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摘 要：现今桥式起重机在各行各业中被广泛的使用。桥式起重机主要是由桥架、大车行走机构和起重小车等组成，现阶段使用的桥式起重机大都是沿用20世纪60年代后期产生的箱型主梁结构。在桥式起重机的中箱型主梁也是其重要的组成部分，是整个机械重量的百分之六十，所消耗的成本也占到了总成本的百分之五十左右。随着科学技术的不断提高和实际应用的要求不断的提升，起重机的在成本制造和工作效率上的问题日益明显，因此如何解决以上问题，对加速我国起重机行业发展有重要的意义。本文主要就桥式起重机箱形主梁优化设计软件方面内容展开了分析探讨，以供参阅。
关键词：桥式起重机；箱形主梁；优化设计；软件
1箱形梁桥式起重机主梁结构分析
1.1分析主梁参数
建立主梁参数模型需要依靠ANSYS软件的参數化设计语言和有限元模块分析导重法结合，在有效节约时间方便优化过程基础上，实现参数建模优化设计等一系列任务。双梁桥架的两个箱形梁完全相同，且对称分布，在ANSYS软件中建模分析时，可以采取较大受力的一根箱形梁进行单独分析，从而有效节约时间。根据箱形梁的结构和尺寸，以及材料类型，可以建立箱形梁的密度、泊松比和弹性的数据库。ρ=7.8×103kg/m3，μ=0.3，E=206GPa。此外，将箱形梁的其他参数，如加筋板的数量、上腹板和下腹板的厚度、左右侧板的厚度、侧板的高度和主梁的长度等作为建模的参数，可以使建模更加立体和完整，得到的数据更加可靠和具有说服力。
1.2划分主梁网格
划分网格是建立主梁参数化模型后，在有限元分析中的重要环节。网格划分优劣程度和质量水平能直接影响计算过程和计算结果。由于本文中所涉及的箱形主梁结构简单，因此在划分网格时可以采用方便控制单元与节点数的手工划分方式，并且此种方式能有效保证划分质量。取一单位面积为1×1m2的主梁，将其按照十等分划分方式，最终得到若干网格和节点。
1.3箱形梁分析
随着主梁两端做横向运动的主梁被螺栓固定，因此在主梁两端固定处加以约束可以得到主梁的加载方式分为四种情况：第一，小车在起重机满载时位于主梁最左制动，制动加速度为a；第二，吊物荷载位置与工作位置相同，在起重机满载情况下，该位置与两根主梁在同一平面内制动，制动加速度为a；第三，主梁中心部位被最大轮压作用，起重机满载轮压方向与主梁自重同向制动，制动加速度为a；第四起重机空载主梁制动，制动加速度为a。
2箱形梁腹板的优化设计
优化设计的桥架结构主要包括单主梁桥架、空腹桥架以及波形腹板，其中波形腹板是桥梁起重机箱形梁中平直腹板优化设计的结果，通过设定波形腹板的波形变化规律，来扩大腹板的承载面积。桥式起重机箱形梁腹板所承受的压力来自两个方面，首先是平面压力，也是主要的压力，其次为弯矩荷载作用。而在受力面积相同的条件下，平直腹板同波形腹板相比受压能力较差。虽然随着箱形梁平直腹板转变为波形腹板，腹板竖直方向上的稳定性有所提高，腹板的自身重量也相对减少，但是腹板水平刚度同波形腹板之间的抗扭刚度也会因此而减小，导致该部位成为薄弱的环节，影响到桥式起重机的性能，故而，必须对箱形梁的腹板进行优化配置，在减轻箱形梁自身重量的同时提高起重机性，现就对以下几种配置方案进行研究。（1）一个波形腹板和一个平直腹板。在水平方向上，波形腹板的刚度小于平直腹板，在垂直方向上，波形腹板的刚度大于平直腹板，此种设计方案同时考虑到了平直腹板和波形腹板的优点和缺点，应用折中的设计思路，使得二者在垂直方向和水平方向的刚度到达更好的状态，是比较理想优化设计方案，可应用于实际操作中。（2）两个波形腹板通向配置。采用两个波形腹板通向配置的方案时，由于两个腹板之间有相位差，使得该方案的缺点较大。在此方案中，两个波形腹板的水平刚度与抗扭刚度均不是理想状态，这就导致在大车运行过程中，桥式起重机的水平方向上的冲击力过大而且箱形梁主梁的水平刚度减小，造成主梁产生较大的形变，严重影响到桥式起重机的性能，甚至引发安全事故。故而此种方案在桥式起重机的设计和实际应用中是不允许的，不符合实际应用的要求。（3）两种波形腹板反向配置。两个波形腹板的反向配置会导致两个腹板之间距离的不断改变，从而导致腹板水平方向上的刚度均匀性受到影响，影响整个箱形梁的稳定性，故而，该方案的也不建议在实际作业中应用。由以上三种腹板配置方案可以看出，波形腹板虽然受压能力大于平直腹板，但是仅采用两个波形腹板，不管是通向配置还是反向配置都是不可取的，只有将一个平直腹板和一个波形腹板结合使用才能使垂直和水平刚度达到最好的状态，从而更好地应用于实际。
3主梁优化设计软件开发
对主梁优化设计，以软件的形式集成起来配以简洁的界面、方便的操作和形象化的结果输出就能极大地方便设计人员进行桥式起重机的设计研究。因此本文将运用面向对象的程序设计方法，选择Delphi7.0开发主梁的设计软件。（1）登陆窗体的建立。（2）主梁优化设计计算窗体的建立。该计算窗体及内部的程序为优化设计软件的核心部分。计算窗体表单上包含对起重机优化设计时所需要的一些起重机的基本参数，如起重机跨度、起重机工作级别、起重量、主梁材料等；也包含起重机优化设计前的一些参数，如原主梁自重、小车轨距、小车轮距、大车轮距、运行机构自重、端梁尺寸等；还包括对设计变量的一些约束，如主梁腹板高厚比、腹板工艺所要求的厚度最大最小值等。为便于进行优化设计计算，本软件还人为的对设计变量（此处设计变量是指主梁的上下盖板厚，左右腹板厚，左右腹板内间距等）进行上下界的确定，初始点的选取等。其中优化设计计算程序依据SUMT-POWELL程序框图进行。该计算窗体下又有小车轨道选择子窗体、端梁尺寸输入子窗体以及结果显示子窗体。
结束语
综上所述，在桥式起重机箱形梁中波形腹板的受力情况优于平直腹板，而在设计过程中，采用一个平直腹板和一个波形腹板的配置方案更加适用于实际应用。经分析，两种腹板有各自的优缺点，因此在桥式起重机箱形梁的优化设计中要进行综合考虑，节约材料，减少起重机自身重量，在最大程度上提高桥式起重机的性能，同时也要保证起重机的安全系数符合实际操作。
参考文献：
[1]田德雨，舒大文，宋婷婷，张朝喜.桥式起重机桥架箱形主梁的优化设计[J].新技术新工艺.2013（11）
[2]李青，廖志明，刘洋.浅谈箱形梁桥式起重机主梁的优化设计[J].中国高新区.2017（12）
[3]范丽丽.通用桥式起重机主梁结构优化设计[J].现代制造技术与装备.2015（04）
关键词：桥式起重机；箱形主梁；优化设计；软件
1箱形梁桥式起重机主梁结构分析
1.1分析主梁参数
建立主梁参数模型需要依靠ANSYS软件的参數化设计语言和有限元模块分析导重法结合，在有效节约时间方便优化过程基础上，实现参数建模优化设计等一系列任务。双梁桥架的两个箱形梁完全相同，且对称分布，在ANSYS软件中建模分析时，可以采取较大受力的一根箱形梁进行单独分析，从而有效节约时间。根据箱形梁的结构和尺寸，以及材料类型，可以建立箱形梁的密度、泊松比和弹性的数据库。ρ=7.8×103kg/m3，μ=0.3，E=206GPa。此外，将箱形梁的其他参数，如加筋板的数量、上腹板和下腹板的厚度、左右侧板的厚度、侧板的高度和主梁的长度等作为建模的参数，可以使建模更加立体和完整，得到的数据更加可靠和具有说服力。
1.2划分主梁网格
划分网格是建立主梁参数化模型后，在有限元分析中的重要环节。网格划分优劣程度和质量水平能直接影响计算过程和计算结果。由于本文中所涉及的箱形主梁结构简单，因此在划分网格时可以采用方便控制单元与节点数的手工划分方式，并且此种方式能有效保证划分质量。取一单位面积为1×1m2的主梁，将其按照十等分划分方式，最终得到若干网格和节点。
1.3箱形梁分析
随着主梁两端做横向运动的主梁被螺栓固定，因此在主梁两端固定处加以约束可以得到主梁的加载方式分为四种情况：第一，小车在起重机满载时位于主梁最左制动，制动加速度为a；第二，吊物荷载位置与工作位置相同，在起重机满载情况下，该位置与两根主梁在同一平面内制动，制动加速度为a；第三，主梁中心部位被最大轮压作用，起重机满载轮压方向与主梁自重同向制动，制动加速度为a；第四起重机空载主梁制动，制动加速度为a。
2箱形梁腹板的优化设计
优化设计的桥架结构主要包括单主梁桥架、空腹桥架以及波形腹板，其中波形腹板是桥梁起重机箱形梁中平直腹板优化设计的结果，通过设定波形腹板的波形变化规律，来扩大腹板的承载面积。桥式起重机箱形梁腹板所承受的压力来自两个方面，首先是平面压力，也是主要的压力，其次为弯矩荷载作用。而在受力面积相同的条件下，平直腹板同波形腹板相比受压能力较差。虽然随着箱形梁平直腹板转变为波形腹板，腹板竖直方向上的稳定性有所提高，腹板的自身重量也相对减少，但是腹板水平刚度同波形腹板之间的抗扭刚度也会因此而减小，导致该部位成为薄弱的环节，影响到桥式起重机的性能，故而，必须对箱形梁的腹板进行优化配置，在减轻箱形梁自身重量的同时提高起重机性，现就对以下几种配置方案进行研究。（1）一个波形腹板和一个平直腹板。在水平方向上，波形腹板的刚度小于平直腹板，在垂直方向上，波形腹板的刚度大于平直腹板，此种设计方案同时考虑到了平直腹板和波形腹板的优点和缺点，应用折中的设计思路，使得二者在垂直方向和水平方向的刚度到达更好的状态，是比较理想优化设计方案，可应用于实际操作中。（2）两个波形腹板通向配置。采用两个波形腹板通向配置的方案时，由于两个腹板之间有相位差，使得该方案的缺点较大。在此方案中，两个波形腹板的水平刚度与抗扭刚度均不是理想状态，这就导致在大车运行过程中，桥式起重机的水平方向上的冲击力过大而且箱形梁主梁的水平刚度减小，造成主梁产生较大的形变，严重影响到桥式起重机的性能，甚至引发安全事故。故而此种方案在桥式起重机的设计和实际应用中是不允许的，不符合实际应用的要求。（3）两种波形腹板反向配置。两个波形腹板的反向配置会导致两个腹板之间距离的不断改变，从而导致腹板水平方向上的刚度均匀性受到影响，影响整个箱形梁的稳定性，故而，该方案的也不建议在实际作业中应用。由以上三种腹板配置方案可以看出，波形腹板虽然受压能力大于平直腹板，但是仅采用两个波形腹板，不管是通向配置还是反向配置都是不可取的，只有将一个平直腹板和一个波形腹板结合使用才能使垂直和水平刚度达到最好的状态，从而更好地应用于实际。
3主梁优化设计软件开发
对主梁优化设计，以软件的形式集成起来配以简洁的界面、方便的操作和形象化的结果输出就能极大地方便设计人员进行桥式起重机的设计研究。因此本文将运用面向对象的程序设计方法，选择Delphi7.0开发主梁的设计软件。（1）登陆窗体的建立。（2）主梁优化设计计算窗体的建立。该计算窗体及内部的程序为优化设计软件的核心部分。计算窗体表单上包含对起重机优化设计时所需要的一些起重机的基本参数，如起重机跨度、起重机工作级别、起重量、主梁材料等；也包含起重机优化设计前的一些参数，如原主梁自重、小车轨距、小车轮距、大车轮距、运行机构自重、端梁尺寸等；还包括对设计变量的一些约束，如主梁腹板高厚比、腹板工艺所要求的厚度最大最小值等。为便于进行优化设计计算，本软件还人为的对设计变量（此处设计变量是指主梁的上下盖板厚，左右腹板厚，左右腹板内间距等）进行上下界的确定，初始点的选取等。其中优化设计计算程序依据SUMT-POWELL程序框图进行。该计算窗体下又有小车轨道选择子窗体、端梁尺寸输入子窗体以及结果显示子窗体。
结束语
综上所述，在桥式起重机箱形梁中波形腹板的受力情况优于平直腹板，而在设计过程中，采用一个平直腹板和一个波形腹板的配置方案更加适用于实际应用。经分析，两种腹板有各自的优缺点，因此在桥式起重机箱形梁的优化设计中要进行综合考虑，节约材料，减少起重机自身重量，在最大程度上提高桥式起重机的性能，同时也要保证起重机的安全系数符合实际操作。
参考文献：
[1]田德雨，舒大文，宋婷婷，张朝喜.桥式起重机桥架箱形主梁的优化设计[J].新技术新工艺.2013（11）
[2]李青，廖志明，刘洋.浅谈箱形梁桥式起重机主梁的优化设计[J].中国高新区.2017（12）
[3]范丽丽.通用桥式起重机主梁结构优化设计[J].现代制造技术与装备.2015（04）