桥式起重机结构优化与轻量化设计.doc

桥式起重机结构优化与轻量化设计
摘 要:我国的桥式起重机设计虽然起步较晚,但这些年我国的起重机设计在新材料、新技术、新方法的不断涌现下正步入高速发展的快车道,桥式起重机的结构得到充分优化,并逐步呈现出小型化、轻量化和智能化的发管三角形腹架设计中,要充分考虑各个杆的节点受力情况,由于三角形腹架不同于连续平直的平面腹板,其节点应力较为集中,所以在设计上要做到简单紧凑、过渡平稳。在三角形腹架中的斜杆倾角一般采用45°,这样可以实现节点平均分布配置,两边杆件对称于主梁的中心位置。相连杆件的轴线的交汇点为节点的中心。为使得传力均匀应在设计中考虑加设节点板,节点板的厚度和刚性要满足应力传导的要求。在无缝钢管选择上,要采用壁厚大于4mm一次成型的无缝钢管,而非卷板焊接管。具体二维图形如图1。
副腹板采用波形腹板
波形腹板就是将平面的直腹板改为波形结构,从而增加腹板的承载面积,减少其他筋板的使用,实现主梁的轻量化。
在箱形主梁腹板主要受两个方面的作用,一个是平面压力,另一个是弯矩载荷作用,其中平面压力最大。在平面压力负载相同条件下,平面腹板的承载面积就是腹板的厚度乘以腹板长度,而波形腹板的承载面积是波形的波幅乘以主梁的长度。在轻量化设计时可以考虑将原来一侧的平面腹板改为波形腹板。同时减少了两侧同时使用波形腹板由于波形相位不同造成主梁水平方向上产生扭曲变形[4]。 减重孔的开孔形状
为最大限度的实现轻量化,可以在主支撑筋板上非重要区域增加减重孔,减重孔设计为正方形而非圆形,因为圆形同等面积下接触面最小,不利于减重,为减少减重孔应力的集中,将正方形的直角改为圆弧角,减重孔的位置要符合主梁优化的构造,不宜在腹板边缘进行开孔,开孔要注意孔与孔之间的距离。

在端梁的优化中,主要是采用铰接端梁的结构形式,将大车的车轮数量增加,减小轮子的直径,可以大大降低桥架的高度,再者如果起重吨位小,可以采用单梁,主端梁连接采用定位块+高强度螺栓塔接,安装装配时易于调整[5]。
桥式起重机的小车的结构优化与轻量化设计
在模块化设计中小车是起升模块和运行模块两部分组成,其结构包括起升机构、运行机构和小车架组成。
对小车架的结构优化设计
在前些年小车架多采用多根横梁与两端梁焊接成刚性结构,这种构造体积大而且笨重,同时由于是焊接,在各焊接口其金属疲劳寿命直接关系到起重机的安全性,而且容易出现出现轮压分配不均、车轮三点着地的状况,这对安全作业十分不利。新型的小车架采用模块化设计,将车轮梁与滑轮梁进行分别加工,两者之间再通过螺栓连接,此种形式的小车架在水平方面具有较强的柔性,能够保证小车架承受一定范围的扭转形变,更能保证四轮支点满足主梁形变。而垂直方向则具有较强的刚硬度,以降低起吊重物的实际振动。具体图形如图2。
起升机构的优化设计
通过科学算法的计算,起升机构的最优方案为电机驱动,由圆柱齿轮进行传动,带动焊接卷筒进行钢丝绳缠绕。在具体优化过程中,卷筒通过卷筒轴承座和减速器支座固定在两个车轮梁之间,减速器與卷筒之间通过刚性锥形接手与卷筒法兰板相连,这种刚性锥形接手可以实现模块化设计,其外径根据卷筒直径的不同