起重机的分类及其主梁疲劳分析

起重机作为一种代替人力劳动用于物料搬运的工程的机械产品，随着我国经济建设的发展，对其需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高。主梁作为起重机重要承载构件之一，直接影响起重机的作业能力，而疲劳破坏又是起重机箱形主梁常见的破坏形式。因此研究起重机箱形主梁的疲劳寿命就显得尤为重要，这样能对起重机箱形主梁结构抗疲劳性能的提高做好充足的理论准备。

主梁是起重机主要承载构件，它同时承受垂直载荷和水平载荷。除小起重量的主梁外都均采用焊接组合梁，由腹板和上下翼缘板组焊成工字型主梁或箱型主梁。对有限分析理论在起重机可靠性因素上做出可靠因素分析。

针对传统的断裂力学和疲劳强度分析起重机主梁安全性评估中存在的不安全因素来说，起重机主梁的可靠性主要来源于其金属的脆断、疲劳和应力腐蚀。

金属材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程叫做疲劳。疲劳破坏：由于构件内部微观组织中位错的存在，在外部交变载荷作用下，裂纹萌生、裂纹扩展直至发生破坏的过程。起重机主梁的疲劳和脆断，都表现为在某一处的开裂。而且，其裂源点总是在缺口处。缺口，就是指结构截面在传力途中的各种不连续。它们是可以由机械加工所形成的内部孔洞、边缘切口、截面宽度或厚度在传力途中的突变，也可以是由焊接所形成的几何缺陷，还可以是由冶金或轧制工艺所形成的质量不高，有了缺口就会产生应力集中和应变集中，就会使其处没有裂纹到出现裂纹。接着裂纹会扩大，会在主梁中进行，这过程可以叫行裂或裂缝扩展。

最后针对起重机可靠性的因素，做出优化改善，针对主梁焊接方法。梁在正常工作应力下的疲劳破坏，多半是焊缝缺陷周围的应力集中引起的。疲劳破坏是焊接结构破坏最普通的形式。焊接裂纹和不完全溶合对疲劳强度有明显的影响

一、起重机分类

1.轻小起重设备

（1）电动葫芦

它具有结构紧凑、轻巧、安全可靠、零部件通用程度大，互换性强、起重能力高、维修方便等特点，是用途广泛，深受欢迎的轻型起重设备。

2.桥架起重机

可在长方形场地及其上空作业，多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，有梁式起重机、桥式起重机、缆索起重机、运载桥等。

（1）梁式起重机

梁式起重机主要包括单梁桥式起重机和双梁桥式起重机

（2）桥式起重机桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。

普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。

3.臂架起重机

臂架式起重机的特点与桥式起重机基本相同。可在圆形场地及其上空作业，多用于露天装卸及安装等工作，有门座起重机、浮游起重机、桅杆起重机、壁行起重机和甲板起重机等。

臂架式起重机包括：起升机构、变幅机构、旋转机构。依靠这些机构的配合动作，可使重物在一定的圆柱形空间内起重和搬运。臂架式起重机多装设在车辆上或其他形式的运输（移动）工具上，这样就构成了运行臂架式旋转起重机。如汽车式起重机、轮胎式起重机、塔式起重机、门仓式起重机、浮式起重机、铁路起重机等。

二、起重机主梁结构

起重机（crane）运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。

主梁是起重机主要承载构件，它同时承受垂直载荷和水平载荷。除小起重量的主梁外都均采用焊接组合梁，由腹板和上下翼缘板组焊成工字型主梁或箱型主梁。梁的合理截面应当具有两个对称主轴，材料尽量远离 中心轴分布以获得较大的抗弯刚度。组合梁近似薄壁结构，腹板很薄，腹板的高度常是板厚的200倍以上。

主梁常见的几种结构类型：

（1）中轨箱型主梁

它是由上下翼缘板和两块腹板组成，梁上除布置有横向大加强板外，还有梁全长范围内布置的小加强板。以增强上翼缘板和腹板承压区的局部刚度。

（2）偏轨箱形主梁

偏轨箱形主梁多采用宽翼缘形式，由上、下翼缘板和主、副腹板组合成箱型。主梁的副腹板分为空腹、实腹两种。空腹虽可节省钢材，但因增加了开孔。镶圈和保证主梁两侧上拱的一致性而而增加了工艺上的困难。

（3）半偏轨箱形主梁

半偏轨箱形主梁是将轨道布置在主腹板上方的内侧。它是普通箱型主梁和宽翼缘箱型主梁上均有采用，常在轻、中载荷的起重机主梁上采用。

（4）工字型主梁

工字型主梁又称单腹板主梁，由上、下翼缘板组成，轨道放在腹板的正上方。工字型主梁因为其水平刚度差，在桥架结构中较少采用。实际使用发现，工字梁和增强翼缘间两侧焊缝的收缩无法紧密贴合，在轮压反复作用下，焊缝a疲劳开裂，且开裂后难以修复。为增加工字型主梁的水平刚度，结合行架结构形式，将主梁设计成空腹行架结构的复合主梁。

三、起重机疲劳寿命

金属材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程叫做疲劳。疲劳破坏：由于构件内部微观组织中位错的存在，在外部交变载荷作用下，裂纹萌生、裂纹扩展直至发生破坏的过程。不同的外部加载方式造成了不同的疲劳破坏形式，因此学术界将疲劳分为：

（1）机械疲劳 仅有外加应力或应变波动造成的疲劳失效；

（2）蠕变疲劳 在高温下循环载荷引起的疲劳失效；

（3）热机械疲劳 循环载荷和循环温度共同引起的疲劳失效；

（4）腐蚀疲劳 在侵蚀性化学介质或致脆介质的环境中施加循环载荷引起的疲劳失效；

（5）滑动接触疲劳和滚动接触疲劳 载荷的反复作用与材料间的滚动和滑动接触共同造成的疲劳失效；

（6）微动疲劳 脉动应力与表面间的来回相对运动和摩擦滑动共同作用产生的疲劳失效。

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