桥式起重机偏轨主梁轻量化设计及稳定性分析

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1、桥式起重机偏轨主梁轻量化设计及稳定性分析　　【摘要】针对桥式起重机偏轨主梁的结构形式、梁内横隔板的布置方式、小车运行用轨道形式，以及主梁材质的选择、静刚度的取值方面进行轻量化设计。并通过对偏轨主梁局部稳定性问题进行分析，从横隔板间距布置、结构形式及主腹板厚度方面进行探讨，进一步实现了对偏轨主梁轻量化设计的目的。　　【关键词】桥式起重机偏轨主梁轻量化设计局部稳定性　　对于桥式起重来说，主梁是其重要承载部件，也是起重机自重所占比例最大的部件。一般主梁的重量占起重机总重的60%-70%，所以主梁的轻量化设计是起重机轻量化设计

2、的重要部分。目前，我国的起重机械大多采用古典力学和一些基本的数学模型作为设计手段，对主梁的设计还基本处于一种半经验半理论状态，设计过程反复多，周期长，精度低，致使设计出来的起重机重量大，外形尺寸大，材料利用率低，造成资源上的浪费。对起重机械采用轻量化设计可以使其结构更加紧凑，机构简单轻巧，并能使各机构性能和可靠性增加。另外，在节约材料，降低起重机总重，减小起重机轮压和降低厂房建筑高度，降低厂房造价等方面优点突出。　　1偏轨主梁的轻量化设计　　1.1采用窄翼缘偏轨主梁的结构形式6　　从结构形式上来说，窄翼缘偏轨箱型主梁结

3、构相对简单，焊接变形小，制造工艺简单，方便实施自动焊接，抗扭转性能强，所以窄翼缘偏轨主梁可以做大批量生产。在国内，桥式起重机主梁的结构形式大多为正轨或中偏轨形式。自从以科尼和德马格为代表的国外起重机进入中国市场以后，其偏轨主梁的结构形式被国内认可并逐步发展，致使越来越多的起重机生产厂家采用偏轨箱型梁。与正轨和中偏轨主梁相比，偏轨主梁因小车轮压在主腹板上方，箱体宽度方向的上盖板不承受小车轮压传递的压应力，所以可以取消箱体内部小横隔板，从而可以减少主梁上盖板与横隔板的焊缝数量，容易控制制造过程中的主梁焊接变形和波浪变形。从

4、结构静强度条件许用应力：，即，其中截面抗弯模量：.代入得：所以对于箱型主梁来说，在抵抗垂直平面内的弯曲变形时，采用窄翼缘箱型梁可得到更高的抗弯强度。另外，因主梁为偏轨结构，在主梁上盖板宽度方向小车占用较少，主梁上盖板可以当做人员通道使用，不再单独设置通道，简化附件设计，也可减轻起重机自重。所以，采用窄翼缘偏轨主梁可以达到主梁轻量化的目的。　　1.2轻量化主梁横隔板布置　　因偏轨箱型主梁的主腹板承受所有小车车轮传递的压力，不同于中轨箱型梁，需要小横隔板支撑上盖板并将小车车轮轮压通过小横隔板传递给整个主梁的箱型结构，所以偏

5、轨主梁可以取消小横隔板来进行轻量化设计。　　1.3小车轨道形式的变化6　　在桥式起重机设计过程中为降低整机高度，小车钢轨均采用方钢。在正轨或中偏轨起重机主梁上布置的供小车运行用的钢轨均为起重机专用轨道或P型钢轨，钢轨重量大。主梁固定形式采用压板固定，钢轨与主梁为分体结构形式，所以钢轨不能参与主梁刚度和强度计算。且钢轨底面与主梁上翼缘板接触面较宽，在采用压板固定时需将主梁上翼缘板外伸部分加宽用来固定钢轨压板，在翼缘板外伸部分的下方需增加三角板做支撑，以抵抗翼缘板焊接和承压变形，这样会使主梁截面及重量进一步增加。如采用方钢

6、作为小车运行的轨道，采用焊接形式固定，方钢本身可以参与主梁刚度和强度的计算，减少主梁材料的使用，也可减小主梁上翼缘板的宽度，且不需要三角板支撑外伸的主梁上翼缘板。以德马格和科尼为代表的国外先进起重机厂家，在桥式起重机主梁的设计上均采用焊接轨道的偏轨主梁结构形式，并将方钢作为主梁一要素参与强度和刚度的计算，使主梁高度降低，截面尺寸相对减小，桥架结构尺寸相对减小，达到对主梁轻量化设计的目的。　　2主梁用材的选择　　通常情况下，通用桥式起重机主梁的材料均为Q235，而轻量化设计后偏轨主梁材质按不同的情况有Q235和Q345两

7、种。在满足静强度、静刚度、高跨比范围和疲劳强度等控制条件下，以主梁轻量化为目的，进行结构材料的选取。在通过对两种材料的主梁进行计算后，在符合各项控制数值的情况下，主梁用材的选取情况可依照以下：　　（1）起重机工作级别在A5以下的桥式起重机。（2）额定起重量在50t及以下的，采用两种不同的材料计算出的主梁的各项指标相差很小，且主梁强度在100-130Mpa，根据这两种材料的价格因素考虑，所以选用Q235。（3）定起重量在50t以上，若材料采用Q345，主梁重量平均可降低13%，所以选用Q345。（4）起重机工作级别在A5

8、及以上时。因工作级别在A5及以上时，结构应进行疲劳强度计算，疲劳许用应力为140-1506Mpa。采用Q235和Q345时计算结果发现主梁重量差别很小。但考虑板材价格问题，所以选用Q235。　　通过对Q235和Q345两种材料进行细化对比，灵活合理的选用材料，可一定范围内的降低主梁重量，达到对偏轨主梁进行轻量化的目的。　　合理选择