起重机械承力构件的应力分析

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啊薯冒霍盈圜龃 2013年第12卷第15期起重机械承力构件的应力分析口张国芹【内容摘要】起重机械的承力构件是起重机的核心部分，其承力能力关系着起重机械的工作状态和安全。本文以门式起重机为例，对其承力构件的危险截面进行了具体的分析 ，为研究人员对承力构件进行测试提供了理论支持，然后对承力构件应力分析的作用进行 了详细的探讨，为起重机械的安全正常使用提供 了有效的技术保障。

【关键词】门式起重机；承力构件；应力分析【作者单位】张国芹，天津重钢机械装备股份有限公司在现代企业生产中，起重机械是必不可少的关键机械设备，其应用十分广泛，而起重机金属承力结构是起重机的骨架，在使用过程中，金属承力结构的静载及动载的应力是起重机正常工作的重要指标。起重机械 中的金属承力结构的重量占整体总重量的一半左右，其成本占产品总成本的三分之一以上 ，是起重机械的重要组成部分 ，大多起重机都以金属承力结构的外形进行命名，如门架起重机、桥架起重机、塔架起重机等。起重机的金属承力结构的构件更换困难，保养不易，与电气部分相 比，金属承力结构往往是以整机寿命期计算的，而且金属承力结构检测检验不易，故障很难发现和判定。

一
、起重机的承力构件的应力分析(一)构件的应力分析。起重机的金属承力构件多是采用各种型钢焊接而成 ，其断面多是规整的各种型号工字钢、槽钢 、角钢以及其组合形成。各种类型杆件的断面在各种载荷作用下的应力分布具有一定的规律，根据这些规律可 以确定应力分析及测定的关键截面的位置，进而通过一些相对简单的方法测得其应力值，以门式起重机为例，对其金属承力结构的应力危险截面进行分析如下。

vA十Mv 十图 1 小车位于跨 中区的应力分布1．跨中下盖板位置。如图 1所示 ，在跨度中心线两侧的四分之一小车轴距的位置 ，当小车行走在跨度中部时，这个位置的弯矩将达到最大，又因为整个跨内梁的截面是一样的，从而导致这个位置的正应力也最大，主应力方向又和主梁方向是一致的，所以上盖板受挤压应力，下盖板拉伸应力。

Industrial＆ Science TribuneG图 2 小车位于悬臂端部的应 力分布2．悬臂梁根部位置。当载荷车前进到有效悬臂的极限位置时，悬臂根部就达到了弯矩的最大值，与此同时截面应力的最大值点也是载荷车的轨道附近，这个位置点受到了载荷车车轮通过此处的挤压应力和弯曲正应力的综合影响，另外在这个位置的剪应力也在此时达到了最大，再加上主应力的方向与主梁的方向是完全一致的，此时这个位置的上盖板受拉伸 ，下盖板受挤压，总应力达到了最大。

3．六分之一道至四分之一跨位置。在上盖板与主腹板的焊缝连接处是 出现最大应力幅值 (最大应力减去最小应力，拉伸取正值 ，挤压去负值)的位置，如图2所示，小车在处于有效悬臂位置时在跨度内引起的正弯矩所产生的应力减去小车在跨度中部引起的负弯矩所产生的最大位置的应力，在这个位置不仅有弯曲正应力，还存在车轮通过的挤压应力和剪应力。

4．支腿部位。起重机的支腿是在两个呈线性变化的变截面支架，一般下大上小，理论上在离支腿下端三分之二处的横截面受到的综合应力是最大的，在这个截面受到应力十分复杂，包括较大的各方面的变载荷压力和弯矩。支腿的这个截面承受的整个起重机的自身重力以及变载荷的总应力 ，其截面强度关系着整个起重机的承载能力和整体稳定性。

5．下横梁。下横梁是起重机的核心构件，承受着较大变化的载荷，其主应力包括弯曲应力以及在工作状态或非工作状态的拉、压应力，从而导致其主应力 的方 向不断变化。下横梁在支腿法兰座截面受到一定的压应力、剪应力以及弯曲应力，跨中截面受到拉应力、弯 曲应力以及扭曲产生的剪应力 ，其受力情况非常复杂。

(二)构件的应力测量探讨。在对起重机的承力构件的应力分析中，测量是必不可少，其原理是利用电阻应变片的· 61·201 3年第 1 2卷第 1 5期自动化技术在生产控制领域的应用口郭 丽【内容摘要】自动化技术具有提高生产质量和经济效益的优越性和智能化等特点，使得自动化技术被广泛运用在各种行业中，尤其是生产控制领域，因此本文从 自动化技术的特点和重要性方面进行阐述，并重点研究自动化技术在生产控制领域 的应 用。

【关键词】自动化技术；生产控制；应用【作者简介】郭丽(1964．2～)，女，辽宁沈阳人；四川建筑职业技术学院机电系讲师；研究方向：自动化技术一
、引言由于 自动化技术具有减少人员的手动操作，为公司减少人员成本等方面的重要作用，因此 自动化技术越来越被企业所重视，并被广泛应用在很多行业。作为生产控制领域，只要设置好相关参数，设备将会 自动按程序进行生产过程 自动化操作，并对生产过程的人员进行 自动化管理。本文主要是阐述自动化技术在生产控制领域的应用 ，通过现阶段的应用范围和水平，可以看出 自动化技术具有很好的应用发展前景。

二、自动化技术在生产控制领域的特点和作用(一)自动化技术在生产控制领域的特点。

1．自动化技术具有智能化的特点。自动化设备的运行主要是对采用计算机对生产过程的每个工序进行控制，机器设备进行 自动化控制，可以大大减少生产过程中劳动力的损耗。自动化设备还具备对生产过程进行监督和控制 以及当设备出现问题能自动进行保护 的功能。自动化技术对生产工序的控制以及具有 自动运行和检测等方面的功能，都是 自动化技术智能化特点的表现。

2．自动化技术具有操作性 简单和可调性高的特点。自动化技术可以根据不同的生产工序过程来对设备进行不 同的设定，也就是说针对不同的对象，只需要对 自动化设备进行数据的修改 ，并且修改方式有多种，不会对 没备的内部结构造成影响。因此，如果要在生产过程中进行不同的操作程序，也只需要对自动化设备输入不同的指令即可，可调性比阻值变化与形状变化的关系，对承力构件的应力进行具体的分析和测量 ，在进行应变片布置时应该注意以下几个原则 ：一是在进行应变片布置时，首先确定应力危险截面，在应力危险截面的均匀应力区、集 中应力区以及 弹性脑 曲区进行合理的应变片布置；二是在主梁跨中、设计计算所得的理论承力结构件的最大处贴应变片；三是在实际使用 中最不利工况条件下的最大应力处贴应变片；四足在 已经产生塑性变形、经常超载或已经产生细微裂纹的位置贴应变片；五是在实际测量中，测点布置要尽可能合理，应变片要尽可能少贴。虽然理论上测点越多越能反映应力的实际情况 ，但实际测量中，测点多将造成测量周期的延长和测量错误增多。

(三)构件的应力分析的作用。金属承力构件的应力分析有以下几个方面的作用 ：1．金属承力结构的应力分析 可以为构件的设计提供数据支持。起重机的金属承力结构在设计之前要进行复杂的计算，但是计算通常采用的是简化模型，经过安装、运输、试验以及正常和非正常使用后，计算值与实际工作状态的真实应力有着很大的差异，理论计算值不能很准确地反映起重机的承载能力和应力水平，而且在进行强度计算时，材料 的力学性能以及实际应力都存在一定的误差，在计算时的简化模型的强度很难保证实际的金属结构的强度 ，需要实际的应力测量与分析进行验证。

． 62·2．可以对起重机进行故障诊断。起重机的金属承力结构发生破坏是从一个很小的微观裂纹开始的，而这种微观裂纹或内部焊缝开裂在设备运行状态下是难以发现的，但是这种变化会反映在应力测试的数据上，通过应力测试的数据异常进行应力分析，从而达到进行故障诊断的目的。

3．可以对起重机的事故分析提供数据支持，指导起重机的故障修复。起重机的金属承力机构受力十分复杂，采用常规方法很难达到目的，有些设计理论上符合要求而实际使用时往往故障重重。事故发生后，理论分析找不到原因的，可以采用应力测试及分析的手段找到事故原因，为构建进行修复改造提供数据支持。

4．可以为起重机复杂的承力机构提供校核设计和改进设计。起重机的复杂构件的结构设计是否合理，与力学模型的简化关系密切，有时候设计出来的构建误差较大，町以通过对承力构件进行应力测试和分析，对设计出来的构件进行设计校核，也可以对设计进行合理的改进。

二、结语本文以门式起重机为例，对起重机械的承力构件的应力分析的原因，应力测量的关键截面分析，应力测量时应变片的分布以及应力分析在实际生活中的具体应用进行 了详细的探讨，通过这些具体的理论分析，不仅为起重机械 的承力构件的设计与发展提供了支撑，还为起重机械的安全正常使用提供了有效的技术保障。

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