基于有限元分析的单梁桥式起重机优化设计
摘 要：利用ANSYS9.0分析单梁桥式起重机钢结构的力学特性，并结合分析结果咯实际经验提出了相应的结构优化方案，其正确性和合理性得到验证，并为同类产品优化设计提供有益参考。
关键字：桥式起重机；钢结构；优化设计；FEM
目前广泛应用于机械制作、冶金、钢铁、码头的桥式起重机占具我国起重机的40%左右。原有起重机设计方法多为传统的设计方法，设计效率低下，设计起重机安全系数大、消耗原料多、结构不尽合理。亟待对其钢结构进行优化设计。
通常的优化设计是利用数学规划的方法，将机械工程的设计问题转化为由目标函授与约束条件描述额度最优化问题。该方法对于解决较典型的优化问题可以得到较好的优化结果，但对于工程实际中经常出现的多目标、多约束条件优化问题则存在着数学模型难以建立及计算复杂，难于推广应用等问题。
鉴于此，本文利用有限元分析软件对可能的结构设计方案快速进行虚拟试验，并通过分析FEM虚拟试验的结果，作相应的结构优化。以LX型单梁桥式起重机主梁钢结构为例，利用ANSYS模拟其在最恶劣工况下的应力分布和变形情况，提出并检验了优化方案。
1. LX型5t电动悬挂单梁桥式起重机钢结构特点
LX型5t电动悬挂单梁桥式起重机由主梁和两条端梁、电动葫芦、大车运行机构、电气设备等主要部件组成。车轮组倒挂在车间的H型轨下运行。主梁中部由工字梁I32a和箱型梁焊接而成；两端悬臂
部分则由工字钢I32a与槽钢[28a焊接而成；端梁由两根槽钢[18与钢板焊接而成，主梁通过箱型梁两侧的吊耳实现与端梁的连接，如图1
所示。
2. 有限元建模和分析方案
2.1单元的选择与网格划分
LX型5t电动悬挂单梁桥式起重机钢结构中的工字钢、槽钢和箱型梁的主尺寸均为其厚度的10倍以上，故选定壳单元（shall 63）对该桥式起重机进行有限元分析[1]。此外，选用壳单元便于模型的优化修改。
2.2确定最恶劣工况
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16t×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。其本身的结构，详见图1以及表1。
２０１７年第２期 总第５４期 重工与起重技术 ＨＥＡＶＹ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ＆Ｈ０ＩＳＴＩＮＧ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Ｎｏ．２ ２０１７ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５４
桥式起重机１ ０００ｔ定滑轮梁有限元分析
大连华锐重工起重机有限公司 李岩李术霞孙丹
摘要：利用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ—Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ分析计算 室内作业用桥式起重机主起升定滑轮梁，分析比较几种结构 类型的定滑轮梁静强度及刚度结果，并对定滑轮梁整体受力 情况进行评价。 关键词：桥式起重机；定滑轮梁；ＡＮＳＹＳ—Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
１ 概述
桥式起重机起重小车上均配置定滑轮，其作 用是承载起升负载和改变力的传递方向。近年，桥 式起重机向大型化和高效化方向发展，桥式起重 机设计大多以静强度作为主要设计准则，难以考 虑复杂结构整体受力情况。与传统力学分析方法 相比，有限元法具有更高的计算精度，并可对复杂 结构进行整体分析。文章通过利用大型有限元软 件ＡＮＳＹＳ—Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ建立桥式起重机定滑轮梁 的有限元模型，并对几种结构类型的定滑轮梁进 行了静态分析比较，对桥式起重机定滑轮梁的设 计方案进行了评价。
２数学模型及有限元模型
２．ｉ数学模型 以为某厂设计的１０００ｔ（５００＋５００）ｔ桥式起重机 的主起升定滑轮梁为研究对象，该起重机主起升机 构额定起重量为５００ｔ，工作级别为Ｍ５。所用材料为 Ｑ３４５Ｂ，材料密度７．８５×ｌＯ－６ｋｇ／ｍｍ ，弹性模量 Ｅ＝２１００００（Ｎ／ｍｍｚ），泊松比／ｚ＝０．３，材料的许用应力 ｓ１＝２４２Ｎ／ｍｍ ，［ｒ］＝１４４Ｎ／ｍｍ ，机构工作时承受外载 荷：竖直方向（Ｙ方向）自重载荷和工作载荷如图１ 所示。由于在室内工作，忽略横向水平载荷（ｘ方 向）动载荷和纵向水平载荷（ｚ方向）风载荷。
图１ 主起升定滑轮梁数学模型 Ｘ ２．２有限元模型 建立三维实体模型是对工程实际问题有效模 拟和仿真的过程；定滑轮梁为多腔室薄壁箱型结 构，由上、下盖板等钢板焊接而成，上下盖板之间 均设有加强肋板。建立模型时，忽略不重要区域的 小孑Ｌ及小尺寸结构，对主要部件受力影响不大的 部分进行省略，并认为焊接强度等同于母材强度； 按照二维图纸的设计结构，通过ＡＮＳＹＳ— Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ良好的实体建模功能，创建定滑轮梁实 体模型，如图２所示。
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桥式起重机桥架改造及有限元动态分析
口王松杨海波
摘要：本文确定了桥式起重机的改造方案，在有限元下建立了改造前后的模型，进行了有限元瞬态和模态分
析，并对改造前后的结果进行分析比较，为桥式起重机的合理改造提供了依据。
关键词：桥式起重机；增吨改造；瞬态分析；模态分析
桥式起重机在冶金行业中应用得非
常普遍，近年来，我国许多钢铁企业由于
企业生产扩容改造，年产钢材总量越来越
多，这就对起重机提出了更高的起吊要
求，原来小吨位的桥式起重机已经满足不
了生产的需要；为了节约资金，同时也不
影响生产，可以在原有起重机的基础上对
它进行增吨改造来满足生产的要求。本文
是以某钢厂的额定起升量为３２ｔ需要改
造为可以起升５０ｔ的桥式起重机为例，进
行研究。
１桥式起重机的基本参数
桥架跨度３１ｍ，主梁高度１７００ｍｍ，
翼缘板宽６５０ｍｍ，厚１４ｍｍ，腹板厚
８ｍｍ，主起升高度１４ｍ，主起升速度
９．２２ｍ／ｍｉｎ，小车运行速度４２．４ｍ／ｍｉｎ，
小车轨距２．５ｍ，轮距２．８ｍ，该机由武汉
冶金设备制造公司制造。 ２确定改造方案
在起重机的增吨改造中，主要是要提
高桥架抗弯截面系数；在箱形梁截面中，
翼缘板的宽度、厚度和腹板的高度、厚度
都能够影响抗弯截面系数的大小，其中又
以梁高对抗弯截面系数影响最大，下面有
三种增大桥架梁高的方案，从增大抗弯截
面系数、自身重量和加工工艺性三方面 Ｉ专版
进行分析比较，最终确定最优的改造方
案。
由表１可以看出，在尺寸几乎完全相
同的情况下，Ｉ型改造结构的抗弯能力最
强：由于起重机的自重是影响起升性能的
一个重要参数，对于需要改造的起重机来
说，怎样尽量地减小桥架改造时增加的质
量，是起重机改造成功的一个重要因素，
表１．抗弯截面系数及与单位长度体积比值的计算结果
不同改造方案 Ｕ型 Ｉ型 直板型
尺寸（ｍｍ） ６ｘ２００－１４ｘ６５０ １ ４×６５０—６×２００ １４ｘ６５０
