桥式起重机主梁的优化设计与可靠性

陈浩

摘要：起重机是工业生产过程中重要的传输设备，以此来取代人工，逐渐在现代工业生产过程中得到了广泛应用。较为普遍的桥式起重机可以减少繁重的体力劳动，节省大量的人力成本，提高生产工作效率，具有明显的现实意义。本文对桥式起重机主梁进行了优化设计与可靠性分析，从而满足工业生产的要求，确保机器的高效运转。

关键词：桥式起重机；主梁；优化设计；可靠性

起重机是工业生产过程中重要的传输设备。以前，工业生产的过程基本上都依靠工人的手工作业来完成。而如今，随着科技的迅猛发展，机器取代了大多数人工操作过程，成为了不可或缺的工业生产设备。起重机的大规模使用，减少了繁重的体力劳动，节省了大量的人力成本，提高了工作效率，与此同时，还提高了工业生产过程中的安全性。就目前而言，工业上使用范围较广的起重机是桥式起重机，如图1所示。

桥式起重机并不属于标准化设计化的产品，因此，为了满足工业生产的要求，我们需要对桥式起重机的结构进行优化设计，一般来说，这类大跨度起重机主要应用箱梁结构，因为箱梁结构起重机的工艺流程简洁、機器结构组装容易，并具有良好的适用性，优异的抗扭转刚度等特点，但是由于其主梁容易下饶，导致桥式起重机的使用寿命大大降低。因此，本文对桥式起重机主梁进行了优化设计与可靠性分析，从而满足工业生产的要求，确保机器的高效运转。

一、桥式起重机主梁的优化设计

传统的桥式起重机主梁的优化设计主要通过人工利用图纸进行载荷、惯性矩等重要参数的计算来完成。在计算过程中，由于计算复杂度较高且繁琐，非常容易产生错误，造成设计效率低下。随着计算机产业的高速发展，运用计算机来开发桥式起重机的设计软件，从而对桥式起重机的主梁进行优化设计成为了重要的手段。这样既可以提高设计优化过程的工作效率，还能够保证计算过程的准确程度，进而提高生产过程中的安全性。另外，对于所设计的桥式起重机的软件是有一定的要求的：必须要具备可视化的功能，要在设计软件上以图形的方式显示，这样工程设计师能够清晰地看到应力、变形等性能的随时改变。长期习惯于图纸计算的工程设计师，也可以通过可视化的功能，形成一种直观的经验，通过直观经验与可视化设计的计算结果相结合，才能使桥式起重机主梁的设计更完善。

除了可视化功能的设计之外，还要选择合适的优化方法找到实际的理论计算中最佳的工程参数。其中，网络法是一种特别好的优化方法。它是工业设备优化设计中最普遍、最容易的一种算法。对于网格法来说，在设计变量的可行域范围内，它会对可行域范围内任何一个点进行运算，通过运算结果之间相互对比，从而找到最佳的工程参数。但是这种对每一个点都进行优化的方法，需要较长的优化时间，而且会受到步长精度增加的影响，从而浪费大量的时间，这样导致了优化设计的过程十分缓慢，设计工作效率不高。因此还需要进一步优化步长。

相比于网络法，粒子群优化方法的速度和效率更高。由于工程设计师会在最少的时间内创造出许多的设计策略，因此优化方法的速度对于桥式起重机主梁的设计是非常关键的。粒子群优化方法是一种以智能群的随机优化为基础的算法，它可以把每一个个体当作搜索区域内一个无质量、无体积按一定的速率运行的粒子，并且任何一个粒子都具有单独的位置、适应值和速率，在粒子群方法优化的过程中，上述粒子们可以完成信息的分享，还可以不间断地更迭自身的运动速率、位置，对于上述粒子们的适应值，能够根据粒子所局域的最佳位置的适应值进行对比，并更迭出粒子自身的最佳位置。随后，把粒子自身局域的最佳位置的适应值和全部粒子们的最佳位置的适应值实行对比，并更迭出全部粒子们的最佳位置，最后寻找到最好的优化策略。实际上，这种粒子群优化的方法具有运算原理浅显、操作方便的特点，如果能够把这种优化方法应用到设计桥式起重机的主梁中，不仅可以保证精确度，还能够大大提高优化效率。

二、桥式起重机主梁的可靠性

随着现代工业发展对技术水平的要求日益提高，桥式起重机在工业中的应用也越来越多，其作用也自然不可小觑。对此，现代工业对桥式起重机的作用和运用条件都作出了更高的要求，这也导致了在工业生产过程中桥式起重机发生事故的概率也大大增加了，造成的严重后果更是不可预估，所以对于桥式起重机的可靠性问题得到了工程设计师的广泛关注。产品的可靠性主要取决于产品的设计，假如在产品设计过程中遗留了不可靠的因素，却在产品成型后开始实施补救，这必将会产生远远高于产品设计成本好几倍的代价来挽救。因此，对于桥式起重机主梁设计来说，我们务必要考虑以下两个方面的内容：安全与经济。也就是说，在用度允许的范围内，尽一切可能避免产品破损事件的发生，从而制造出可靠性高的产品。现如今，高可靠性的产品主要通过以下几方面的指标来评估，包括可靠性分析、失效性分析、可靠性分配、可靠性验证等。

三、结束语

桥式起重机可以减少繁重的体力劳动，节省大量的人力成本，提高生产工作效率。就桥式起重机主梁的优化设计而言，一定要确保设计过程的精度，提高设计工作效率，保证产品的品质，降低生产成本。因此，我们必须要强化桥式起重机主梁的优化设计，善于运用计算机辅助软件增加设计效率，并使其结构愈加合理化，提高产品的可靠性。

参考文献

[1]杜习超，朱强，周高峰. 桥式起重机主梁的可靠性 优化设计研究[J]. 矿山机械，2017（10）.

（作者单位：江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院）