门式起重机结构优化设计

黄海峰银川科安特起重机制造有限公司 宁夏 银川 750001

正文：

1 门式起重及结构问题

1.1 金属结构故障原因

起重机金属结构的主要就是承受起重机适应过程中的各种荷载，是起重机中最基本的一种构件。起重机金属结构一般都是采用钢材，为了确保金属结构使用过程中的稳定性，使金属结构的承载能力得到有效提高，避免因承载能力不足而出现变形问题，在对钢材进行选择的时候，应保证钢材的刚度、强度以及抗屈曲能力。一般来说，门式起重机中的金属结构的常见故障主要有以下几种：结构变形、主梁下挠、焊接部位出现开焊以及裂缝等。而导致这些金属结构故障的主要原因就是：（1）在对金属结构进行焊接的时候，没有根据金属材料来选择最合适的焊接技术，导致焊接质量不达标，焊接部位存在严重的气孔、裂纹以及没有充分溶合等问题。这些问题的存在，就给金属结构的整体稳定性带来了非常大的影响，在高负荷状态下，很容易导致焊接部位出现断裂问题，使金属结构的稳定性大幅下降。（2）长时间的超载操作，在使用过程中，没有严格按照起重机的荷载标准来进行重物的起吊，长时间的超负荷使用，从而导致起重机金属结构出现严重的故障问题，使起重机无法保持良好的运行状态。

1.2 起升机构故障原因

1.2.1制动装置引发的故障

在整个门式起重机结构中，制动装置是至关重要的一部分，它是保证起重机运行安全的一个重要部件，每一个门式起重机中都会安装制动装置。制动装置中常见的故障问题主要有：制动器打不开、制动力矩太大、制动过程中散发出严重的焦味以及制动器失灵等。导致这些故障问题发生的主要原因就是：（1）制动轮存在故障。在运行过程中，制动轮与减速器不协调，制动轮表面存在大量的油污。（2）制动瓦衬存在故障。制动瓦衬与制动轮之间的间隙大小不均匀，有的地方间隙小有的地方间隙大，在制动过程中，瓦衬很容易出现严重的磨损问题，磨损过程中还会散发出浓烈的焦味与烟雾。（3）主弹簧存在故障。在起重机结构设计中，没有对主弹簧的型号进行合理的选择，导致弹簧张力过大或过小，或者主弹簧经过长时间的使用后出现严重的磨损老化，这些都会给制动器的制动性能带来一定的影响，进而导致制动器失灵问题的发生。

1.2.2减速器引发的故障

在门式起重机结构中，减速器也发挥着非常重要的作用，它可以匹配原动机与工作机构之间的转速以及传递转矩。减速器故障主要包括有：齿轮振动、齿轮运转时会发出噪音以及减速器漏油等。

1.3 运行机构故障原因

门式起重机的运行机构主要有以下几个部分组成：车轮、电动机、减速器、联轴器、传动轴以及制动器等，它的驱动方式主要有两种，一种是分别驱动，一种是集中驱动。门式起重机运行机构的主要故障就是啃轨。一旦发生啃轨问题，那么起重机运行机构的运行阻力就会大幅增加，车轮在运行过程中也非常容易出现磨损，长时间在啃轨状态下运行，还可能会导致脱轨事故的发生，严重威胁起重机的使用安全。导致啃轨问题出现的原因有很多，其中主要包括有：（1）轨道表面存在大量的杂物，比如油污、积雪以及冰层等，如果没有对轨道表面进行及时清理，那么将会大大增加啃轨问题的发生概率。（2）金属结构存在严重的变形，门式起重机一般都是直接暴露在外界的，长期经受日晒雨淋的侵蚀，长期如此，起重机金属结构很容易出现严重的腐蚀变形问题，从而导致啃轨问题的发生。（3）大小车的车轮安装精度不高，在实际运行的时候，会受到磨损影响，进而引发啃轨问题。（4）两个主车轮的行驶速度存在偏差，车体在行走过程中出现倾斜并引发啃轨问题。

2 门式起重机结构优化设计的基本方法与步骤

2.1 基本方法

(1)简单解法。该方法可以分为两种，一种是图解法，一种是解析法，前者是指在设计空间中做出可行域与目标函数的等值面，通过在可行域中寻找能够让目标函数取得最小值的位置。

(2)准则法。该方法是将工程学与力学作为出发点的，在满足相关条件的情况下，采用迭代方法来对最优方案进行求解。该方法具有较快的收敛速度，迭代次数与变量数目之间没有必然的联系，主要用于结构布局及几何形状确定的情况。

(3)数学规划法。为了复杂的结构问题变得简单化，可以将该问题转化为数学规划问题，并采用数学规划计算方法来对问题进行求解。在对门式起重机进行优化设计的时候，可以采用非线性规范数学规划方法，相较于线性规划问题，非线性规划问题的复杂性更高，求解难度非常大。

2.2 基本步骤

(1)把门式起重机结构的优化问题转化为数学规划问题，并根据实际问题，建立起数学模型；（2）根据数学模型以及结构优化特点，来优化对计算方法进行合理的选择；（3）采用计算机设备来把优化计算方法编写成一个迭代程序；（4）充分利用计算机设备来对优化方法进行计算，选择出最合适的优化方法；（5）对优化方法进行反复检验，确保优化方法的合理性及可行性。

2.3 iSIGHT优化分析及方法

iSIGHT软件本身所具有的用户界面是非常强大的，用户在使用该软件的时候，能够将工作界面图形化，然后再对需要优化的产品进行优化设计。通过对该软件的应用，可以使设计内容更加充分的结合，从而保证优化方案设计的合理性及可行性。同时，在优化设计过程中，可以对设计过程进行实时监控，并根据监控结果来对优化方式进行适当的调整。iSIGHT软件中主要有以下几种优化方法：数值优化法、全局探索优化法、启发式优化法以及多目标多准则优化法。

3 结语

为了保证门式起重机在使用过程中能够保持安全、稳定的运行状态，必须要对门式起重机结构进行优化设计，并根据起重机结构的特点，来选择最合适的优化设计方法，从而保证优化设计质量。本文主要对门式起重机结构优化设计方法、步骤进行分析与探讨，对门式起重机结构的优化设计有着一定的借鉴意义。