

要根據門式起重機的工作性質，對其載荷類型與接觸類型進行設置，門式起重機的工作離不開高節奏的載荷工作，在進行設計的過程中，要按照門式起重機整體的機構，對其載荷程度進行調整，這能夠有效地保證門式起重機的正常工作。除了要對載荷進行設定，還要注意的是門式起重機的接觸設定，要能夠保證每一個部件之間的接觸質量，還要注意每個部件之間接觸的摩擦性。

結語：總之，通過分析現階段門式起重機的基本情況，結合現階段生產的需要，利用已有的技術和科學的設計，對門式起重機的結構進行修改，完善門式起重機的功能。這就要求我們要能夠正確的認識門式起重機的金屬結構，并在結構中進行適當的修改，能夠在一定程度上提高門式起重機的工作質量，門式起重機的工作效率有了提升，在使用的過程中達到更好的效果。通過不同的設計方法能夠對門式起重機的部件進行不同種類的升級優化，從而提升門式起重機整體的能力。

參考文獻

[1] 林偉華.基于COSMOS/Works的龍門起重機金屬結構的整體靜態性能分析及結構細節設計的研究[D].上海海事大學，2007.

[2] 朱小龍，于蘭峰，郭俊材，李少鵬.基于Matlab和iSIGHT的門式起重機金屬結構系統可靠性分析[J].機械設計與制造，2013，03：91-93+96.

[3] 吳曉，羅薇，劉璐，黃園園.在役橋（門）式起重機金屬結構疲勞壽命預測分析[J].中國安全科學學報，2010，02：95-99+179.

[4] 范小寧，戚其松，徐格寧，王君.門式起重機金屬結構參數化有限元分析及設計[J].起重運輸機械，2015，02：55-61.