一种新型桥式起重机主梁的制作方法

本发明涉及一种桥式起重机主梁，特别是一种具有钢板与桁架杆混合结构的轻量化主梁。

背景技术：

现在的通用桥式起重机主梁沿袭了前苏联20世纪中后期发明的箱型主梁，该主梁主要结构为：上翼缘板、下翼缘板、主腹板、副腹板、横向筋、纵向筋。该梁在设计时主要依靠经验设计，设计中采用的安全裕度过大，造成设计的主梁自重较大，制造和运行成本高，材料的性能没有充分利用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服传统主梁的起重量越大，主梁腹板越高、越厚，横截面处副腹板重量占比越大；跨度越大，主梁腹板长度越大，横截面处副腹板重量占比也越大的技术问题，提供一种新型桥式起重机主梁，由板件、桁架杆混合搭配组成的桥式起重机轻量化主梁结构形式，减轻桥式起重机主梁自重。

本发明提供了一种新型桥式起重机主梁，包括上翼缘板，下翼缘板，腹板，小腹板，其特征在于：第一桁架杆通过第三节点板与小腹板焊接相连，第一桁架杆与第三桁架杆通过第一节点板共同连接于下翼缘板，第二桁架杆通过第二节点板与腹板、下翼缘板、上翼缘板焊接相连，在腹板外侧间隔一定距离布置第二横向筋板，在腹板内侧布置第一纵向角钢，上翼缘板和下翼缘板截面中央位置分别布置第二纵向角钢、第三纵向角钢，小腹板外侧同样焊接第一横向筋板和纵向筋板。

优选的：所述的第一桁架杆、第三桁架杆采用折线形桁架结构。代替了桥式起重机传统主梁副腹板中间钢板。

优选的：所述第一桁架杆、第三桁架杆夹角为45度，节间数目对称于主梁中央，以桁架杆形心线作为轴线，杆件轴线汇集于节点中心。

优选的：所述第二桁架杆斜置在主梁空间内，连接上翼缘板、腹板和下翼缘板。

优选的：所述第二桁架杆长度由第三桁架杆长度、腹板和小腹板间距确定，三者满足勾股定理。

有益效果：本发明用桁架代替传统主梁横截面处的副腹板，所以桥式起重机起重量越大，跨度越大，新型主梁的减重效果越明显。

附图说明

图1是本发明中主梁正视图。

图2是本发明中主梁中间桁架杆布置图。

图3是本发明中主梁端部剖视图(图1中A-A向)。

图4是本发明中主梁斜桁架布置图(图1中B-B向)。

图5是本发明主腹板拓扑优化结果。

图6是本发明副腹板拓扑优化结果。

图7是本发明新型主梁有限元模型。

附图标识：1.端梁连接板、2.第一横向筋板、3.第二横向筋板、4.第一纵向角钢、5.上翼缘板、6.下翼缘板、7.第一节点板、8.第一桁架杆、9.第二纵向角钢、10.第三纵向角钢、11.腹板、12.小腹板、13.第二桁架杆、14.第二横向筋板、15.第二节点板、16.第三节点板、17.第三桁架杆、18.纵向筋板。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

一、优化结构

如图1、2、3、4所示，主梁中间第一桁架杆8通过第三节点板16与小腹板12相连，通过第一节点板7与下翼缘板6相连，保证了上翼缘板5受力能够传导到桁架杆与下翼缘板6。

第一桁架杆8与第三桁架杆17通过第一节点板7连接，防止了桁架杆、长板直接焊接产生的板件弯曲而造成的受力不均。

斜置的第二桁架杆13通过第二节点板15与腹板11、下翼缘板6、上翼缘板5相连，保证了新型主梁的上翼缘板的稳定性。

在腹板11外侧间隔一定距离焊接第二横向筋板14，在腹板11内侧焊接第三纵向角钢4，保证腹板11局部稳定性。在上翼缘板5和下翼缘板6截面中央位置分别焊接第二纵向角钢9、第三纵向角钢10，保证上、下翼缘板的稳定性。

在小腹板12外侧同样焊接第一横向筋板2和纵向筋板18，保证小腹板的稳定性。

二、优化结构分析

1主梁腹板拓扑优化

根据传统桥式起重机偏轨主梁腹板横截面建立有限元模型，并按照简支梁约束条件对主梁模型两端进行约束，按照偏轨主梁最危险工况——考虑运行冲击系数和起升动载系数，小车位于主梁跨中位置时对主梁进行加载。

采用变密度法对主梁主、副腹板进行拓扑优化，以主梁的柔度函数作为目标函数，以主梁主、副腹板体积为约束条件，选择省去体积的31％。主腹板拓扑优化结果如图5所示，副腹板拓扑优化结果如图6所示，标记为1的区域是应该保留的结构。从主、副腹板拓扑优化结果图中可以看出，当对主梁主、副腹板同时进行拓扑优化时，主梁主腹板仍保持板壳结构不变，副腹板则在省去材料后以交叉式结构为主。

2新型主梁结构设计

根据主、副腹板拓扑优化结果进行新型桥式起重机主梁设计。

主腹板仍保持板壳结构，副腹板采用交叉式的桁架结构，鉴于交叉式的桁架结构在焊接等工艺方面不如折线形桁架结构，在设计时用折线形桁架结构代替交叉式桁架结构，并在初步设计基础上对主梁进行尺寸优化，根据最终优化结果对主梁进行设计。

为了保证新型主梁腹板局部稳定性，在新型主梁腹板11外侧间隔一定距离设置第二横向筋板14，腹板内侧设置第一纵向角钢4；为了保证上翼缘板局部稳定性，增加第三纵向角钢10，并通过第二节点板15的焊接，将斜置的第二桁架13连接上翼缘板和腹板；为了保证下翼缘板局部稳定性，在下翼缘板中央焊接第二纵向角钢9。主梁端部采用板壳形式，如图3所示，由上翼缘板5，下翼缘板6，腹板11，小腹板12，第一纵向角钢4、第三纵向角钢10和纵向筋板18焊接组成，同时增加与端梁连接板1的厚度至24cm，以保证主梁、端梁连接可靠性。

根据设计的新型主梁图纸建立有限元模型，有限元模型如图7所示，按照简支梁进行约束，按照小车位于主梁跨中、左极限、右极限三种典型工况分别进行加载，有限元分析结果如表1所示，

表1有限元分析结果

根据有限元分析结果，该新型主梁在最危险的工况——小车位于跨中位置时的应力为194.595MPa，位移为16.278mm，根据《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)中的规定，Q345B材料的许用应力为227.7MPa，按照中等定位精度设计，垂直下挠22mm，该新型主梁均符合规定，同时屈曲系数最小为3.44，远大于理论值1，证明该形式桥式起重机主梁稳定可靠。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。