单梁桥式起重机端梁改造方案
蒙凤杰
摘 要： 以电动单梁起重机LDO10t-15.9m为例，采用经典力学结合ANSYS workbench 15.0对矩形管端梁进行承载能力分析，综合考虑制作工艺及企业效益；结果表明，矩形管形式的端梁在桥式起重机上的应用具有实际意义。
关键词： 桥式起重机；矩形管；端梁；企业效益
桥式起重机是横架于车间、仓库和货场等上空进行物料吊运的起重设备，因其形状似桥而得名；它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。电动单梁起重机是桥式起重机的一种。端梁为桥式起重机金属结构中的重要组成部分，对其进行优化设计与研究显得尤为必要。传统的端梁结构形式为U型槽形式或箱形焊接形式，该两种结构形式尤其是后者焊缝较多，施工成本占比较大且焊接变形不易控制、增加残余应力、降低疲劳强度，由此引起产品质量不理想、工期长、企业效益等问题。矩形管是国民经济中常用的一种型材，广泛应用于制造机械零件和工程结构；其整体结构形式正好弥补桥式起重机传统端梁结构形式的不足。相比于传统形式的端梁，矩形管端梁的结构形式有所不同；鉴于此，需针对桥式起重机特有载荷状况对矩形管端梁予以分析研究。
1、矩形管端梁与传统端梁结构形式对比
传统端梁在与主梁连接位置及其他必要的位置内置有筋板，因其为焊接组合形式，布置筋板较为方便，同时也成为一种成熟的设计方式。对于矩形管而言，其四面封闭，在端头位置布置筋板仍然较为方便，而在端梁与主梁连接的关键部位布置筋板变得较为困难，需设计特定的制作工艺才能完成；若采用该制作方法，这就与追求企业效益的理念背道而驰。矩形管端梁内部关键连接位置难以布置筋板，成为目前在常规制作工艺下所面临的客观事实。另外，传统端梁具有较大的局部加强板是其一大特点。
2、端梁强度及其内部筋板的分析
现以我公司新开发的某车间一台电动单梁起重机样机为例，采用ANSYS workbench 15.0对端梁分别建模分析其与主梁连接位置有无筋板的计算结果；该起重机型号规格为LDO10t-15.9m，采用矩形管端梁，矩形管规格为300×200×10，主梁与端梁的连接为搭接形式。
3、刚度和穩定性的分析
金属结构的正常使用还需同时满足刚度和稳定性的要求。其中刚度包括静刚度和动刚度，稳定性包括整体稳定性和局部稳定性。经对比分析，上述矩形管端梁与对应的传统端梁惯性矩相近，静刚度显然满足要求；动刚度涉及整机结构振动系统，且动刚度一般不做要求，此处不做详细分析。对于其他规格的起重机，可通过加高矩形管规格解决刚度不足的问题。对于整体稳定性，矩形管的高宽比h/b=1.5<3，其整体稳定性满足要求。对于局部稳定性，矩形管300×200×10的腹板宽厚比 ，矩形管内部不需加筋板即可满足局部稳定性的要求。其中，高度h=300mm，宽度b=200mm，壁厚δ=10mm。
4、成本分析
成本是影响企业效益的重要因素。以上述电动单梁起重机LDO10t-15.9m为例，表1列出了其端梁采用不同结构形式的重量。由此可见，对于同一起重量同一跨度的电动单梁起重机端梁，因减少了筋板和局部加强板，矩形管端梁所使用钢材的重量最小；结合施工成本的减少，矩形管端梁的经济效益具有明显优势。
5、结论
①综合受力分析、制作工艺及企业效益，矩形管端梁具有实用价值。
②矩形管端梁因制作工艺及企业效益的需要，与主梁连接位置不加筋板时其材质应采用Q345-B。
③对于大吨位或大跨度的起重机，矩形管形式的端梁局部应力会明显加大，通过增大矩形管规格或增大壁厚可适当减小该应力，但由于市场上现有矩形管规格的限制，起重机端梁的矩形管形式仍不能完全取代传统的焊接形式；而对于适合使用矩形管的端梁，宜批量生产，实现企业效益最大化。
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