桥式起重机主梁的力学性能分析

桥式起重机主梁的力学性能分析摘要：桥式起重机是工程中的重要机械设备，结构非常简单，占地面积小，重量相对较大，属于广泛应用的起重机。

在实际使用中，桥式起重机横梁可以直接控制转向架的工作路线，具有载荷作用和传递力，使转向架向主梁方向移动，在转向架轮的作用下，转向架的载荷和自重将传递到主梁上，主梁将利用转向架轮将其载荷和转向架自重重新传递到工厂系统结构上。

大梁在此过程中是否正常工作，影响转向架和转向架的稳定运行。

桥式起重机的实际使用受载荷影响，主梁经常变形，直接影响转向架、转向架的稳定运行和运行安全。

对此，分析了桥式起重机大梁的力学性能，提高了桥式起重机的运行效率。

关键词：桥式；起重机主梁；力学；性能分析引言随着科技的发展和生产力的逐步提高，人们对于起重机的要求也不再仅仅是能搬运，而是在工作效率、使用维护成本等各方面都有更为具体的要求。

基于以上原因，起重机的生产商不仅需要能够生产制造，还要能够快速设计，并综合协调成本、速度及安全等各方面的因素。

起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，动作间歇性和作业循环性是起重机工作的特点。

起重机在国民经济各部门都有相当广泛的应用，在现代化生产中占有重要地位。

根据起重机自身结构的不同，常见的起重机可以分为轮式起重机、履带式起重机、塔式起重机、桥式起重机和门式起重机等。

其中，桥式起重机是起重设备中使用范围最广、生产数量最多的起重机之一，这也意味着对桥式起重机的性能、参数、稳定性要求更高。

因此，桥式起重机的设计需要有相应的发展与创新。

与传统力学分析方法相比，有限元分析方法可以使得计算结果更精确，并且可对复杂结构进行整体分析。

1桥式起重机概述桥式起重机顾名思义，就是在工厂、库房等地运转的、可以针对货物展开吊装的机械，一般情况下，桥式起重机的主要构造包含桥架结构、升降结构、大车与小车等，但是针对以上几部分展开详细的划分，还能够划分为联轴器、主梁、输送轨道、卷筒、端梁、减速机、运行车轮以及动定滑轮等部分。

此类配件中若是有一个发生问题，则会在一定程度上妨碍桥式起重机的运行。

现阶段，桥式起重机在运行期间常常发生故障，大多是因为电气系统出现了问题，给企业的经济带来了不可估量的损失，并且还危及了人们的生命，所以必须定期对电气设备按照一定的制度标准进行严格的检修，消除其存在的隐患，提高其运行的安全性能，为起重机的有效稳定工作提供保障，能够让施工人员放心的工作。

另外，起重机经过长时间的运行，也会因为自然条件的原因，引发电气系统出现问题，一旦无法工作，检测起来异常繁琐，需要有一定阅历的工作人员按顺序对其实施检测，并且工作人员必须熟悉起重机的内部构造，和电气设备的运行规律，最好能制造出一系列的检测仪器用于出现频率较高的电气问题检验，这样就减少了人为的操作，并且也不需要专业技能较高人员的介入就可以开展活动。

控制起重机的电气系统大都具有相应的保护装置，其中安装有总开关可以及时从干路断开电源，当电路中出现短路和电压不足时就能紧急断开电源实施保护，另外当电动机出现零位，速度过快或温度较高等突发情况时也可以通过断开开关使电路停止工作，为相关设备的安全运行提供保障，另外还有其他类型的保护装置：比方说绝缘，接地保护可以防止触电，漏电，起重量限制装置可以有效避免因过载而损坏设备等等。

此外，电气保护体系往往是多个电路交叉运行，一般都是按照相关的标准和具体的保护目标而设置在不同的回路中，比方说有的安装在控制回路里，而有的在照明电路里。

电气保护系统在起重机的工作过程中发挥着重要作用，不仅能促进电气设备的有效工作，还能确保人们的生命财产不受侵害。

然而当前一段时间内，对电气问题的检修异常复杂，因为特殊仪器一般配有特殊的保护机制，必须依据其相应的技术标准进行检测，并且还需要工作人员亲自一项一项检查电气设备的运行情况，并对可能引发的风险及时地排除。

为了促进检测工作的顺利进行，工作人员首先要具备广博的电气知识，有效掌握电气系统的运行规律，并且还要有实际的工作经验，才能在具体检查工作中做到得心应手，才可以及时消除电气中存在的危险，总之，只有拥有较高的职业素养和高水平的专业技术，再加上一定的实战工作训练，才能有效的完成检修任务。

2起重机主梁变形的表现形式及危害性大梁拱的缩小甚至消失、下行、主梁侧弯发生、肉眼可见的波浪发生、管道架对角线严重超标等是主梁变形的主要表现。

上述情况对起重机形成的影响主要不利于转向架的车轮与轨道的可靠接触，4个车轮不能同时与轨道接触，生产力不相同，最终出现啃噬现象，必将进一步降低转向架的工作效率。

第二，变形到一定程度时，转向架轨道倾斜，运行时要克服爬坡阻力，制动停止后转向架打滑现象会大大增加。

第三，对转向架工作机构的性能有不良影响，这导致耦合倾斜角度大幅增加，造成严重磨损，导致齿断裂，严重的情况下工作机构不能正常工作。

第四，发生非常严重的划痕时，当前盖板和腹板的拉应力达到金属材料屈服强度时，裂纹或卸扣发生的频率会大大增加，经常使用起重机作业容易导致主梁报废。

3主梁变形原因3.1主梁结构出现内应力桥式起重机大梁多为金属构件，在强制装配的情况下，金属容易变形，导致桥式起重机主梁机构内部发生内应力，在使用过程中，该主梁机构长期受到主梁内力的影响，可能会发生变形。

在焊接制造过程中，加工工艺会对主梁结构产生内力，过去的研究经验表明，加工工艺差，桥式起重机大梁各部位产生内应力，桥式起重机承受一定载荷后，主梁结构内部形成的应力会相互叠加，导致主梁结构的塑性变形。

另外，桥式起重机大梁在长期使用期间承受较大的载荷，在较长时间内承受较大的载荷。

内部残余应力继续向一定方向发展，最终消失，但维修时维修工作发生变形，破坏了原有的应力平衡，造成主梁变形的危险和安全风险。

3.2维修应用不合理对于桥式起重机，性能和质量受到长期应用过程中许多因素的影响，因此必须在专家的指导下进行维修。

如果机械师不掌握金属结构和主梁变形的具体规律，在维修期间、进行主梁结构焊接、气割维修时，没有根据金属结构变形情况采取合理措施。

桥式起重机生产时，运动强度载荷的计算应根据额定起始重量进行，但往往忽略了超工作、超载、重物拖拉、长期超载和桥式起重机满载等非标准情况，导致桥式起重机主梁变形问题严重，导致桥式起重机的安全性和效率降低。

3.3设备使用不科学对于桥式起重机大梁来说，长构件和大构件是最基本的。

这种结构刚度低，变形效果明显。

在实际操作过程中，某些外部因素会导致起重机本身产生内部应力。

使用起重机时，如果工作人员工作不正常，起重机横梁很容易变形。

使用起重机之前，请仔细阅读说明书，确认能承受的最大重量。

在实际使用中，要确保起重机能承受的重量不超过自身承载能力的最大值。

起重机长期处于超载环境下，主梁结构可能会变形。

4桥式起重机主梁静力学分析4.1有限元模型及网格划分由于主梁结构非常复杂，故需要从以下三个方面来对其进行简化：（1）主梁上的一些诸如螺栓、螺母、螺钉、挂钩等起装饰、连接作用或非承载构件等忽略掉，它们对安全性的影响相对较小，简化这些构件能使模型更加清晰直观，同时方便网格划分和受力分析。

（2）忽略螺栓孔、螺钉孔以及铆接孔等，它们并不能对主梁受力情况产生影响，反而会影响到网格划分，使有限元网格变得更为复杂，甚至还会影响软件计算分析，使分析结果出现误差。

（3）忽略掉内部加强筋板。

虽然主梁的筋板能够起到承受载荷、保持主梁箱体的形状不变的作用，但在本文对主梁的优化研究中，其对于主梁影响比较有限，故在建立三维模型时可以将其忽略。

简化后的模型如图1所示。

图1简化后的模型图2网格划分结果4.2约束条件施加在桥式起重机的设计过程中，起重机主梁是典型的关键承力件，当起重机实际工作时，主梁的两端是固定在端梁上的，然后通过小车及吊具将物体提升至需要的位置，所以在施加约束时，选择对主梁两端施加全约束，即主梁两端面固定不动；将主梁自重、移动载荷以集中力形式施加在主梁的跨中处，为方便施加载荷，在主梁跨中处添加一个印记面。

在完成载荷与约束的施加后，分别计算主梁的等效应力和等效位移。

对起重机主梁施加的载荷与约束如图3所示，对主梁两端施加固定约束（Fixed Support），对主梁施加自重载荷和起升载荷（self-weight load and upload load）。

图3起重机主梁载荷与约束5桥式起重机主梁的可靠性设计随着我国现代工业技术的发展，起重机的作用以及对其功能和运行条件的需求也越来越大。

因此，起重机失效的可能性也越来越大，结果越来越严重，起重机的可靠性问题也越来越尖锐。

产品的设计可以决定其可靠性，如果产品在设计过程中留下不可靠的风险，那么制造后的维修费用可能会高出一倍。

桥式起重机主梁的可靠性设计应考虑安全性和经济性两个方面。

也就是说，在成本能够最小化产品损坏可能性的前提下，设计具有高可靠性的产品。

目前设计的可靠性指标主要有:可靠性分析、失效分析、可靠性分配、可靠性验证等。

结束语综上所述，（1）无论是在正常情况下，还是在危险情况下，桥式起重机的主梁跨中位置都存在应力集中现象，是探伤检测的重要部位，也是桥式起重机薄弱部位。

（2）在危险工况下，主梁上下翼缘板的两端及跨中处所受应力相对较大，主梁上下翼缘板在起重机运行过程中是主要的承重部位，其对主梁性能的影响更加明显。

（3）基于有限元分析方法对桥式起重机进行力学分析，可以在产品研发出来之前对主梁的应力和变形有一个大致的了解，同时缩短产品设计周期，节约设计成本，因而具有一定的现实意义。

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