研究桥式起重机结构优化设计及应用

研究桥式起重机结构优化设计及应用

于瀚翔

鞍山市起重机械有限公司 辽宁省鞍山市 114000

摘要：代桥梁工程倡导机械化趋势，引入"数字系统"系统开展起重机操作作业，实现了起重机开发与利用效率最优化。桥式起重机是桥梁工程的起重设备，对现场施工调控具有指导作用。 基于机械一体化技术快速发展，桥式起重机结构设计走向数字化，利用数字系统控制整体设备运行，大大减小了人工调控设备的难度。 本文从数字化角度，对起重机控制系统进行优化设计，确保现场控制效率。

关键词：桥式起重机；结构；优化设计；应用

一、桥式起重机组成

桥式起重机按照其结构特点可以分为钢结构模块、传动模块、电气模块。钢结构包括桥架和小车架组成，桥架则由主梁、端梁、走台、护栏和操作室组成。小车由车架和栏杆组成。机械传动部分则是为实现天车不同运动要求设置的。由起升机构、大车运行机构和小车运行机构所组成。电气部分由电气线路和电气设备组成。凡是由电机带动而运转的机械，如桥式起重机的起升机构，大车和小车运行机构都称为工作机构。电动机及由其带动的工作机械共同构成的传动系统则称为电动机的拖动系统。

二、桥式起重机结构优化设计方式

1.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。

2.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。数字系统为设备结构服务提供各项操作服务，如：硬件设定、数据校准、数据采集等，这些都是操作单位测量中不可缺少的功能模块，可在短时间内完成多种数据处理任务。

3.最优化

提升操作单位对设备结构的改革创新，以创新技术进行实地操作指导是提升桥梁工程参与度的重要手段，其中如何提升设备操作效率成为了关键所在。对设备进行高效操作是开发起重机所必须的，而数字化技术作为现代工业的领先技术，能够有效的促进机械化施工模式的构建，形成科学的发展机制，促进起重机结构布局的与发展模式的最优化。

三、桥式起重机结构优化设计方法

1.转动结构设计

小车减速机的安装位置主要有两种，一是安装在小车主动轮的中间；另一种则是安装在小车主动轮的一侧。前者可以使减速机的输出、转动轴的受力比较均衡；后者则具有安装、维修保养较为方便的优势，但小车车体的平稳性较差。减速机的安装方式决定额小车的转动方式。

2.主梁结构的优化设计

2.1箱形结构

我国要从设备、技术、人员等方面进行机械化转型，增强自主创新及研发能力，从多个角度研究起重机利用模式，为起重机开发做好充分的准备工作。箱形结构设计中，正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。2.2桁架式结构

大型桥梁工程建设中，要结合桥式起重机进行机械化操作，一方面资金需求非常大，另一方面维护成本也非常高，国内企业现阶段还没有能力完成这一工作。此结构由 4片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。

2.3空腹桁架结构

类似偏轨箱形主梁，由4片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余3片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。

2.4对桥式起重机主梁的自重进行优化设计

多级模糊综合法是我国对起重机主梁的优化设计采用的主要方法。这种方法讲究的是在综合考滤生产成本、使用性能、制作工艺以及使用维护等多方面的因素的前提下，最大限度的满足起重机规格标准要求，节约资源，减少零部件的使用数量，从整体上优化起重机的主梁结构，降低起重机的整体重量。再者就是在对桥式起重机的主梁结构进行分析、优化设计的过程中，着重于轻化主梁结构，即在确保相同起重重量的前提下最大限度的减轻起重机主梁的重量。应从主梁箱型截面着手，以各个截面的尺寸为优化设计的设计变量，通过计算机技术的精确计算得出便于生产加工的详细参数，以此实现优化主梁结构的目的。

2.5基于ANSYS对桥式起重机主梁结构进行优化设计

为满足不同类型的分析需要，ANSYS软件数据库收集了200多种不同的单元的分析类型方便用户进行选择。每次分析进行之前，用户都可以根据实际需要从ANSYS的数据库中选择一种或者几种正确的单元类型，ANSYS将根据所选的类型的几何模型，经过计算生成相应的有限元模型，并得出分析报告，为主梁结构的正确建模提供有效依据。在对主梁各结构部位的尺寸参数以及相关的负载进行正确分析与计算的基础上，以减轻主梁自重为设计目标建立完整数学模型函数，通过对模型函数进行动态低阶求导，得出满足设计要求的主梁结构的最优参数组合，以供主梁的结构设计与起重机的使用维护提供有效参考，增强主梁结构的使用性能和安全系数。

四、起重机数字控制系统应用

1.数据系统

随着数字技术的不断发展与成熟，利用数字化技术搭建的操作平台，能够有效的提升起重机的利用效率。经过多年的创新与发展，数字化技术在企业信息管理中的运用越发的成熟，使企业的运行与施工模式得到了有效的改善与提升，最终实现软硬件的操作一体化。其中要求操作人员必须根据桥梁构造的实际情况，对操作系统进行科学的布局操作，落实各县设备的操作，保证地理数据的一致性与准确性。

2.网络系统

数据认证标准的繁复性与唯一性，确保了设备结构服务操作权限的安全性，无法通过安全指令，系统的操作屏幕将无法启动，这体现了数字化操作的人性化特点。在数字化的系统操作中，科学的应用信息处理技术能够有效的提升展示效果的动态性，多角度的为操作人员呈现可操作的功能模块。搭建现场快速反应中心，实现数据结构的网络化，更好的指导起重机的操作。

3.管理系统

较强的先进性是机械化与数字化设备操作模式的显著特点，为使数字操作模式更具使用性，必须划分区域，按照相应的利用机制进行调查。除此之外，还要对现有的操作平台进行创新调整，尤其是要明确地方政府的监管职责，落实与完善数字化操作额责任制度，健全相应的目标考核标准，有效的制止与 预防不法数字平台的违法活动。

结束语：桥式起重机金属结构的可靠性优化设计方法既能满足轻量化要求、实现节能减排，又能兼顾结构的安全性要求、获得较高固有可靠性的金属结构设计方案。可靠性优化方法优于传统的手工法和常规优化设计，为桥式起重机金属结构的设计开辟了一条新的方法，并且该方法是对现有结构优化设计方法的进一步创新，弥补了常规优化设计的不足，既符合可靠性设计的要求，又能贴合绿色设计的节能环保理念。

参考文献：

[1]杜习超. 桥式起重机结构可靠性优化设计研究[D].郑州大学,2018.

[2]赵健. 桥式起重机神经网络快速设计法研究[D].太原科技大学,2018.