葫芦起重机主梁拼接方式研究

胡东明（江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院 无锡 214174）

葫芦起重机主梁拼接方式研究

胡东明
（江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院 无锡 214174）

摘 要：针对葫芦起重机主梁常见拼接方式进行了分析，比较三种方式的制造工艺，得出其适用场所要求。以16t葫芦起重机为例，借助有限元分析软件分别对三种连接方式建模，然后进行受力分析。通过比较主梁应力云图，得出最大受力位置，了解哪种连接方式最有利，为生产工作提供了数据参考。

关键词：葫芦起重机 主梁拼接 有限元分析

在吊装行业，电动葫芦应用广泛，起重量不在限于小吨位，正逐渐提高。本文主要研究电动单梁起重机和葫芦门式起重机广泛采用的一种主梁形式，如图1所示。由于作业程度的提高，要求起重机具有大跨度作业的能力，特别是用于港口码头的门式起重机，这就要求起重机主梁有足够的长度。但是，生产车间与运输能力的限制，大跨度的主梁不可能做成一整根，必须采用拼接的方式，等运输到现场再进行安装连接起来。一般跨度大于22m时要求分段，接头应设在受力较小、主梁分段又不太长的位置。拼接方式有很多种，根据用户要求不同，应选用不同的连接方法。有些拼接方式虽然方便了用户，但是可能造成应力集中，抗疲劳能力下降，影响起重机的使用性能。本文选择最常见的三种连接方式进行比较，借助于有限元分析软件，探讨其应力变化，为生产者和使用者提供参考数据。

图1　葫芦起重机主梁

1　连接方式介绍

1.1现场焊接连接

很多起重量较大的桥式起重机，由于只用于固定车间，当跨度较大时，多采用焊接连接分段主梁。根据工艺经验，分段位置不应在跨中位置，而且盖板与腹板连接焊缝不能在一个截面上，避免产生的热影响区域比较集中，使得危险截面应力过大。一般工艺要求，腹板与盖板、腹板与腹板相邻对接焊缝的间距应大于200mm。采用此连接方法时，企业通常在车间将整根主梁制作完成，然后选择合适位置，将主梁分割成两段，分别运输到使用场地，再进行拼装；分割的位置也应避开跨中截面，主梁焊接布置如图2所示。

图2　主梁焊缝连接

1.2内外贴板加螺栓连接

这种设计方法多见于早期的起重机，内外贴板后，再用高强度螺栓连接。图纸设计时，往往将分段处设在跨中，且主梁的分段对接口在同一截面上。由于内外贴板与高强度螺栓都比母材强度大，这种连接能够保证主梁满足强度要求。而且拆装方便，有利于更换使用位置，不会造成对起重机使用性能的改变。为了便于高强度螺栓的拆装，主梁制作时，需要在贴板两侧开圆孔，拼装结束后，再将圆孔用钢板封住。随着社会发展，用户更注重节约成本，而且制度监管下，移装变得很繁琐，所以渐渐放弃了这种连接方式，如图3所示。

图3　主梁贴板连接

1.3法兰连接

采用箱型梁带工字钢形式的起重机主梁，当跨度较大时，用户往往要求通过法兰连接。法兰用高强度螺栓连接，而工字钢一般采用焊接形式。这就造成同一截面采用了两种连接方式，使得应力集中增强。虽然螺栓容易拆装，但是工字钢连接焊缝，最多允许割开再焊接两次，将会造成主梁连接尺寸改变，给用户造成更大的麻烦，如图4所示。

图4　主梁法兰连接

2　主梁有限元分析比较

本文以16t葫芦起重机为例，跨度为22m，主梁高度1.4m。计算工况为起重机起吊过程，带有一定的起升冲击力，不考虑水平力影响。由于手工计算不能精确考虑到焊缝、螺栓连接处等集中应力的影响，所以选择有限元方法分析。采用Workbench软件进行实体建模，对焊缝和螺栓进行了简化处理，把螺纹连接改为螺柱接触连接，去掉影响网格划分的锐角，大隔板和加筋条做了局部处理。加载时，在工字钢下翼缘板上添加了四个很小的圆面，模拟电动葫芦的四个轮子压力位置。为了确定合理的接头位置，主梁分段选择在跨中和1/4跨度处进行比较分析，得出应力值，比较各种连接方式的合理性。

2.1分段位置在跨中

吊重载荷施加在跨中位置，三种连接方式均受到集中应力影响，应力云图如图5、图6、图7所示。

图5　焊接头在跨中时应力云图

图6　贴板连接在跨中时应力云图

图7　法兰连接在跨中时应力云图

计算结果表明，焊接时应力最小，数值为82.992 MPa；用贴板连接时应力最大，数值为100.76MPa；法兰连接时应力居中，数值为94.269MPa。

2.2分段位置在1/4跨处

为了有可比性，依然将吊重载荷施加在跨中，应力云图如图8、图9、图10所示。

图8　焊接头在1/4跨时应力云图

图9　贴板连接在1/4跨时应力云图

图10　法兰连接在1/4跨时应力云图

计算结果显示，虽然接头在1/4跨处，贴板连接时依然应力最大，法兰连接次之，焊缝接头应力最小。

综合以上分析，当分段接头在跨中时比在1/4跨处的，应力水平要高。所以在确定主梁分段位置时，尽量偏离跨中，而靠近1/4跨处，同时也要考虑两段主梁尺寸差距不能太大，以便于运输。

3　结论

采用哪种方式对分段主梁进行连接，制造企业都会综合考虑用户需求、工艺流程、安装成本这些因素。现场焊接受力最合理，很多大跨度的起重机越来越多的采用这种方式，但是要做好拼接工艺，否则会引起整个主梁的变形，如果再进行烘烤，就又产生了很大的集中应力。用户若考虑后期使用过程中会移装到其它地方，采用法兰连接比较方便，应力值即便增加一些，但还有很大安全余量。

参考文献

［1］张质文，王金诺，程文明，等.起重机设计手册［M］.北京：中国铁道出版社，2013.

［2］宫本智.葫芦式起重机［M］.天津：天津科学技术出版社，2009.

［3］GB 50205—2001 钢结构结构施工质量验收规范［S］.

［4］黄志新，刘成柱.ANSYS Workbench 14.0 超级学习手册［M］.北京：人民邮电出版社，2013.

［5］王伟雄，王新华，刘金，等.有限元技术在结构强度、稳定性和疲劳分析中的应用［J］.中国特种设备安全，2013，29（02）：1-3.

［6］张凯，王健，毕晓恒.基于ANSYS的桥机金属结构校核［J］.中国特种设备安全，2014，30（04）：10-12.

中图分类号：X941

文献标识码：B

文章编号：1673-257X（2016）02-0041-03

DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2016.02.010

作者简介：胡东明（1983～），男，硕士，工程师，主要从事工程机械的智能设计平台研究工作。

收稿日期：（2015-07-31）

Research on Splicing of Hoist Crane Beam

Hu Dongming
（Jiangsu Institute of Special Equipment Safety Supervision and Inspection，Wuxi Branch Wuxi 214174）

AbstractThis paper analyzes three common splicing manners of hoist crane beam，each is suitable for different using condition. Taking 16t hoist crane as example，this paper builds simulation model with ANSYS，and computes stress. By comparing stress diagram，finding the largest stress point and optimum splicing，data reference for crane manufacture is finally provided.

keywordsHoist crane Splicing of beam ANSYS