双梁桥式起重机结构设计和优化分析

杨军 王超

摘 要：介绍了双梁桥式起重机的工作原理、结构、工作特性以及各种分类。总结国内外起重机的现有发展状况以及未来趋势，运用有限元分析软件对现有的双梁桥式起重机重新设计和优化分析。

由于不同的用途，起重机的类型也不尽相同，在工业中也占有越来越大的地位。目前，国内重机研究也在巨大的进步中，同时也在不断地向智能，大型和轻量化方向发展。有限元分析，参数化设计，并行工程，协同设计等新研究也逐步应用于重机设计与改进。进而使重机结构更加合理，性能更好，成本低。

1双梁桥式起重机的组成部分

1.1桥式起重机根据其结构特征可分为钢结构、传动、电气等几个部分。

钢结构由桥和小车架组成，桥架分为主梁，端梁，走台，护栏和运行室五个部分。小车由两部分组成，分别为车架和栏杆。专门为天车完成不同的运行要求设置了机械传动设备。它包括三个部分，即起升器、大型车辆运行装置和小型车辆运行装置。电气部分由电路和电气设备组成

1.2各部分的作用

1）桥架：用于承受各种负荷且拥有足够的强度和刚度，从而作为最整个起重机最基本的机构。

2）车载载重设备：是指包括主发电机、减速器、传动轴、联轴和驱动车轮在内的各种车载零部件，用于汽车装载沉重物体。

3）大车转动机制：桥式重机大车转动机制，使驱动重机可以沿轨道稳定地运行，大车转动机制有不同的部分，如电动机，减速器，传动轴，联轴和车轮，用于在桥式重机端梁上绑定车轮。

4）工作室：一个吊仓，用作起重机，又名驾驶室。包括操纵系统，大型车辆和起降机制，保护系统，总控制箱和电气保护系统等。

二、双梁桥式起重机结构

3.1桥式起重机有限钢结构的有限元的分析和优化。

传统机器设计在许多方法、经验公式和试算工具中使用了经验的公式，设计完毕后还需对其进行改造。主要尺寸部件经校准审核后，需要对每个零件整体结构和主要尺寸部件进行反复设计修改，直到符合设计要求完成无误为止。目标达到了。这个工程很麻烦，工作很大，容易失误，严重限制了设计的效率。近年来又出现了多种有限元软件分析方法，极大地有效简化了软件设计工作过程，缩短了软件设计工作周期。

3.2优化分析主要包括尺寸、形态优化、拓扑优化等三大类：

1）尺寸优化：

机械设计一般采用类比和变形法，这是最简单最直接地优化设计方法。就是尺寸的优化。尺寸优化设计的变量通常是选择关键的结构尺寸，即机械结构。通过优化数据的分析，可以获得最佳结果，通过设计变量的灵敏性分析，可以获得设计中最重要的参数。尺寸优化在经过几年的发展，已相对成熟，完善了，得到了广泛应用。通过对尺寸的优化分析，构件最重要的尺寸可以优化，使客户的目标函数获得最佳优化，如最长的寿命，最大的频率，最佳的经济性。

2）形状优化：

形状控制优化设计是通过对整个产品的各种几何空间边界内部曲线和各控制点的形状坐标值模型进行优化设计，通过对整个产品的各种几何内部边界曲线进行形状控制。修改控制点坐标，产生新的界限曲线，从面上改变了结构形状。目前，在杆、梁、板等几种简单的形状部件上，形状优化已比较成熟，复杂的机械部件也比较成熟。机械结构的应用研究则需要进一步的研究.

3）拓扑优化：

对于尺寸优化和形状优化，产品只是大小和形状发生了变化，产品的拓扑结构造并未因此发生重大改变。拓扑结构优化主要是通过针对有限元的拓扑分析，删除拓扑结构的不稳定承载或少量的承载。的部分材料，保留或扩大承载部分，从而得到最终结构的优化方法。结构的拓扑

最终所采取的变量优化即尺寸优化，关键是对主梁刚度、强度有限元的分析，通过构造数学模型，对主梁进行频率分析，在满足用户使用需要的前提下，对起重机钢结构进行限元优化，提高主梁结构尺寸合理和可靠度，实现减轻重量，降低成本指标。

4桥式起重机主梁程序化设计

随着目前企业对桥式起重机的逐渐增长，重复劳动使用的时间也逐渐增多，在产品设计中也逐渐增多。为了提高设计效率，减短开发周期，需要一种简单的、精确的、高效的设计方法。双梁桥式起重机在一般重型机械产品中标准、系列化度也有所提高，参数化设计基础也很好，对其主梁采用 cad 三维参数化设计法，建立了一套完整的参数化零件模型，并对主要参数的运用程序进行控制，不仅能避免重复设计，而且对设计的效率提高和改善质量都有很大的提高。有重要意义。

4.1 CAD 设计方法在国内外应用层次

随着计算机技术的不断发展，CAD在企业的应用越米越深入。目前，国内外CAD的应用主要分为5个层次：

1）计算机绘图层次：

这一设计层次基本质上属于"甩图版"的一个设计层次，主要设计是以二维非图形参数结构化的的cad绘图软件为主要设计目的对象。

计工具。特点是：提高了绘图效率，从一定层次上加快了产品的设计过程。

2）二维三维混合设计阶段：

作为产品设计的主要工具，生成工程图，同时使用三维软件帮助建立零部件，同时使用三维软件的二维几何结构模型（用于检验一个零件模型正确度），实现了二维装配部件仿真和三维装配部件干涉图的检验（对两种装配仿真是否得到有效的可行性检验作了佐证），即二维部件模型->二维装配部件综合工程结构图模型->三维部件检验->三维加工设备生产。

3）全三维参数化设计层次：

从三维开始进行产品设计，采用特征参数化 cad 机制构造零件的三维零部分。参数化三维几何装配模型，对二维装配后的模型图纸进行三维插入式参数检查，使三维装配模型所不能体现的主要部件在二维模型图纸中清晰浮现。因此说它可以有效实现企业无需废纸的生产设计，无需废纸的生产制造。即三维加工模型设计->维度零部件模型工程结构图->三维加工材料生产。

4）数字化设计的层次：

数字化的设计是指用计算机描绘产品的设计、工程的分析以及模拟装配和制造等流程。工程的分析是指在构造过程中采用有限元分析、优化设计及其他分析软件检测该产品的性能和结构，从而最终使产品达到性能良好、合理构造的要求。

5）企业信息化的实用位置：.

该位置主要体现在 cad / cae / capp 等集合中，例如使用 plm 系统平台进行企业文档管理，产品结构管理，配置管理，工作流程管理，最终实现 cax / pdm / erp 集合，等等。并且对于 cad 的更深层次实用，以及目前开展制造业信息化工程关键工作的要求，其最终目标就是实现企业内部，更深层次地达到了企业之间的信息交换和共享目标。目前，在实行制造业信息化的企业中，根据自身的具体情况，已在不同的程度上实现了该应用。

4.2提升3D数据的设计效率

1）几何结构：三维建模只考虑了几何的形状，建模的思路也不合理，数据的重复使用率也很低。

2）产品设计：三维建模考虑了设计的意图和设计变化趋势，建模思想逐步得到合理，数据使用率更高。

3）参数化：三维建模考虑设计参数变化，设置总体参数，参数驱动模型，数据使用率较高，工程人员的设计效率提高。

5总结

由于桥式起重机的结构复杂，工况不佳等客观因素的作用，加上经验应用较少，看得系统的理论知识较少，本文有不满之处，尚待进一步研究与提高。对实际桥式起重机主梁在桥式结构中的载荷的进一步研究，确定了其突如其来压的规律和强度，使有限元分析的结果与产品实际操作过程更接近。随着信息时代的发展，科学和有限元技术的发步，通过对有限元的分析，双梁桥式起重机主梁的动态和瞬态进行了分析，最终确定了其在工作过程中应力的分布，下挠量和模态振的情况。

参考文献：

[1]汤秀丽，潘俊萍.桥式起重机主梁轻量化设计的关键技术[J.起重运输机械，2014.

[2]李欣灿，周诗洋.基于ANSYS的桥式起重机动态分析[J].湖北工业大学学报，2012.

[3]劉日奇.桥式起重机箱形主梁结构分析及优化研究[D].东北林业大学，2012.