蒙鳳杰

摘 要： 以電動(dòng)單梁起重機(jī)LDO10t-15.9m為例，采用經(jīng)典力學(xué)結(jié)合ANSYS workbench 15.0對(duì)矩形管端梁進(jìn)行承載能力分析，綜合考慮制作工藝及企業(yè)效益；結(jié)果表明，矩形管形式的端梁在橋式起重機(jī)上的應(yīng)用具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞： 橋式起重機(jī)；矩形管；端梁；企業(yè)效益

橋式起重機(jī)是橫架于車間、倉庫和貨場(chǎng)等上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備，因其形狀似橋而得名；它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機(jī)械。電動(dòng)單梁起重機(jī)是橋式起重機(jī)的一種。端梁為橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究顯得尤為必要。傳統(tǒng)的端梁結(jié)構(gòu)形式為U型槽形式或箱形焊接形式，該兩種結(jié)構(gòu)形式尤其是后者焊縫較多，施工成本占比較大且焊接變形不易控制、增加殘余應(yīng)力、降低疲勞強(qiáng)度，由此引起產(chǎn)品質(zhì)量不理想、工期長、企業(yè)效益等問題。矩形管是國民經(jīng)濟(jì)中常用的一種型材，廣泛應(yīng)用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)；其整體結(jié)構(gòu)形式正好彌補(bǔ)橋式起重機(jī)傳統(tǒng)端梁結(jié)構(gòu)形式的不足。相比于傳統(tǒng)形式的端梁，矩形管端梁的結(jié)構(gòu)形式有所不同；鑒于此，需針對(duì)橋式起重機(jī)特有載荷狀況對(duì)矩形管端梁予以分析研究。

1、矩形管端梁與傳統(tǒng)端梁結(jié)構(gòu)形式對(duì)比

傳統(tǒng)端梁在與主梁連接位置及其他必要的位置內(nèi)置有筋板，因其為焊接組合形式，布置筋板較為方便，同時(shí)也成為一種成熟的設(shè)計(jì)方式。對(duì)于矩形管而言，其四面封閉，在端頭位置布置筋板仍然較為方便，而在端梁與主梁連接的關(guān)鍵部位布置筋板變得較為困難，需設(shè)計(jì)特定的制作工藝才能完成；若采用該制作方法，這就與追求企業(yè)效益的理念背道而馳。矩形管端梁內(nèi)部關(guān)鍵連接位置難以布置筋板，成為目前在常規(guī)制作工藝下所面臨的客觀事實(shí)。另外，傳統(tǒng)端梁具有較大的局部加強(qiáng)板是其一大特點(diǎn)。

2、端梁強(qiáng)度及其內(nèi)部筋板的分析

現(xiàn)以我公司新開發(fā)的某車間一臺(tái)電動(dòng)單梁起重機(jī)樣機(jī)為例，采用ANSYS workbench 15.0對(duì)端梁分別建模分析其與主梁連接位置有無筋板的計(jì)算結(jié)果；該起重機(jī)型號(hào)規(guī)格為LDO10t-15.9m，采用矩形管端梁，矩形管規(guī)格為300×200×10，主梁與端梁的連接為搭接形式。

3、剛度和穩(wěn)定性的分析

金屬結(jié)構(gòu)的正常使用還需同時(shí)滿足剛度和穩(wěn)定性的要求。其中剛度包括靜剛度和動(dòng)剛度，穩(wěn)定性包括整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。經(jīng)對(duì)比分析，上述矩形管端梁與對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)端梁慣性矩相近，靜剛度顯然滿足要求；動(dòng)剛度涉及整機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)，且動(dòng)剛度一般不做要求，此處不做詳細(xì)分析。對(duì)于其他規(guī)格的起重機(jī)，可通過加高矩形管規(guī)格解決剛度不足的問題。對(duì)于整體穩(wěn)定性，矩形管的高寬比h/b=1.5<3，其整體穩(wěn)定性滿足要求。對(duì)于局部穩(wěn)定性，矩形管300×200×10的腹板寬厚比 ，矩形管內(nèi)部不需加筋板即可滿足局部穩(wěn)定性的要求。其中，高度h=300mm，寬度b=200mm，壁厚δ=10mm。

4、成本分析

成本是影響企業(yè)效益的重要因素。以上述電動(dòng)單梁起重機(jī)LDO10t-15.9m為例，表1列出了其端梁采用不同結(jié)構(gòu)形式的重量。由此可見，對(duì)于同一起重量同一跨度的電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁，因減少了筋板和局部加強(qiáng)板，矩形管端梁所使用鋼材的重量最??；結(jié)合施工成本的減少，矩形管端梁的經(jīng)濟(jì)效益具有明顯優(yōu)勢(shì)。

5、結(jié)論

①綜合受力分析、制作工藝及企業(yè)效益，矩形管端梁具有實(shí)用價(jià)值。

②矩形管端梁因制作工藝及企業(yè)效益的需要，與主梁連接位置不加筋板時(shí)其材質(zhì)應(yīng)采用Q345-B。

③對(duì)于大噸位或大跨度的起重機(jī)，矩形管形式的端梁局部應(yīng)力會(huì)明顯加大，通過增大矩形管規(guī)格或增大壁厚可適當(dāng)減小該應(yīng)力，但由于市場(chǎng)上現(xiàn)有矩形管規(guī)格的限制，起重機(jī)端梁的矩形管形式仍不能完全取代傳統(tǒng)的焊接形式；而對(duì)于適合使用矩形管的端梁，宜批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]徐格寧.機(jī)械裝備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]文豪.起重機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]常紅，趙子龍.材料力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[4]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范編寫組.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T 3811-2008）[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[5]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社，2013.