黃維

摘 要：起重機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化和現(xiàn)代化，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，是必不可少的機(jī)械設(shè)備。起重機(jī)的出現(xiàn)，改善了人們生產(chǎn)生活的更多的需要。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化的程度也在不斷的提高，當(dāng)然起重機(jī)的性能也在不斷的改善和發(fā)展，這是社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)起重機(jī)的要求。本文主要對(duì)40t門(mén)式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的制造進(jìn)行研究，并闡述了鋼結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)起重機(jī)的重要性。

關(guān)鍵詞：門(mén)式起重機(jī)；鋼結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)；有限單元法

中圖分類(lèi)號(hào)：U294 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.起重機(jī)作業(yè)工程研究意義

鋼結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的骨架，承擔(dān)著自身及起重機(jī)運(yùn)輸所負(fù)擔(dān)的載重的重量并且還要完成傳輸?shù)倪^(guò)程，所以在起重機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。起重機(jī)的工作環(huán)境相對(duì)較為惡略，需要承受滿載、振動(dòng)以及沖擊的環(huán)境，因此鋼架構(gòu)的正確的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，可靠的設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械的工作性能，也能延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的壽命。一臺(tái)大型的龍門(mén)起重機(jī)的造價(jià)成本費(fèi)較高，生產(chǎn)的周期也長(zhǎng)，所以在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)和時(shí)間，所以只能是理論上的一些研究和規(guī)劃，通過(guò)多次的理論配合實(shí)踐才能得出相對(duì)完善的結(jié)論，可以說(shuō)實(shí)在經(jīng)驗(yàn)中積累起來(lái)的測(cè)試性的數(shù)據(jù)，再配合先進(jìn)的測(cè)試手段，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程、理論上的研究。通過(guò)靜態(tài)分析，再結(jié)合購(gòu)買(mǎi)商的要求，有針對(duì)性地進(jìn)行陳品的設(shè)計(jì)，不斷地完善和改進(jìn)結(jié)構(gòu)才能使起重機(jī)更加合理、更加經(jīng)濟(jì)適用。

2.龍門(mén)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

起重機(jī)行業(yè)是工程機(jī)械中的一項(xiàng)子行業(yè)，中國(guó)是中型機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)銜國(guó)家，在全球的十強(qiáng)行業(yè)中，中國(guó)就占據(jù)近半，目前，中國(guó)是全球最大的起重機(jī)市場(chǎng)，也是最大的小噸位起重機(jī)產(chǎn)品的出口國(guó)，但是在大噸位以及超大噸位的起重機(jī)方面競(jìng)爭(zhēng)力還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其中阻礙因素為發(fā)動(dòng)機(jī)、電控系統(tǒng)以及液壓件等，超大噸位技術(shù)需要突破，這還需要我們的進(jìn)一步努力，最主要的還是技術(shù)實(shí)力雄厚的國(guó)內(nèi)大型的企業(yè)。

傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)在鋼結(jié)構(gòu)方面，起重機(jī)的設(shè)計(jì)方法多依托經(jīng)典力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)完成設(shè)計(jì)和模擬的過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)且長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，采用較大的安全系數(shù)來(lái)確保運(yùn)行中所遇到的突發(fā)性問(wèn)題?，F(xiàn)下國(guó)內(nèi)對(duì)起重機(jī)的設(shè)計(jì)方法通常是整體結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)，精細(xì)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還不夠深入。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展并在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，起重機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)入了新的階段，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠模擬起重機(jī)的實(shí)際工作情況，可以計(jì)算出起重機(jī)的力學(xué)特性，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，大大的減少了設(shè)計(jì)成本?，F(xiàn)在運(yùn)用的計(jì)算機(jī)模擬方法主要是CAD和CAE，但是這里個(gè)技術(shù)是相互獨(dú)立的，分別完成設(shè)計(jì)和分析兩個(gè)方面，這種分離的狀態(tài)又降低了設(shè)計(jì)的效率。通過(guò)CAD和CAE集成軟件對(duì)起重機(jī)整體及細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，使得設(shè)計(jì)過(guò)程更加合理。也是推動(dòng)起重機(jī)行業(yè)發(fā)展的重要研究方向。

3.主要研究的內(nèi)容

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

該門(mén)吊主材為Q345E，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

3.2 40t龍門(mén)起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的分析

利用CAD和CAE集成軟件比傳統(tǒng)的建模方法更加強(qiáng)大，而且設(shè)計(jì)更加合理方便。

利用這種三維圖形軟件與有限元軟件結(jié)合完成設(shè)計(jì)，這種方法在我國(guó)目前還是初級(jí)階段，對(duì)40t的龍門(mén)大型機(jī)械設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)分析上有部分局限性，需要設(shè)計(jì)者更多的分析研究，才可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.3 40t龍門(mén)起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的門(mén)洞開(kāi)孔出的應(yīng)力狀態(tài)分析

在鋼結(jié)構(gòu)的一些重要部位開(kāi)孔，是在設(shè)計(jì)中必不可少的部分，雖然這樣對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體承重是不利的，但是也是必不可少的，開(kāi)孔意味著對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了更改，如果沒(méi)有合理地對(duì)開(kāi)孔大小及位置進(jìn)行研究，不僅浪費(fèi)了材料而且也達(dá)不到預(yù)期的效果，所以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)打孔前后的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)該進(jìn)行細(xì)致的研究。鋼結(jié)構(gòu)上所有的孔都采用鉆孔或鉸制孔。裝配后如果發(fā)現(xiàn)孔眼不正確和不平整，應(yīng)在原位置按需要的尺寸重新鉆孔或鉸孔。但是這種鉆孔或鉸孔不能違反被認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。加工后的車(chē)鏇件和鏜件必須符合ISO公差標(biāo)準(zhǔn)，滾筒、齒輪、行走輪和滑輪的軸應(yīng)該精車(chē)、磨光，如果直徑有變化，變化處須有足夠的圓角。應(yīng)盡量避免外伸軸，如確實(shí)無(wú)法避免，應(yīng)盡量縮短其外伸長(zhǎng)度。

4.設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

對(duì)該起重機(jī)的設(shè)計(jì)主要采用有限元法對(duì)龍門(mén)的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，有限的單元法就是對(duì)無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)性研究，形成有限元，抽象化為只有有限個(gè)自由度的單元的集合體，只要確定力單個(gè)單元的力學(xué)特征，也就按結(jié)構(gòu)分析的方法進(jìn)行類(lèi)推，進(jìn)而得到整體的受力情況。

將整個(gè)龍門(mén)的鋼結(jié)構(gòu)離散為由各種單元組成的的計(jì)算模型，離散后的單元與單元之間利用節(jié)點(diǎn)構(gòu)成連接，將擁有同樣性質(zhì)的散單元點(diǎn)分配到一個(gè)組塊中，每個(gè)組塊的設(shè)置、性質(zhì)以及數(shù)目等問(wèn)題，由描述變形形態(tài)和計(jì)算精度來(lái)確定。有限元法中分析到的物體，不在是以前的物體和結(jié)構(gòu)，而是許多相同性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的離散體組合起來(lái)的新整體。用有限元法分析到的結(jié)果是一個(gè)近似數(shù)，在數(shù)量達(dá)到足夠多時(shí)，而且每個(gè)單元點(diǎn)都足夠合理，那么所得到的結(jié)果與實(shí)際就會(huì)足夠接近。

5.焊接設(shè)計(jì)工藝

5.1 焊接工藝的選取原則

起重機(jī)結(jié)構(gòu)是起重機(jī)最重要的組成部分，起重機(jī)很多部分都是由焊接完成的，焊接質(zhì)量是決定起重機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的方面，起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)主要是焊接結(jié)構(gòu)，焊接的質(zhì)量直接決定著設(shè)計(jì)接頭的強(qiáng)度以及施工過(guò)程中的質(zhì)量，同時(shí)合理的焊接工藝環(huán)能降低生產(chǎn)成本。起重機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜，且受外部的影響較大，所以對(duì)焊接質(zhì)量的要求很高，要保證好的焊接質(zhì)量，就要遵循以下焊接的原則：第一，獲得合格的焊接接頭，焊接接頭包括完整的外形尺寸、剛度以及強(qiáng)度等指標(biāo)；第二，保證焊接的應(yīng)力，一定在變形的范圍之內(nèi)；第三，保證結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)次數(shù)少，焊接的位置確保無(wú)誤差；第三，保證焊工焊接工作方便可行，可焊性良好；第四，焊接的效率高，經(jīng)濟(jì)成本可控。

5.2 不同區(qū)域的焊接方法和焊接材料

在定位焊處選擇焊條電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊條電弧焊的材料為E5015的焊條，氣體保護(hù)焊采用二氧化碳保護(hù)氣。鋼板對(duì)接的地方采用埋弧自動(dòng)焊采用的材料為CJQ-1+SJ105q。蓋板和腹板處的加勁角鋼角焊采用二氧化碳保護(hù)焊，材料為ER50-6實(shí)芯的焊絲焊接。主梁的支腿處腹板與法蘭間坡口角焊縫等開(kāi)坡口角焊縫均采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，平位焊采用實(shí)芯焊絲，立位、仰位焊接采用E501T-1L/9L藥芯焊接。

5.3 焊接的主要順序

首先要進(jìn)行主梁箱型桿件的焊接，接著再進(jìn)行橫梁、支腿箱型的焊接，最后進(jìn)行主梁節(jié)段間的對(duì)接。整個(gè)焊接過(guò)程就是按照這個(gè)流程進(jìn)行的，這樣才能保證焊接的有序、高效和高質(zhì)量的完成。

結(jié)語(yǔ)

起重機(jī)在集裝箱站中扮演著主要?jiǎng)趧?dòng)力的角色，在工作站中進(jìn)行著高效的工作，完成機(jī)械化的流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)工作的重要標(biāo)志，40T龍門(mén)起重機(jī)作為搬運(yùn)機(jī)械中最主要的一種，起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)在起重機(jī)中起著咽喉的作用，所以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)于改進(jìn)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、使用的性能、經(jīng)濟(jì)性等各方面都有著非常重要的意義。

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