CN106516975A - 一种新型桥式起重机主梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开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。
Description
技术领域
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。
发明内容
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。
Claims (5)
1.一种新型桥式起重机主梁,包括上翼缘板(5),下翼缘板(6),腹板(11),小腹板(12),其特征在于:第一桁架杆(8)通过第三节点板(16)与小腹板(12)焊接相连,第一桁架杆(8)与第三桁架杆(17)通过第一节点板(7)共同连接于下翼缘板(6),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)焊接相连,在腹板(11)外侧间隔一定距离布置第二横向筋板(14),在腹板(11)内侧布置第一纵向角钢(4),上翼缘板(5)和下翼缘板(6)截面中央位置分别布置第二纵向角钢(9)、第三纵向角钢(10),小腹板(12)外侧同样焊接第一横向筋板(2)和纵向筋板(18)。
2.根据权利要求1所述的一种新型桥式起重机主梁,其特征在于:所述的第一桁架杆(8)、第三桁架杆(17)采用折线形桁架结构。
3.根据权利要求2所述的一种新型桥式起重机主梁,其特征在于:所述第一桁架杆(8)、第三桁架杆(17)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。
4.根据权利要求1所述的一种新型桥式起重机主梁,其特征在于:所述第二桁架杆(13)斜置在主梁空间内,连接上翼缘板(5)、腹板(11)和下翼缘板(6)。
5.根据权利要求4所述的一种新型桥式起重机主梁,其特征在于:所述第二桁架杆(13)长度由第三桁架杆(17)长度、腹板(11)和小腹板(12)间距确定,三者满足勾股定理。
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