摘要：门式起重机常常被用来搬运一些大型的机械，因此其在工业生产中运用得十分广泛。并且门式起重机在货场搬运中具有很高的利用价值，成本也比较的低廉。纵观整个门式起重机，我们其实不难发现，门式起重机的整体骨架就是由金属结构构成的。因为门式起重机在运行过程中的负载量一般都是比较大的，所以金属结构的性能是直接决定着起重机的使用年限的。因此只有对金属结构进行优化设计，才能够在整体上提升门式起重机的质量。同时对金属结构进行优化设计也可以也可以进一步提高企业的经济效益，为企业带来更大的利润。

关键词：门式起重机;结构;优化

引言：门式起重机运用最多的地方就是各种工厂、码头等，在这些地方进行大型货物的搬运工作。因为门式起重机的操作十分的灵活简便，并且在工作运营时占地面积并不大，因此很适合在这些场地进行作业。目前大多数的门式起重机中，金属结构的重量都占据了起重机整体重量的一大半。为了能够在最大程度上保证门式起重机工作的安全性，就必须要首先确保金属结构的静动态特征。本文通过双梁门式起重机结构为重点研究对象，在保证相应静态、动态特性的前提下，研究使其轻量化的适宜优化设计方法。

1结构优化的基本概念

1.1设计变量

一个设计的方案往往能够通过一组具体的数据来进行阐述，比如构件的长度、截面的尺寸等等。那么我们只需要在设计的时候通过这些数据来制造出一个完整的结构。该结构可能在建造或者优化设计时，还可以根据其以往的经验进行调整，其他的一些数据也可以在具体的制造过程中根据实际情况进行相应的优化改造。这些具有不确定性的数据，我们一般称之为设计变量。此外我们还可以根据不同的标准将设计变量详细划分为连续变量和离散变量。在对机械结构进行优化的时候，我们通常所涉及到的变量为连续变量，这时候就完全可以使用常规的优化方法进行求解。

1.2目标函数

要想判断机械设计方案的正确与否，首先离不开的就是对设计的指标进行全面的分析。通常来讲，设计指标就是指设计变量函数，也就是目标函数。不同的优化方案具有不同的目标函数，目标函数的范围非常广泛，可以是重量、体积，可以是功耗、产量等[1]。要想取得一个好的优化结果，就必须在事前先建立目标函数，其中目标函数根据其数量的差异又可以分为单目标函数和多目标函数。单目标函数主要就是指针对某一个具体的问题进行优化;反之，多目标函数就是对若干个目标同时进行优化。根据以往的经验来看，目标函数的数量越多，最后得到的优化设计结果就会越好，但同时其优化的难度也会随着数量的增多而难度增大。

2门式起重及结构问题

2.1金属结构故障原因

起重机金属结构主要是用来承载各种各样的大型货物，因此金属结构也是起重机中最基础也是最重要的构件之一。在制造起重机金属结构时，通常会采用较好的钢材来作为原材料，其目的就是为了通过钢材的硬度来保证金属结构的稳定性，从而增加金属结构的承载能力。同时也可以尽量避免起重机以为内承载能力不足而导致出现变形的情况。因此我们在制造过程中，一定要选取质量较好的钢材。通常来讲，门式起重机中的金属结构一般都会出现结构变形等状况，那么导致这些故障的原因通常有以下几点：（1）在金属结构焊接的时候并没有采用最先进最合适的焊接技术，进而导致焊接的地方出现问题，如会存在严重的气泡等。这些问题的存在，就给金属结构的整体稳定性带来了非常大的影响，在高负荷状态下，很容易导致焊接部位出现断裂问题，使金属结构的稳定性大幅下降[2]。（2）如果说门式起重机长期进行超载的工作状态，就会导致金属结构发生故障，从而使得门式起重机没有办法来完成指定任务。

2.2起升机构故障原因

2.2.1制动装置引发的故障

除了金属结构之外，在门式起重机中还有一个至关重要的部分，那就是起重机的制动装置。制动装置是保证起重机能够安全平稳运行的最大保障，因此在所有的起重机中都会安装制动装置。在门式起重机的制动装置运行过程中，通常会遇到以下几种故障：制动器无法打开、制动器失灵等。那么导致这些问题的具体缘由一般是以下几点：（1）制动轮存在故障。在门式起重机的运行过程中，制动轮的表面突然出现大量的油污。（2）制动瓦衬存在故障。在长时间的运行过程中，制动瓦衬和制动轮之间的缝隙变得越来越大，那么就会导致在制动过程中，瓦衬散发出浓烈的焦味与烟雾。（3）主弹簧存在故障。在起重机结构设计中，没有对主弹簧的型号进行合理的选择，导致弹簧张力过大或过小，或者主弹簧经过长时间的使用后出现严重的磨损老化，这些都会给制动器的制动性能带来一定的影响，进而导致制动器失灵问题的发生。

2.2.2减速器引发的故障

在门式起重机结构中，减速器也发挥着非常重要的作用，它可以匹配原动机与工作机构之间的转速以及传递转矩[3]。减速器故障主要包括有：齿轮振动、齿轮运转时会发出噪音以及减速器漏油等。

2.3运行机构故障原因

门式起重机一般是由以下几个部分组成：车轮、电动机、制动器等。现目前的门式起重机如果按照驱动方式来进行分类的话，可以将其具体划分为两种。一种是分别驱动，另外一种则是集中驱动。不管运用哪一种驱动方式，只要在门式起重机的运行过程中出现啃轨问题，就会极大地增加门式起重机的运行阻力。这种问题将会在很大程度上影响门式起重机的运行安全，同时还会对车轮造成很大的磨损，最终导致脱轨事故的发生。导致啃轨问题出现的原因有很多，其中主要包括有：（1）轨道表面存在大量的杂物，比如油污、积雪以及冰层等，如果没有对轨道表面进行及时清理，那么将会大大增加啃轨问题的发生概率[4]。（2）金属结构会出现变形的情况。门式起重机因为其工作的需要，长期暴露在外，经受严寒酷暑。这些外界的因素都很有可能会对门式起重机的金属结构造成一定的破坏，经过时间的累积，最终会使得门式起重机的金属结构发生很严重的变形。（3）在安装大小车的车轮时，并没有按照严格的标准进行安装，导致安装的精确度不高，从而也会导致门式起重机在实际的运行过程中不断的被磨损，进而引发啃轨问题。（4）两个主车轮的行驶速度存在偏差，车体在行走过程中出现倾斜并引发啃轨问题。

3门式起重机结构优化设计的基本方法

（1）简单解法。该方法可以分为两种，一种是图解法，一种是解析法，前者是指在设计空间中做出可行域与目标函数的等值面，通过在可行域中寻找能够让目标函数取得最小值的位置。（2）准则法。该方法是将工程学与力学作为出发点的，在满足相关条件的情况下，采用迭代方法来对最优方案进行求解。该方法具有较快的收敛速度，迭代次数与变量数目之间没有必然的联系，主要用于结构布局及几何形状确定的情况。（3）数学规划法。为了复杂的结构问题变得简单化，可以将该问题转化为数学规划问题，并采用数学规划计算方法来对问题进行求解[5]。在对门式起重机进行优化设计的时候，可以采用非线性规范数学规划方法，相较于线性规划问题，非线性规划问题的复杂性更高，求解难度非常大。

结语

综上所述，只有对门式起重机的结构进行优化设计，才能够保证门式起重机在运行过程中的稳定性，同时也可以很好的提高门式起重机的质量。本文通过对门式起重机的结构优化方案进行探究，相信会对今后的门式起重机的改良和发展具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]邓彦舒，方滨，许志沛.门式起重机结构优化设计[J].中国重型装备，2020（01）：17-19+23.

[2]黄海峰.门式起重机结构优化设计[J].城市建设理论研究（电子版），2018（33）：89.

[3]蒋永强.门式起重机结构优化设计[J].设备管理与维修，2018（02）：41-42.

[4]钟琼慧.门式起重机金属结构与优化设计研究[J].山东工业技术，2015（11）：95.

[5]雷春丽，吕彭民，周彦龙.桁架门式起重机结构优化设计[J].建筑机械化，2005（02）：34-35.