桁架门式起重机主梁结构的优化设计

温四梅，郑铁军，郭云霞

（1.河南卫华重型机械股份有限公司，河南 长垣453400；2.河南机电高等专科学校，河南 新乡 453003）

桁架式门式起重机具有自重轻、迎风面积小、承载能力大等特点，被广泛地应用于厂矿、车站、港口码头、电厂、施工工地等生产领域。其构架设计的合理性和安全可靠性，直接决定了起重机的工作能力和工作效率。现在大多数企业凭借经验来设计的桁架门式起重机，对钢材的利用率较低，而详细的设计计算又比较繁琐。因此，对起重机桁架钢构的设计与研究分析，已成为该设计领域的研究重点，而主梁是门架的主要部分之一。

本文采用现代设计方法，对起重总质量60 t、跨度为40 m、起升高度为16 m、工作级别A3的桁架门式起重机的主梁结构进行优化。

1 主梁结构优化数学模型的建立

1.1 优化目标函数

门式起重机金属结构的优化目标，是结构自身总质量的最小，即参数VOLUME 值最小。

1.2 设计变量

设计变量是指需要优化的目标函数和状态函数的自变量。优化过程是通过不断变更优化变量的数值来实现的。

桁架式门式起重机的主梁构件，主要是型钢，可采用link8 单元来建模，设计变量为各个杆件的截面积和主梁的高度，分别为主梁上弦杆截面积AREA1，下弦杆截面积AREA2，斜平面腹杆截面积AREA3，下平面腹杆截面积AREA4 和主梁高H。

1.3 状态变量

状态变量是设计变量的函数，状态变量的值，必须满足一定的约束条件。约束条件是指性能和边界约束两个方面。性能约束，也即功能约束，是根据设计对象应实现的功能要求而建立的约束条件。……