橋式起重機主梁的優化設計與可靠性

陳浩

摘要：起重機是工業生產過程中重要的傳輸設備，以此來取代人工，逐漸在現代工業生產過程中得到了廣泛應用。較為普遍的橋式起重機可以減少繁重的體力勞動，節省大量的人力成本，提高生產工作效率，具有明顯的現實意義。本文對橋式起重機主梁進行了優化設計與可靠性分析，從而滿足工業生產的要求，確保機器的高效運轉。

關鍵詞：橋式起重機；主梁；優化設計；可靠性

起重機是工業生產過程中重要的傳輸設備。以前，工業生產的過程基本上都依靠工人的手工作業來完成。而如今，隨著科技的迅猛發展，機器取代了大多數人工操作過程，成為了不可或缺的工業生產設備。起重機的大規模使用，減少了繁重的體力勞動，節省了大量的人力成本，提高了工作效率，與此同時，還提高了工業生產過程中的安全性。就目前而言，工業上使用范圍較廣的起重機是橋式起重機，如圖1所示。

橋式起重機并不屬于標準化設計化的產品，因此，為了滿足工業生產的要求，我們需要對橋式起重機的結構進行優化設計，一般來說，這類大跨度起重機主要應用箱梁結構，因為箱梁結構起重機的工藝流程簡潔、機器結構組裝容易，并具有良好的適用性，優異的抗扭轉剛度等特點，但是由于其主梁容易下饒，導致橋式起重機的使用壽命大大降低。因此，本文對橋式起重機主梁進行了優化設計與可靠性分析，從而滿足工業生產的要求，確保機器的高效運轉。

一、橋式起重機主梁的優化設計

傳統的橋式起重機主梁的優化設計主要通過人工利用圖紙進行載荷、慣性矩等重要參數的計算來完成。在計算過程中，由于計算復雜度較高且繁瑣，非常容易產生錯誤，造成設計效率低下。隨著計算機產業的高速發展，運用計算機來開發橋式起重機的設計軟件，從而對橋式起重機的主梁進行優化設計成為了重要的手段。這樣既可以提高設計優化過程的工作效率，還能夠保證計算過程的準確程度，進而提高生產過程中的安全性。另外，對于所設計的橋式起重機的軟件是有一定的要求的：必須要具備可視化的功能，要在設計軟件上以圖形的方式顯示，這樣工程設計師能夠清晰地看到應力、變形等性能的隨時改變。長期習慣于圖紙計算的工程設計師，也可以通過可視化的功能，形成一種直觀的經驗，通過直觀經驗與可視化設計的計算結果相結合，才能使橋式起重機主梁的設計更完善。

除了可視化功能的設計之外，還要選擇合適的優化方法找到實際的理論計算中最佳的工程參數。其中，網絡法是一種特別好的優化方法。它是工業設備優化設計中最普遍、最容易的一種算法。對于網格法來說，在設計變量的可行域范圍內，它會對可行域范圍內任何一個點進行運算，通過運算結果之間相互對比，從而找到最佳的工程參數。但是這種對每一個點都進行優化的方法，需要較長的優化時間，而且會受到步長精度增加的影響，從而浪費大量的時間，這樣導致了優化設計的過程十分緩慢，設計工作效率不高。因此還需要進一步優化步長。

相比于網絡法，粒子群優化方法的速度和效率更高。由于工程設計師會在最少的時間內創造出許多的設計策略，因此優化方法的速度對于橋式起重機主梁的設計是非常關鍵的。粒子群優化方法是一種以智能群的隨機優化為基礎的算法，它可以把每一個個體當作搜索區域內一個無質量、無體積按一定的速率運行的粒子，并且任何一個粒子都具有單獨的位置、適應值和速率，在粒子群方法優化的過程中，上述粒子們可以完成信息的分享，還可以不間斷地更迭自身的運動速率、位置，對于上述粒子們的適應值，能夠根據粒子所局域的最佳位置的適應值進行對比，并更迭出粒子自身的最佳位置。隨后，把粒子自身局域的最佳位置的適應值和全部粒子們的最佳位置的適應值實行對比，并更迭出全部粒子們的最佳位置，最后尋找到最好的優化策略。實際上，這種粒子群優化的方法具有運算原理淺顯、操作方便的特點，如果能夠把這種優化方法應用到設計橋式起重機的主梁中，不僅可以保證精確度，還能夠大大提高優化效率。

二、橋式起重機主梁的可靠性

隨著現代工業發展對技術水平的要求日益提高，橋式起重機在工業中的應用也越來越多，其作用也自然不可小覷。對此，現代工業對橋式起重機的作用和運用條件都作出了更高的要求，這也導致了在工業生產過程中橋式起重機發生事故的概率也大大增加了，造成的嚴重后果更是不可預估，所以對于橋式起重機的可靠性問題得到了工程設計師的廣泛關注。產品的可靠性主要取決于產品的設計，假如在產品設計過程中遺留了不可靠的因素，卻在產品成型后開始實施補救，這必將會產生遠遠高于產品設計成本好幾倍的代價來挽救。因此，對于橋式起重機主梁設計來說，我們務必要考慮以下兩個方面的內容：安全與經濟。也就是說，在用度允許的范圍內，盡一切可能避免產品破損事件的發生，從而制造出可靠性高的產品。現如今，高可靠性的產品主要通過以下幾方面的指標來評估，包括可靠性分析、失效性分析、可靠性分配、可靠性驗證等。

三、結束語

橋式起重機可以減少繁重的體力勞動，節省大量的人力成本，提高生產工作效率。就橋式起重機主梁的優化設計而言，一定要確保設計過程的精度，提高設計工作效率，保證產品的品質，降低生產成本。因此，我們必須要強化橋式起重機主梁的優化設計，善于運用計算機輔助軟件增加設計效率，并使其結構愈加合理化，提高產品的可靠性。

參考文獻

[1]杜習超，朱強，周高峰. 橋式起重機主梁的可靠性 優化設計研究[J]. 礦山機械，2017（10）.

（作者單位：江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院泰州分院）