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关于桥式起重机主梁的优化设计的研究

起重机是现代化生产过程中必不可少的辅助工具，也是必不可少的生产设备，对安全声场，减少事故有着显著作用。笔者根据自己从事的实际工作经验，研究了目前国内桥式起重机主梁优化设计的现状，分析了桥式起重机主梁优化设计国内外形式。

起重机是减轻笨重体力劳动，提高劳动效率，实现安全生产的起重运输机设备，在一定范围内水平移动和垂直起升的设备，具有作业循环性特点及动作间歇性特点。在对桥式起重机主梁结构优化设计中，设计师研究的对象主要是主梁结构轻量化。采用合理化的主梁结构，可以减轻起重机自重，其意义在于节约所消耗的钢材和控制成本，提高安全性能和运行稳定性，也减轻了桥架和厂房建筑结构的受载。当今社会是一个倡导节能型的社会，节约能源和材料是起重机轻量化设计是本文桥式起重机主梁优化设计的一个主要问题，也是时代发展的问题。

桥式起重机主梁结构分析

桥式起重机的种类比较多，根据主梁的数目分类可以分为单梁桥架和双梁桥架；根据结构可以分为箱型结构桥架、型钢梁式桥架、精架式桥架。每种结构类型其性能都不同，箱型结构桥架是应用比较广泛的一种，工艺简单、组装方便、适用性强、抗扭刚度好及自动焊等优点，但是重量大，主梁易下饶，水平刚度较差，内部不易施焊，腹板与上翼之间的链接焊缝寿命低，同时横向加劲板与上翼缘板之间焊接容易开裂。另外型钢梁式结构的主梁一般采用工字钢，一般应用于小车，结构简单，起重量较小。随着新工艺、新结构和现代设计方法的应用，这些缺点正逐步得到改进。在设计桥式起重机的桥架结构时，必须满足几个基本要求：桥架的刚度和强度要足够；桥架要必须和大小车运行的机构要配合好，确保正常运转；桥架重量的减轻有助于经济的意义，因此尽可能降低自重；结构设计尽量美观和便于批量生产。

目前国内外采用的桥架主梁比较典型的和箱形截面的双腹梁式和四桁架式，其它类型都是这两种基本型式发展而成的。四桁架式桥架主要由主桁架、上下水平桁架、辅助桁架以及箱形截面的端梁所组成。箱形截面的板梁式桥架是我国生产的桥式起重机桥架结构的基本型式，主要由凉快垂直腹板和上下盖板组成的封闭的箱形截面，自身重量比较大。但是从工艺和场地的方面考虑，结构总高度小，安装和维护也方便，也利于批量生产。箱形桥架结构通常选用薄壁箱形构件，为了满足稳定性可靠性要求，在箱形架构设计中要求加入横向和纵向加强筋，加强筋对构件的刚度和强度影响较小。表现如下：

(1)纵向加强筋沿构件的长度方向连续改变构件的截面特性，显然对构件的刚度和强度

都有一定影响。但是经过研究论证，可通过扰度与加强筋引起的正应力减小量小于10%。对于纵向加强筋对剪应力产生的影响可以忽略不计。

(2)从分析梁在的弯曲、承受拉压与扭转应力与位移计算的公式不难看出，由于横向加

强筋仅能在其自身所在截面内改变梁的截面性质，对刚度和强度的影响不大。通过有限元程序分析后可以得出金属结构构件横向加强筋对其刚度和强度影响不大，可以忽略。

目前国内外桥式起重机主梁优化设计形式

桥式起重机的优化设计主要体现在主梁厚度、宽度以及电动葫芦的体积等关键部件的整改方面，在改进的同时要严格按照国家标准进行，确保优化设计的同时保证机器能够运行稳定，安全，这样一来不仅在安装速度方面会得到很大提升，同时还可以节省空间。在优化设计中，生产商充分运用反求工程设计方法对先进技术进行研究消化，通过仿制国外新型的起重机取得良好的经济效益，同时也根据反求工程中研究出来的工艺参数进行研究，开发自己的新型化起重机。

国外桥式起重机主梁优化设计情况

法国PATAIN公司的某桥式起重机采用窄偏轨箱形梁作为主梁，其宽、高的比一般约为4.5～3左右，梁高为大筋板间距的1/2倍，不采用小筋板。端梁与主梁的连接方式采用搭接，便于可以直接把垂直力作用于端梁上盖板，由此可降低端梁的高度，减轻重量，便于运输。另外，PATAIN公司又采用以板材为基本构建的小车架结构，这种方法可以优化起重机的重量，有利于加工方便，适用于小吨位的起重机。这种结构的设计要求起升的结构不能直接与车架相连接而是采用行圆锥齿轮减速器来降低车架刚度，优化车结构，以便减小自重。

芬兰某公司的生产商生产的一种桥式起重机，是采用将起重机中的一根端梁与起升机构的减速器合二为一，同时减速器与卷筒一端连接，另一端用于支撑起重机的另一根端梁上。同时，将卷筒组与定滑轮组连成一体，简化起重机的整体结构，省去承梁。对于起重机的运行机构采用三合一驱动装置以减小自重，达到整机自重大幅度减轻。

国内起重机优化设计的形式

我国曾采用多级模糊综合的方法，综合考虑成本、性能、工艺、生产、制造和使用维护多方面因素，尽可能减小零部件达到起重机规格型号，解决起重机整体优化的效果。也取得了一定效果。在现如今我国吸取德国的先进优化设计理念，自主研发了QS型发达国家的“三合一”技术，尤其是驱动装置采用德国的减速器，为了不受振动和主梁影响，将其吊挂于端梁内侧，这种整体优化设计理念也运用实际中，提高了运行机构的寿命和性能。这种优化设

计使结构结合更为紧密，方便安装维修。

在对桥式起重机主梁优化设计方案中，主要针对当前起重机的轻量化进行着重设计，这对于起重机整体优化设计起着至关重要的环节。优化设计主要是以主梁箱型截面的各个尺寸为设计变量，利用计算机技术求得设计需要的参数。比如某生产厂家生产的通用型桥式起重机主梁结构采用的半偏轨，与传统的主梁结构相比，取消了短加筋板和小加筋板，便于加工工艺，起到了结构优化作用。

桥架的结构设计是整个起重机工程系统设计的重要环节，新型的优化设计主要以主梁轻量化设计为考虑对象，轻量化技术发展也越来越迅速，各种先进的分析方法、先进技术都层出不穷，在对今后的起重机优化设计研究中要更为全面、系统的学习和运用相关理论和方法。