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[摘 要]随着社会经济的快速发展，我国的交通工程建设得到了不断的发展和进步，为了满足交通运输的需要，目前在很多地方加强了桥梁工程建设。桥式起重机作为桥梁工程建设中的重要施工机械设备，在整个施工的过程中发挥着重要的作用。但是就目前来看，在施工的过程中存在着材料浪费严重和主梁结构设置不合理的地方。因此，要加强对桥式起重机主梁结构的分析，实现优化设计，加快促进我国桥梁工程建设事业的发展和进步。
[关键词]桥式起重机；主梁结构；优化设计
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0194-01
作为起重机中的一种形式，桥式起重机具有较高的通用化程度，而且跨度大，所以数量多、用途广，是一种非标设计产品。由于桥式起重机的跨度比较大，一般多是使用箱型梁的结构设计，这样就能够满足施工过程中扭转和弯曲的使用需求。因此，在进行主梁设计的时候，既要尽可能的减少设计生产成本，也要提高机器运转的安全性和可靠性。桥式起重机自身的重量比较大，因此要加强主梁结构设计的优化，这在实际的施工过程中具有重要的现实意义。本文主要是借助ANSYS系统软件来研究和分析桥式起重机的主梁结构，通过分析结构中的网格划分和载荷处理，通过优化设计方案，在实现桥式起重机设计和制造的优化，促进我国交通建筑事业的快速发展和进步。
一、主梁结构分析
（一）网格划分
当模型建立好之后，就需要对模型进行求解，这样就需要通过网格划分来实现。在一般的分析程序中可以自行的实现网格划分，设计者和使用者需要做的就会在程序中设置相关的命令和参数，这样就可以进行自由网格划分和映射网格划分。自由网格划分指的是所划分的边界区域形状是不规则的，这样一来网格中的排列所呈现出的也是不规则的，但是这样就降低了分析的准确度和精度。映射网格划分指的是在不规则的区域中映射出较为规则的形状，比如三棱柱、正方形等，这样网格的排列就呈现出一定的规则性，这就在一定程度上提高了分析的准确度和精度[1]。但是在区域划分的时候，由于需要根据拓扑条件来进行映射，不然就难以实现映射网格划分。在一般情况下，系统中对网格的生成采用的都是默认控制，这样有利于进行控制，在划分单元网格的时候，需要综合考虑计算容量、经济性和精度。为了真实准确的反应出求解区域，在进行单元划分的时候，越细致越好，这样就能够有效的提高计算的准确度和精度，但是与之增加的是内存使用量以及计算的费用和时间。因此在划分的时候，要加强对网格数量和单元数目的计算和确定[2]。
（二）载荷处理
在研究和分析的过程中，会将桥式起重机的主梁看作是简支梁，一般会将左端固定，而右端简支，并加强对最危险工况的考虑。在加载的时候，需要综合考虑动载系数、作业系数、风载、水平惯性力以及主梁的自身重量。载荷可以在几何模型的重要部分进行施加，或者是在模型的节点处施加。这两种情况都具有自身的优势和缺点。
在实体模型上施加的优势是：在加载拾取图形的时候，由于实体比较小，这样就能够提高施加的便捷程度。除此之外由于实体模型与有限元网格之间是相互独立的，这样就不需要再次进行重新加载；缺点是由于实体模型载荷不能显示出所有，就很难施加关键点上的载荷，这不利于单元命令的生成[3]。
在有限元模型上施加的优势是：由于可以直接在主节点上面施加载荷，这样在简化分析的时候一般不会出现差错和失误，可以有选择的进行节点简化；缺点是如果所划分的网格中出现了任何一个问题，网格单元就需要重新划分或者是替换部分网格，原先所有的分析数据都不能再次使用，如果节点比较多的话，就需要逐一的拾取节点载荷，增加了难度和复杂性[4]。
二、优化设计
（一）优化设计的概念
优化设计指的是在设计方案中最大限度的满足设计要求，在费用、应力、面积体积、重量等方面的所需支出比较少。这可以优化设计中的任何一个方面，比如材料特性、制造费用、支撑位置、形状、尺寸等[5]。
（二）优化方法
为了克服现有的导向轮不能实现轴向移动和需辅以压绳器装置的不足， 本实用新型提供一种新型静动态导向轮，该静动态导向轮既保留了传统导向轮的周向运动功能，又可实现滑轮的轴向平移，并省去了压绳器等装置。其具体的优化技术方案如下：
（1）本实用新型实施例提供了一种新型静动态导向轮，包括：滑轮支架、滑轮轴、滑轮、轴套、轴端挡板、螺栓垫圈组等部分；
（2）作为本设计的改进，结构上，包含支撑结构、减磨结构、限位结构、联接件、滑轮等主要结构，支撑机构为滑轮支架，滑轮轴两端与滑轮支架以轴孔配合，滑轮与轴套过渡配合，轴套与轮轴间隙配合，轴套与支架两侧挡板留有足够平移空间，轴端挡板与支架以联接件螺栓联接，并卡入滑轮轴凸出支架侧板的部分；
（3）作为本设计的改进，工作原理上，当绳索被缠绕到滚筒等结构上时，绳可沿导向轮装置的滑轮轮槽周向移动，由于绳沿滚筒绕转若干圈后必然有明显的轴向移动，为了消除轴向位移影响，使绳顺利绕进滚筒绳槽，该导向轮装置的滑轮可在绳沿轴向压力作用下作轴向平移；
（4）作为本设计的改进，考虑安全可靠性，设有减磨结构轴套，轴套的设计使平移摩擦力充分减小，该轴套亦有良好的替换性。限位结构为轴端挡板，防止轮轴意外脱出支撑孔；
（5）本实用新型实施例提供了一种新型静动态导向轮，其导向轮经轴套联接于轮轴之上，轮轴联接于支架之上，导向轮保留了转动与轴向平移两个自由度，使被导引绳体既可沿轮槽伸缩又能沿轮轴自由平移。该装置结构简单，安全可靠。
结语
本文主要是分析和研究桥式起重机的主梁结构，由于该结构比较复杂，而且运用的工况比较多，为了有效的增强其安全性和稳定性，采用了ANSYS系统软件来分析和研究主梁结构。通过分析和研究，实现优化设计，在满足了桥式起重机刚度和强度的基础要求的同时，减轻了主梁自身的重量，有效的减少了制造生产成本。
参考文献
[1] 秦东晨，齐玉红.基于ANSYS的30t桥式起重机主梁结构优化设计[J].矿山机械，2011，05：46-49.
[2] 焦洪宇，周奇才，李英，陈庆樟，许广举.桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究[J].机械工程学报，2015，23：168-174.
[3] 朱小龙，于兰峰，郭俊材，于翰翔.基于ANSYS和iSIGHT的桥式起重机主梁结构轻量化设计[J].矿山机械，2012，07：52-55.
[4] 黄荣星，王虎奇，罗锡荣.基于ANSYS的桥式起重机主梁有限元分析及结构改进[J].机械研究与应用，2012，06：52-54.
[5] 王虎奇，陆洋，黄荣星.桥式起重机主梁的结构优化[J].广西工学院学报，2013，03：43-48.
作者简介
高国亮，男，1985年出生，河南新乡人，助理工程师，毕业于淮阴工学院，现主要从事起重机设计研发工作。
刘鹏，男，1989年出生，山东日照人，助理工程师，毕业于山东大学机械工程学院，现主要从事起重机设计研发工作。
陈乐，男，1987年出生，山东菏泽人，助理工程师，毕业于山东大学机械工程学院，现主要从事起重机设计研发工作。
[关键词]桥式起重机；主梁结构；优化设计
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0194-01
作为起重机中的一种形式，桥式起重机具有较高的通用化程度，而且跨度大，所以数量多、用途广，是一种非标设计产品。由于桥式起重机的跨度比较大，一般多是使用箱型梁的结构设计，这样就能够满足施工过程中扭转和弯曲的使用需求。因此，在进行主梁设计的时候，既要尽可能的减少设计生产成本，也要提高机器运转的安全性和可靠性。桥式起重机自身的重量比较大，因此要加强主梁结构设计的优化，这在实际的施工过程中具有重要的现实意义。本文主要是借助ANSYS系统软件来研究和分析桥式起重机的主梁结构，通过分析结构中的网格划分和载荷处理，通过优化设计方案，在实现桥式起重机设计和制造的优化，促进我国交通建筑事业的快速发展和进步。
一、主梁结构分析
（一）网格划分
当模型建立好之后，就需要对模型进行求解，这样就需要通过网格划分来实现。在一般的分析程序中可以自行的实现网格划分，设计者和使用者需要做的就会在程序中设置相关的命令和参数，这样就可以进行自由网格划分和映射网格划分。自由网格划分指的是所划分的边界区域形状是不规则的，这样一来网格中的排列所呈现出的也是不规则的，但是这样就降低了分析的准确度和精度。映射网格划分指的是在不规则的区域中映射出较为规则的形状，比如三棱柱、正方形等，这样网格的排列就呈现出一定的规则性，这就在一定程度上提高了分析的准确度和精度[1]。但是在区域划分的时候，由于需要根据拓扑条件来进行映射，不然就难以实现映射网格划分。在一般情况下，系统中对网格的生成采用的都是默认控制，这样有利于进行控制，在划分单元网格的时候，需要综合考虑计算容量、经济性和精度。为了真实准确的反应出求解区域，在进行单元划分的时候，越细致越好，这样就能够有效的提高计算的准确度和精度，但是与之增加的是内存使用量以及计算的费用和时间。因此在划分的时候，要加强对网格数量和单元数目的计算和确定[2]。
（二）载荷处理
在研究和分析的过程中，会将桥式起重机的主梁看作是简支梁，一般会将左端固定，而右端简支，并加强对最危险工况的考虑。在加载的时候，需要综合考虑动载系数、作业系数、风载、水平惯性力以及主梁的自身重量。载荷可以在几何模型的重要部分进行施加，或者是在模型的节点处施加。这两种情况都具有自身的优势和缺点。
在实体模型上施加的优势是：在加载拾取图形的时候，由于实体比较小，这样就能够提高施加的便捷程度。除此之外由于实体模型与有限元网格之间是相互独立的，这样就不需要再次进行重新加载；缺点是由于实体模型载荷不能显示出所有，就很难施加关键点上的载荷，这不利于单元命令的生成[3]。
在有限元模型上施加的优势是：由于可以直接在主节点上面施加载荷，这样在简化分析的时候一般不会出现差错和失误，可以有选择的进行节点简化；缺点是如果所划分的网格中出现了任何一个问题，网格单元就需要重新划分或者是替换部分网格，原先所有的分析数据都不能再次使用，如果节点比较多的话，就需要逐一的拾取节点载荷，增加了难度和复杂性[4]。
二、优化设计
（一）优化设计的概念
优化设计指的是在设计方案中最大限度的满足设计要求，在费用、应力、面积体积、重量等方面的所需支出比较少。这可以优化设计中的任何一个方面，比如材料特性、制造费用、支撑位置、形状、尺寸等[5]。
（二）优化方法
为了克服现有的导向轮不能实现轴向移动和需辅以压绳器装置的不足， 本实用新型提供一种新型静动态导向轮，该静动态导向轮既保留了传统导向轮的周向运动功能，又可实现滑轮的轴向平移，并省去了压绳器等装置。其具体的优化技术方案如下：
（1）本实用新型实施例提供了一种新型静动态导向轮，包括：滑轮支架、滑轮轴、滑轮、轴套、轴端挡板、螺栓垫圈组等部分；
（2）作为本设计的改进，结构上，包含支撑结构、减磨结构、限位结构、联接件、滑轮等主要结构，支撑机构为滑轮支架，滑轮轴两端与滑轮支架以轴孔配合，滑轮与轴套过渡配合，轴套与轮轴间隙配合，轴套与支架两侧挡板留有足够平移空间，轴端挡板与支架以联接件螺栓联接，并卡入滑轮轴凸出支架侧板的部分；
（3）作为本设计的改进，工作原理上，当绳索被缠绕到滚筒等结构上时，绳可沿导向轮装置的滑轮轮槽周向移动，由于绳沿滚筒绕转若干圈后必然有明显的轴向移动，为了消除轴向位移影响，使绳顺利绕进滚筒绳槽，该导向轮装置的滑轮可在绳沿轴向压力作用下作轴向平移；
（4）作为本设计的改进，考虑安全可靠性，设有减磨结构轴套，轴套的设计使平移摩擦力充分减小，该轴套亦有良好的替换性。限位结构为轴端挡板，防止轮轴意外脱出支撑孔；
（5）本实用新型实施例提供了一种新型静动态导向轮，其导向轮经轴套联接于轮轴之上，轮轴联接于支架之上，导向轮保留了转动与轴向平移两个自由度，使被导引绳体既可沿轮槽伸缩又能沿轮轴自由平移。该装置结构简单，安全可靠。
结语
本文主要是分析和研究桥式起重机的主梁结构，由于该结构比较复杂，而且运用的工况比较多，为了有效的增强其安全性和稳定性，采用了ANSYS系统软件来分析和研究主梁结构。通过分析和研究，实现优化设计，在满足了桥式起重机刚度和强度的基础要求的同时，减轻了主梁自身的重量，有效的减少了制造生产成本。
参考文献
[1] 秦东晨，齐玉红.基于ANSYS的30t桥式起重机主梁结构优化设计[J].矿山机械，2011，05：46-49.
[2] 焦洪宇，周奇才，李英，陈庆樟，许广举.桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究[J].机械工程学报，2015，23：168-174.
[3] 朱小龙，于兰峰，郭俊材，于翰翔.基于ANSYS和iSIGHT的桥式起重机主梁结构轻量化设计[J].矿山机械，2012，07：52-55.
[4] 黄荣星，王虎奇，罗锡荣.基于ANSYS的桥式起重机主梁有限元分析及结构改进[J].机械研究与应用，2012，06：52-54.
[5] 王虎奇，陆洋，黄荣星.桥式起重机主梁的结构优化[J].广西工学院学报，2013，03：43-48.
作者简介
高国亮，男，1985年出生，河南新乡人，助理工程师，毕业于淮阴工学院，现主要从事起重机设计研发工作。
刘鹏，男，1989年出生，山东日照人，助理工程师，毕业于山东大学机械工程学院，现主要从事起重机设计研发工作。
陈乐，男，1987年出生，山东菏泽人，助理工程师，毕业于山东大学机械工程学院，现主要从事起重机设计研发工作。