黃維

摘 要：起重機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)過程中必不可少的機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的機(jī)械化和現(xiàn)代化，提高了勞動生產(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。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械化和自動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，這是社會生產(chǎn)活動對起重機(jī)的要求。本文主要對40t門式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的制造進(jìn)行研究，并闡述了鋼結(jié)構(gòu)對整個起重機(jī)的重要性。

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

中圖分類號：U294 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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^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)境相對較為惡略，需要承受滿載、振動以及沖擊的環(huán)境，因此鋼架構(gòu)的正確的設(shè)計是非常關(guān)鍵的，可靠的設(shè)計可以提高機(jī)械的工作性能，也能延長機(jī)械設(shè)備的壽命。一臺大型的龍門起重機(jī)的造價成本費(fèi)較高，生產(chǎn)的周期也長，所以在生產(chǎn)過程中沒有大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)會和時間，所以只能是理論上的一些研究和規(guī)劃，通過多次的理論配合實(shí)踐才能得出相對完善的結(jié)論，可以說實(shí)在經(jīng)驗(yàn)中積累起來的測試性的數(shù)據(jù)，再配合先進(jìn)的測試手段，完成整個設(shè)計過程、理論上的研究。通過靜態(tài)分析，再結(jié)合購買商的要求，有針對性地進(jìn)行陳品的設(shè)計，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.龍門起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢

起重機(jī)行業(yè)是工程機(jī)械中的一項(xiàng)子行業(yè)，中國是中型機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)銜國家，在全球的十強(qiáng)行業(yè)中，中國就占據(jù)近半，目前，中國是全球最大的起重機(jī)市場，也是最大的小噸位起重機(jī)產(chǎn)品的出口國，但是在大噸位以及超大噸位的起重機(jī)方面競爭力還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其中阻礙因素為發(fā)動機(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)力雄厚的國內(nèi)大型的企業(yè)。

傳統(tǒng)的國內(nèi)在鋼結(jié)構(gòu)方面，起重機(jī)的設(shè)計方法多依托經(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)計和模擬的過程。設(shè)計過程是一個反復(fù)且長時間的過程，采用較大的安全系數(shù)來確保運(yùn)行中所遇到的突發(fā)性問題。現(xiàn)下國內(nèi)對起重機(jī)的設(shè)計方法通常是整體結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計，精細(xì)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計還不夠深入。隨著現(xiàn)代計算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展并在機(jī)械設(shè)計方面的應(yīng)用，起重機(jī)的設(shè)計進(jìn)入了新的階段，現(xiàn)代的計算機(jī)技術(shù)能夠模擬起重機(jī)的實(shí)際工作情況，可以計算出起重機(jī)的力學(xué)特性，并不斷優(yōu)化設(shè)計過程，大大的減少了設(shè)計成本。現(xiàn)在運(yùn)用的計算機(jī)模擬方法主要是CAD和CAE，但是這里個技術(shù)是相互獨(dú)立的，分別完成設(shè)計和分析兩個方面，這種分離的狀態(tài)又降低了設(shè)計的效率。通過CAD和CAE集成軟件對起重機(jī)整體及細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，使得設(shè)計過程更加合理。也是推動起重機(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)計參數(shù)

該門吊主材為Q345E，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3.2 40t龍門起重機(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，這種方法在我國目前還是初級階段，對40t的龍門大型機(jī)械設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)分析上有部分局限性，需要設(shè)計者更多的分析研究，才可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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

在鋼結(jié)構(gòu)的一些重要部位開孔，是在設(shè)計中必不可少的部分，雖然這樣對鋼結(jié)構(gòu)整體承重是不利的，但是也是必不可少的，開孔意味著對鋼結(jié)構(gòu)的破壞，對整個結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了更改，如果沒有合理地對開孔大小及位置進(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、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)無法避免，應(yīng)盡量縮短其外伸長度。

4.設(shè)計的理論依據(jù)

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

將整個龍門的鋼結(jié)構(gòu)離散為由各種單元組成的的計算模型，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)分配到一個組塊中，每個組塊的設(shè)置、性質(zhì)以及數(shù)目等問題，由描述變形形態(tài)和計算精度來確定。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)的離散體組合起來的新整體。用有限元法分析到的結(jié)果是一個近似數(shù)，在數(shù)量達(dá)到足夠多時，而且每個單元點(diǎn)都足夠合理，那么所得到的結(jié)果與實(shí)際就會足夠接近。

5.焊接設(shè)計工藝

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)計接頭的強(qiáng)度以及施工過程中的質(zhì)量，同時合理的焊接工藝環(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。鋼板對接的地方采用埋弧自動焊采用的材料為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)段間的對接。整個焊接過程就是按照這個流程進(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

起重機(jī)在集裝箱站中扮演著主要勞動力的角色，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，所以對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對于改進(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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