桥式起重机主梁结构分析和优化设计
试谈桥式起重机条形主梁结构
试谈桥式起重机条形主梁结构作为制造大国，起重机制造是我国必需涉及的领域之一，桥式起重机是装卸大型货物和设备不缺少的重要工具，广泛的运用于物流和交通运输。
目前国内一般停留在阅历设计上，所以，有必要对起重机的结构讨论和分析，尤其是条形主梁结构，用三维软件和有限元分析软件进行数字化设计，合理的优化结构，最终设计出先进的起重机。
桥式起重机是大型制造工厂很重要的帮助生产工具，主要用来完成材料和工件的装卸和搬运，他应当满意工厂的机械化和自动化的要求，人力物力的使用量应被削减，提高生产效率，更应当提高自动化程度。
桥式起重机的核心部件是主梁，对主梁设计是制造一台桥式起重机的最首要任务，小车运行状况的良好与否主要和主梁的综合性能有关。
假如主梁的结构设计不合理，不仅影响小车的性能，还会影响自身的承载力量，严峻时发生破坏等状况。
所以，对桥式起重机条形主梁的合理设计是很重要的，而且要时时进行修理和保养。
桥式起重机的现状起重机在提高生产能、削减人力物力投入、降低成本方面具有不行磨灭的功能，它的主要功能是装卸和运输货物和原料等，在垂直平面或水平面内直线运动，也可以在两个平面内同时运动。
随着工业社会的快速进展，起重机不再是以帮助工具的身份消失，它已成为主体设备的一份子。
起重机械的结构不断需要被优化，以便提高产品的质量，为提高生产率和自动化程度做铺垫，现如今人们更渴望设计出牢靠性强、高效率和节能环保的起重产品。
我国的起重机历史起源比较早，古代就用它浇灌庄稼。
1880年第一台电力桥式起重机问世，随着制造业的不断进展，起重机的研发投入不断加大，促进了此行业的快速提升。
随着计算机的消失，起重机的设计进入了数字化设计时代，使得很多新型的设计方法诞生，起重机的质量得到了进一步提高。
下面介绍几种现阶段用于设计桥式起重机主梁的方法。
1.1.优化设计起重机行业开头运用计算机技术和优化学问后，使得起重机设计摆脱了传统的设计方式，快速的选择最优方案进行设计。
桥式起重机主梁的有限元分析及优化设计武建华
桥式起重机主梁的有限元分析及优化设计武建华发布时间：2021-10-27T06:54:26.359Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年15期作者：武建华[导读] 本文针对16 t×22.5 m的双梁桥式起重机当前的工况和具体的载荷进行分析，合理的确认了对于金属结构重量产生影响的相关因子——设计变量，同时针对这一重机主梁展开了针对MeshFree软件平台进行的一种有限元分析以及优化，最后使其重机力学性能可以获得要求。
河南东起机械有限公司河南省新乡 453400摘要：本文针对16 t×22.5 m的双梁桥式起重机当前的工况和具体的载荷进行分析，合理的确认了对于金属结构重量产生影响的相关因子——设计变量，同时针对这一重机主梁展开了针对MeshFree软件平台进行的一种有限元分析以及优化，最后使其重机力学性能可以获得要求。
关键词：桥式起重机；结构分析；有限元优化引言桥式起重机器本身是工程进行施工中能够提升作业效率和降低工人劳动强度的一种大型的起重设备。
当前应用的一些起重机其自身的金属结构全部都是选择型钢以及板材去完成焊接形成。
按照相关统计，通常桥式起重机器本身重量里的金属结构大概占到了改为汉字数字之下，针对一些跨度比较大的起重机器能够占到百分之85 之上，所以，有效降低本身的重量是减少起重机在制造上消耗成本的一种切实科学的方式。
当前，起重机金属结构在设计上的计算，通常都是使用理论以及类比计算去展开。
其中有非常多的经验估算以及简化算法，这样的一种情况就使得起重机自身的金属结构其自身的力学性能出现富余同时材料上的利用率相对较低等情况出现。
本文先首先基于16 t×22.5 m桥式起重机具原型去展开适当的力学分析，并适当的对其完成优化，最后有效地降低了这一起重机本身的自重。
1.双梁桥式起重机整体布局和核心技术参数当前桥架整体的金属结构件主要包含了：主梁和端梁，以及小车和走台栏杆等。
基于ANSYS的桥式起重机主梁优化设计.doc
基于ANSYS的桥式起重机主梁优化设计本文以16t双梁桥式起重机为例，通过有限元软件ANSYS 对其主梁进行目标驱动优化（Goal Driven Optimization），结果相较于优化前质量减轻了24.9%，效果非常显著，并且针对优化前后进行了静力分析，优化结果可靠可行。
本文通过主梁的参数化设计和优化设计，实现了质量减轻的目的，对桥式起重机的设计具有重大意义。
桥式起重机已经成为了现代化生产中必不可少的一种机械设备，除了运用方便、效果显著等原因外，桥式起重机在安全方面相较于其他设备同样有着明显的优势，例如，在实际生产中，桥式起重机能显著提高生产安全，减小事故发生率。
长久以来，我国对于重型机械的要求是够大够结实，因此，在传统的设计方法和加工工艺的限制下，我们设计出来的桥式起重机往往都具有过高的安全系数，这样设计虽然安全，但是，正因为过于安全了，我们的设计造成许多材料的浪费和废弃。
通过大量设计和实例表明，桥式起重机60%以上的重量是和主梁结构相关的，因此，主梁的结构设计是否合理，直接关系到钢材耗费量的多少。
采用ANSYS对起重机主梁进行结构的优化设计，不仅能实现主梁的形状优化，从而改进产品外形，同时能提高整机性能，减少制造成本和材料消耗。
主梁结构分析本文在进行优化设计前，先对桥式起重机主梁进行静力分析，分析的目的是求出主梁的最大应力和最大位移，方便后续的优化以及对比。
本文的研究对象是16t双梁桥式起重机，主梁由上、下盖板、两块腹板以及隔板组成，同时，为了分析更为准确，本文对端梁也进行了建模。
1.1 参数化建模优化设计就是讲设定的参数不断优化，最终在众多方案中寻找最佳方案的过程，因此，在建模时，需要实施参数化建模。
本文采取PROE建模，并且设定了8个优化参数。
1.2 有限元的前处理本文选取solid45单元，材料全部采用Q235，材料密度，弹性模量，泊松比。
网格划分以四边形单元为主，同时在个别部位采用三角形单元。
桥式起重机结构可靠性优化设计探讨
桥式起重机结构可靠性优化设计探讨近些年我国的发展速度非常快，科学技术也有了很大的进步。
尤其是在工业方面，取得了令人瞩目的成绩。
基于机械一体化技术快速发展，桥式起重机结构可靠性设计优化需走向数字化，大大减小人工调控设备的难度。
起重机的固有可靠性水平是在设计阶段决定的，设计阶段是决定其是否安全的第一步，也是最重要的一步。
如果设计的起重机结构可靠性水平不高，无论后天的管理、维修、保养水平多高，产品还是不安全的。
标签：桥式起重机；结构；可靠性；优化桥式起重机是一种常用的特种设备，出现故障的情况特比较多，需要没有足够重视就有很大的可能会发生安全事故，这就需要在设计阶段考虑可靠性要求。
结构的质量约占整台起重机质量的60%-80%，实现轻量化设计具有突出意义。
现阶段，设计人员一般采用手工试凑法，做起重机金属结构设计时出于安全考虑，在校核强度、刚度和稳定性时一般会留有一定的设计裕度，而常规的优化设计为追求结构轻量化往往把强度、刚度和稳定性等许用值用到极限，这样做不能确保结构是否安全，其最优设计方案一般不会被起重机企业所采纳。
一、桥式起重机桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
“机械化”是设备操作发展趋势，按照数字系统布局方式进行调度控制，实现了现场操作作业流程一体化，推动了起重机开发与利用的最优化。
结合数字系统对起重机操作提供科学指导，提出切实可行的设备操作体系。
体现了数字工程技术应用特点，实现了操作模式及改造的一体化建设。
二、桥式起重机结构优化设计（一）科技化机械化起重机操作体系中，要充分利用数字技术指导起重机建设，帮助企业构建更具创新性的开发模式，减少各类起重机的浪费率。
对于不同操作模式中，要更好地利用起重机结构布局平台，建立具有区域特色的操作操作方式。
只有结合不同类型的结构层次，才能选择相对应的数据库系统，才能更好地利用机械化操控体系。
（二）功能化数字操作运行功能实现升级改造，职能上，数字平台协同施工系统实现综合化调度，为区域施工与分析提供指导依据；功能上，利用数字系统进行规划改造，从事了更加多样式的起重机结构体系，保证数字系统运行与设备操作的最优化。
利用CADCAE技术分析、优化桥式起重机主梁设计
472017.03建设机械技术与管理随着中国经济的腾飞和机械工业的发展，起重机在人们生产生活中的应用越来越广，其型式、种类也越来越多，以满足不同场合的需要。
笔者在对一起重机企业的现场检验过程中，发现该企业采用了三小车外加一电动葫芦的结构型式（QES40/20+20/5t ）。
该企业设计人员采用传统手工计算发现要求吨位的起重机若采用常规截面，虽然强度验算符合要求，但主梁下挠度将与许用挠度相差无几。
考虑到原材料偏差、制造加工误差，设计人员打算增大截面，以提高安全系数。
为了帮助企业节约材料，降低生产成本，笔者采用目前最先进的有限元分析方法对该起重机进行了模型重建及有限元分析，以确定截面值及其安全性能。
1 有限元模型建立1.1 起重机主要性能参数该桥式起重机与普通桥式起重机不同，它有三个小车，起升载荷分别为40t 、20t 、20t ，另外在主梁一侧走台下还挂着一个5t 的电动葫芦。
主要性能参数为：额定载荷：40t ；跨度：23m ；小车轨距：3.6m ；工作级别：A5；葫芦用工字钢：30#特殊工字钢；40t 小车自重10.884t ；20t 小车自重5.835t ；5t 电动葫芦自重0.631t ；结构件材料采用Q235B ，主梁截面尺寸如图1所示。
1.2 模型建立本文采用目前有限元分析中功能最强大、应用最广泛、公认精度最高的ANSYS 进行分析验证，版本为11.0。
考虑到对于大型设备，ANSYS 的建模功能相对于其他三维设计软件薄弱，故本文采用主流三维设计软件之一的Unigraphics 进行该起重机的三维建模。
建立好的起重机桥架模型如下图3所示：利用CAD/CAE技术分析、优化桥式起重机主梁设计Optimizing the Design of the Main Girder of the BridgeCrane by Using of CAD / CAE Technology Analysis中国杭州低碳科技馆 吴 锋/WU Feng 湖州市特种设备检测中心 冯建平/FENG Jianping摘 要：本文利用主流软件Unigraphics 和ANSYS ，对采用三小车加一电动葫芦结构型式（QES40/20+20/5t ）的桥式起重机主梁进行了有限元分析，并优化设计。
基于Ansys Workbench的桥式起重机主梁优化设计
ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｉ ｒ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｍａ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｉ ｒ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｍｉ ｓ ｅ ｏ ｆ ｍｅ ｅ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｒ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ
学分析 ，得到危险工况下 的等效应力 云图和位移变形 云图 ，校核其强度和刚度均满足设计要求 。运 用 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ—ｔ ｉ ｏ ｎ 优化模块对参 数化 后的主梁截面尺寸进行优化 ，选取主梁截面 的尺寸作为输入参 数 ，以危 险
基于 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ的桥 式起 重机 主梁优 化设计
桥式起重机主梁腹板结构拓扑优化设计
桥式起重机主梁腹板结构拓扑优化设计以桥式起重机主梁腹板结构拓扑优化设计为题，本文将介绍桥式起重机主梁腹板结构的优化设计方法和关键考虑因素。
一、引言桥式起重机是一种常见的起重设备，其主梁腹板结构对于整个起重机的性能和安全性起着重要的作用。
本文针对主梁腹板结构进行拓扑优化设计，旨在提高其结构的强度和刚度，减轻自重负荷，提高整机工作效率。
二、拓扑优化设计原理拓扑优化设计是一种基于材料的设计方法，通过在初始设计空间中布置材料，使结构在给定的约束条件下具有最佳的性能。
在主梁腹板结构的优化设计中，可以通过改变材料的布局和形状，以及调整材料的厚度和尺寸等参数，来实现结构的优化设计。
三、拓扑优化设计方法1. 建立有限元模型：首先，根据主梁腹板的几何形状和约束条件，建立起重机主梁腹板的有限元模型。
有限元模型需要包括主梁腹板的几何形状、材料属性、约束条件等信息。
2. 设定设计变量：根据设计要求和约束条件，设定主梁腹板结构的设计变量，如材料的布局、形状和厚度等。
设计变量的选择应考虑到结构的强度、刚度和自重等因素。
3. 设定目标函数：根据设计目标，设定主梁腹板结构的优化目标函数。
目标函数可以包括结构的最小重量、最大刚度和最小应力等。
4. 设定约束条件：根据主梁腹板结构的设计要求和约束条件，设定相应的约束条件。
约束条件可以包括结构的最大位移、最大应力和最大应变等。
5. 进行优化计算：利用拓扑优化设计软件，对主梁腹板结构进行优化计算。
优化计算的过程是通过对设计变量进行迭代，不断更新材料的布局和形状，以寻找最优的结构形态。
6. 结果分析和验证：根据优化计算的结果，对主梁腹板结构进行分析和验证。
分析和验证的过程主要包括对结构的强度、刚度和自重等进行评估，以确保优化设计的可行性和有效性。
四、关键考虑因素1. 结构强度：主梁腹板结构在工作过程中会承受较大的荷载，因此结构的强度是优化设计的重要考虑因素。
通过优化设计，可以使结构的强度得到提高，满足工作要求。
桥式起重机主梁端部优化方法研究
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ １ ０ ７
２ ０ １ ４年 ３月
桥 式起 重机 主 梁端部优 化 方 法研 究
张 正本 ， 唐秋 华 ， 魏 国前
（ 武汉科技大学 机械 自动化学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ８ １ ）
摘
要： 在桥 式起重机金 属结构的定期检 查中， 经常在主 梁端部过渡 圆弧 区域的焊缝位置发现裂纹 ， 故在主 梁的轻量化
设计 中需要考虑这一部位的疲劳特性 。 提 出了一种基 于热点应力评定主粱端部过渡圆弧 区域疲 劳特性的优化设计方法， 通过有限元仿真计算获得 了相应的热点应力集中系数表达式。以结构质量最小为设计 目标 ， 在静 强度 、 静刚度 、 稳 定性等
常规约束基础上 ， 加入 了主梁端部 圆弧 区段疲 劳强度的约束， 建立了箱形主梁结构的优化模型。基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ的比较 实验
证 明， 在轻量化优化设计 中综合考虑端部疲 劳特性 ， 其 结果具有更 高的可靠性。
关键词 ： 桥式起重机 ； 箱形主梁 ； 热点应力； 应力集中系数 ； 优化设计 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｈ１ ２ ； Ｔ Ｆ ３ ４ １ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３ — ０ １ ０ ７ — ０ ３
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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桥式起重机主梁结构分析和优化设计
【摘要】随着工业的迅速发展，越来越多的工作需要机器代替人工来完成，比如货物的搬运就必须借助起重机，人力是很难完成的。
起重机械不仅是现代化生产中的工具，也是不可缺少的生产设备，对提高生产效率、减轻工人工作量、节约生产成本、提高生产安全系数等，有着至关重要的作用。
目前应用最广泛的起重机就是桥式起重机，但这种起重机结构尺寸比国外同样吨位的起重机大很多，造成了材料和资源的浪费。
本论文在桥式起重机起重量和跨度一定的情况下，对主梁结构进行分析有优化设计。
【关键词】桥式起重机；主梁；结构分析；优化设计
1.主梁结构分析和优化概述
由于计算机的发展和广泛应用以及优化理论知识的发展，起重机的设计从传统设计发展到可以建立一种设计过程中自动选择最有方案的迅速而有效的方法，这种方法也是目前在机械设计中应用最广泛的一种设计方法，即优化设计法。
主梁结构优化设计即是在满足行业规范及特定要求的前提下使结构的重量、造价、刚度、灵敏度、稳定性和可靠性达到最佳的方法。
起重机是提高生产效率、节约生产成本、减轻工人劳动负担、实现安全生产的起重运输设备，在一定的范围内水平移动和垂直起升的设备，具有作业循环性和动作间歇性的特点，所以在主梁的结构分析和设计中一定要兼顾到安全性能和稳定性能。
2.桥式起重机主梁结构的分析
2.1主梁结构设计的要求
目前桥式起重机的种类比较多，根据主梁的数目可大致分为单梁桥架和双梁桥架，根据结构可大致分为型钢梁式桥架、箱型结构桥架、精架式桥架。
钢梁式结构的主梁一般采用工字钢，结构简单，起重量小，一般应用于小车；箱型结构应用比较广泛、工艺简单，但其主梁易下饶。
综上桥式起重机的特点，在对主梁的结构进行设计时，必须满足以下几个基本要求：
（1）主梁的刚度和强度要满足要求。
（2）尽可能降低主梁的重量，这样不但可以减轻起重机的自重，也减轻了桥架和厂房建筑结构的负载，同时也能节约资源、减少生产成本、提高安全性能和运行的稳定性。
（3）桥梁的大小必须和大小车运行的机构配合好，确保正常运转。
（4）结构的设计要尽量美观和便于大批量生产。
2.2国内外主要采用的主梁结构
目前虽然国内主梁结构类型繁多，但大多都是由箱型截面的双腹梁式和四桁架式这两种基本形式发展而来的。
箱型截面的板梁式桥架是目前我国生产起重机桥架的基本形式，其自身重量比较大，但结构简单安装和维护都比较方面，有利于大批量生产；四桁式主要有两根主梁左右两根端梁构成，为了减轻自重和制造方便，主梁的外形一般是做成两端向上倾斜的，很少做成抛物线型的。
3.主梁结构的优化设计
主梁的优化设计一方面可以从主梁的宽度、厚度、重量、体积等关键部件的改进，在进行改进的同时要严格执行国家标准，确保优化设计的同时起重机能够安全、稳定的运行；另一方面可以基于ABSYS对主梁结构进行优化设计。
3.1对主梁自重进行优化设计
我国对起重机主梁的优化设计多采用多级模糊综合的方法，综合空滤成本、性能、工艺、生产、制造以及使用维护等多方面的因素，尽可能在达到起重机规格标准的情况下减小零部件，从而达到起重机整体优化的效果。
另一方面在对桥式起重机主梁结构分析和优化设计中，最主要的就是对主梁结构轻量化，在起重量相同的情况下，减轻起重机主梁的重量。
优化设计主要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，便于加工和生产，起到了主梁结构优化的作用。
主梁结构的优化，可以减轻起重机的自重，这样不但能节约资源、减少生产成本，还能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负载；节约能源和材料是起重机主梁结构优化设计的一个主要问题，也是目前起重机械行业发展遇到的瓶颈。
目前我国吸取国外先进的优化设计理念，自主研发高性能、低耗材的“三合一”技术，驱动装置采用国外的高性能减速器，将减速器吊挂于端梁内侧，这样既可以不受振动的影响也可以避免主梁的影响。
3.2基于ABSYS对主梁结构进行优化设计
起重机的只要负载是在主梁上，传统的设计虽然能满足工程使用上的要求，但设计出来的主梁安全系数较低、不够稳定、截面结构形式和其所承受的弯矩不匹配，这种不合理的结构设计必然会导致材料的浪费和梁自重的增加。
为解决这一问题，可以基于ANSYS软件，利用APDL技术对主梁进行结构优化，是主梁在满足设计要求基础的同时，结构尺寸更加合理，从而达到主梁结构优化的效果。
首先是基于APDL创建优化分析文件编制，其次是执行优化过程，最后是优化结果分析，这是基于ANSYS对主梁结构分析优化的三个简单步骤。
ANSYS软件单元库提供了近200种不同的单元类型供用户选择，以适应不同的分析需要。
每次分析前，从ANSYS的单元库中选择一种或者几种正确的单
元类型，ANSYS将创建的几何模型转变为相应的有限元模型以对其进行有限元分析，为建立主梁正确的参数化模型提供依据。
在正确分析主梁尺寸参数关系及负载计算的基础上，建立以主梁自重为设计目标的完整数学模型函数。
基于对主梁的模态分析，得出对其结构的动力影响最大的低阶模态，得出主梁结构设计在外界激励下易被激发的频率及振型，对主梁的设计和起重机的使用提供有益参考。
设计时可通过改变整机结构以改变振动出现的频率氛围，降低外界激励的振动，提高主梁的性能和安全系数以及操作者的舒适度。
4.结束语
本文以桥式起重机的主梁为研究对象，主要分析了桥式起重机主梁的结构以及主梁的优化设计。
对于主梁的优化设计主要从两个方面来考虑，一方面是减轻主梁的自重，另一方面是基于ABSYS对主梁结构进行优化设计。
主梁的结构设计是整个起重机工程系统设计的重要环节，各种先进的分析方法和先进的分析技术都在迅速的发展，在今后的起重级优化设计中更为重要的就是系统、全面的分析方法和专业的理论支撑。
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