门式起重机结构优化设计分析

门式起重机结构优化设计分析

靳朋伟  陈伟恒

河南东起机械有限公司 河南省长垣市 453400

摘要：随着我国经济的快速发展，对于港口以及大型工厂建设的需求也在不断增加，门式起重机作为港口以及大型工厂建设项目中应用最广泛的机械设备之一，其结构设计是否合理对于整个工程质量有着非常重要的影响。基于此，本文主要对门式起重机结构优化设计展开分析，希望能给起重机行业带来参考价值。

关键词：门式起重机；结构；设计

1、引言

近年来，随着我国经济的飞速发展，尤其是在我国沿海地区，港口以及大型工程项目的建设需要越来越多的港口机械设备，作为港口机械设备中最重要的组成部分，门式起重机的使用情况也越来越广泛。作为一种比较常见的门式起重机，在港口工程以及大型工厂建设中都得到了广泛应用。为了保证港口工程和大型工厂建设项目的顺利进行，必须要对大型港口工程和大型工厂建设项目中所使用到的起重机进行严格要求和管理。随着门式起重机技术的不断发展和进步，我国在门式起重机设计方面也取得了一定成就，为保证门式起重机结构设计更加科学、合理、高效，有必要对其进行优化设计。

2、门式起重机结构优化设计的意义

随着经济的不断发展，对于门式起重机的需求也在不断的提升，传统的门式起重机由于自身结构和材料等因素，已经不能满足现在人们的需求。因此在进行门式起重机结构优化设计时，需要充分考虑到经济因素和市场需求等因素，合理地选择门式起重机的结构和材料。在进行门式起重机结构优化设计时，还需要充分考虑到各个部件之间的关系，只有这样才能实现对门式起重机整体质量以及成本的有效控制。由于门式起重机是一种具有一定危险性的机械设备，所以在进行门式起重机结构优化设计时，需要充分考虑到门式起重机在使用过程中可能出现的危险情况和出现意外事故时可能造成的危害。所以在进行门式起重机结构优化设计时，还需要充分考虑到门式起重机的各个部件之间的关系，只有这样才能保证门式起重机在使用过程中具有良好的安全性和稳定性，从而提高门式起重机的整体质量。

3、门式起重机结构优化设计的原则

（1）门式起重机的结构优化设计，必须要以门式起重机的使用环境为基础，根据使用环境来选择合适的设计方案。

（2）门式起重机结构优化设计必须要以符合结构力学特性为基础，同时兼顾其使用性能。

（3）门式起重机的结构优化设计必须要以合理利用空间为基础，要对门式起重机的使用功能进行充分利用，避免在设计过程中出现浪费的现象。

（4）门式起重机结构优化设计必须要以减少材料用量为基础，避免在设计过程中出现大量的浪费材料现象。

（5）门式起重机结构优化设计必须要以结构强度与稳定性为基础，同时还要兼顾其使用性能，避免在优化过程中出现安全隐患。

4、探讨门式起重机结构优化设计

门式起重机指的是应用于工业生产运行环节的起重设备。早期门式起重机应用中，结构较为简单，且具有量大、可靠等特点。后来，在长期发展中，为应对日益繁忙的工业生产运行环节，门式起重机的使用频率开始加大，对门式起重机的安全性、经济性、耐久性等提出了较高的要求。传统门式起重机结构设计中，多采取常规设计方法，导致门式起重机构件合理性较差，设备整体性能不理想等问题。之后，设计人员对门式起重机各个受力构件的应力进行了分析，最终总结出整机性能、几何约束条件等指标，使门式起重机更具实用性和通用性。并在之后，逐渐发展为一套相对完善的门式起重机结构设计理论，对实现门式起重机结构设计优化，具有重要意义。

4.1 采用有限元分析，实现结构最优化

在门式起重机结构优化设计中，可采用有限元分析方法，获得结构设计最优解。在对主结构进行设计时，重点关注如何减轻自身重量，实现设计轻量化。技术人员可采用Midas/civil有限元分析方法，对包括强度、刚度在内的各项数值进行校核。有限元分析方法在实际应用中，具有显著优势，可满足门式起重机结构强度、环刚度需求。设计中可对结构截面尺寸、主梁进行减小，从而达到更理想焊接质量，并减少局部承受的应力。之后，再对主梁进行设计时，技术人员可以选择使用T型钢结构。T型钢结构能够更好地控制焊接变形问题，达到优质设计效果。在实际应用中，门式起重机结构优化设计的优化目标是满足质量要求，且具有较好的安全性。而在门式起重机结构优化设计中，需要充分考虑制造工艺、成本控制等因素，进而设计出质量优良、结构合理的门式起重机。

4.2 基本方法

常见门式起重机结构设计方法主要包括以下三种：第一，简单解法。简单解法又可以细分为解析法和图解法。在简单解法应用的过程中，形成设计空间中目标函数和可行域空间定值面。之后，在可行域内部以位置为搜索目标，判断不同位置目标函数数值，以选取最小值为结果；第二，准则法。准则法的理论基础建立在力学和工程学方面。准则法应用中，先要判断需求准则，对符合准则的条件予以收集，然后计算最优解，可采用迭代方法。实践表明，准则法应用中可具有更理想收敛速度。之后，对准则法应用进行进一步分析，重点关注迭代的次数和变量数目，结果反馈二者之间未表现出必然关系。目前，准则法在结构布局和几何形状等方面都有着较好地应用；第三，数学规划法。应用中，主要采取数学规划方法对复杂结构问题进行求解。实践中，常见于具有约束的非线性规划。有约束非线性规范对比常规线性规划，问题类型更加复杂，求解难度更大。

4.3 基本步骤

对门式起重机结构进行优化设计，需要将结构问题转化为数学规划问题，在完成转化后，建立对应数学模型。之后，技术人员根据数学模型结合优化需求，可选择与之对应的优化算法。然后，在优化算法作用下进行计算机语言编写，建立迭代程序。在迭代程序中首先进行迭代计算，结合计算结果择优选择优化方案。之后，对优化方案内容进行检验，从检验结构判断优化成效，当不能够满足优化需求时，对方案进行调整。期间，技术人员可以对优化设计问题进行转化，将优化设计问题变为数学抽象问题，可以得出数学模型。数学模型组成包括目标函数、设计变量和约束条件三个方面。最后，对工作原理进行分析，首先要确定约束条件，在符合约束条件的基础上，构建数学模型，进行设计变量求解，然后获取目标函数最优值。目前，在计算机技术发展中，显著提高了以上作业的效率。因此数学模型设计中，可结合计算机语言特点进行优化和完善，达到更理想效果。

5结束语

总而言之，目前，门式起重机使用的过程中，出现了很多的问题，使其功能受到限制，且在工作过程中存在安全隐患。为了解决这些问题，技术人员需要对门式起重机结构进行优化设计，通过优化设计使其功能得到提升，确保安全生产。本文主要对门式起重机结构优化设计进行了详细阐述，目的是通过优化设计，使门式起重机使用过程中的各项性能指标得到有效提升，并满足客户的使用需求。基于此，技术人员要认真分析门式起重机结构问题，对其进行优化设计。

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