桥式起重机结构可靠性优化设计探讨

秦江朝

摘要：近些年我国的发展速度非常快，科学技术也有了很大的进步。尤其是在工业方面，取得了令人瞩目的成绩。基于机械一体化技术快速发展，桥式起重机结构可靠性设计优化需走向数字化，大大减小人工调控设备的难度。起重机的固有可靠性水平是在设计阶段决定的，设计阶段是决定其是否安全的第一步，也是最重要的一步。如果设计的起重机结构可靠性水平不高，无论后天的管理、维修、保养水平多高，产品还是不安全的。

关键词：桥式起重机；结构；可靠性；优化

桥式起重机是一种常用的特种设备，出现故障的情况特比较多，需要没有足够重视就有很大的可能会发生安全事故，这就需要在设计阶段考虑可靠性要求。结构的质量约占整台起重机质量的60%-80%，实现轻量化设计具有突出意义。现阶段，设计人员一般采用手工试凑法，做起重机金属结构设计时出于安全考虑，在校核强度、刚度和稳定性时一般会留有一定的设计裕度，而常规的优化设计为追求结构轻量化往往把强度、刚度和稳定性等许用值用到极限，这样做不能确保结构是否安全，其最优设计方案一般不会被起重机企业所采纳。

一、桥式起重机

桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。“机械化”是设备操作发展趋势，按照数字系统布局方式进行调度控制，实现了现场操作作业流程一体化，推动了起重机开发与利用的最优化。结合数字系统对起重机操作提供科学指导，提出切实可行的设备操作体系。体现了数字工程技术应用特点，实现了操作模式及改造的一体化建设。

二、桥式起重机结构优化设计

（一）科技化

机械化起重机操作体系中，要充分利用数字技术指导起重机建设，帮助企业构建更具创新性的开发模式，减少各类起重机的浪费率。对于不同操作模式中，要更好地利用起重机结构布局平台，建立具有区域特色的操作操作方式。只有结合不同类型的结构层次，才能选择相对应的数据库系统，才能更好地利用机械化操控体系。

（二）功能化

数字操作运行功能实现升级改造，职能上，数字平台协同施工系统实现综合化调度，为区域施工与分析提供指导依据；功能上，利用数字系统进行规划改造，从事了更加多样式的起重机结构体系，保证数字系统运行与设备操作的最优化。数字系统为设备结构服务提供各项操作服务，如：硬件设定、数据校准、数据采集等，这些都是操作单位测量中不可缺少的功能模块，可在短时间内完成多种数据处理任务。

（三）最优化

为了更好地参与桥梁工程建设，必须拓展操作单位在设备结构服务方面的创新改革，以新技术为中心指导实地操作方案。我国起重机储存量丰富，起重机开发与利用建设关系着区域发展水平，如何科学利用设备操作技术是极为关键的。数字技术是现代施工业的先进技术，设备操作是为了更好地开发起重机，构建具有机械化特点的施工作业模式，帮助企业构建科学的发展机制，从而提高了起重机结构布局与发展模式。

三、桥式起重机结构优化设计方法

（一）转动结构设计

小车的转动方式根据减速机的安装位置不同分为两种：（1）安装在小车主动轮中间，让小车减速机输出轴及两侧转动轴所承受的扭矩比较均匀；（2）减速机安装在小车主动轮的一侧，该种转动方式安装、维修、保养等较为方便，但是会出现小车车体扭摆不平稳的情况。

（二）主梁结构设计

当前，桥梁工程操作行业快速发展，取决于各地区桥梁桥梁勘查的可持续战略，这是对操作行业服务模式提出的全新要求。主梁结构设计由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。

（1）箱形结构

我国要从设备、技术、人员等方面进行机械化转型，增强自主创新及研发能力，从多个角度研究起重机利用模式，为起重机开发做好充分的准备工作。箱形结构设计中，正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。

（2）四桁架式结构

大型桥梁工程建设中，要结合桥式起重机进行机械化操作，一方面资金需求非常大，另一方面维护成本也非常高，国内企业现阶段还没有能力完成这一工作。此结构由4片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。

（3）空腹桁架结构

类似偏轨箱形主梁，由4片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余3片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。

（三）驱动结构设计

设定应用系统要结合结构布局特点，从多个角度采取针对性的调度体系，进而实现起重机开发与利用机制，形成更加稳定的起重机构架体系，消除设备操作中遇到的各种问题。却动结构设计集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；分别驱动，即两边的主动车轮各用一台电动机驱动；“三合一”驱动方式，即制动器、减速器和电动机组合成一体的驱动方式。

（四）运作结构设计

现场调度具有科技性特点，结合现场结构布局特色及应用模式，构建符合现代科技起重机利用体制的发展模式，这些都是加快机械化工程转型的关键。普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重机运行机构一般只用4个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。

四、结束语

总而言之，对桥梁工程来说，桥式起重机具有非常重要的作用，直接关系到整体工程的质量安全。为了实现起重设备改良设计目标，要从转动结构、主梁结构、驱动结构、运作结构等方面展开优化设计，提高起重机设备运行的综合效能。将数字控制系统设置于设备平台，提高了整个起重机械的调控速率，为现场施工提供了良好的机械平台。

参考文献：

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