朱 强，刘嘉星

（郑州大学机械工程学院，河南 郑州 450001）

1 引言

桥式起重机是国内普遍使用的生产建设用机械产品，作为其主要承载构件，主梁结构自重占据了桥架整体总重量相当大的比例。在保证结构使用安全与稳定的前提下，适当降低主梁重量能够有效节约企业的生产成本和钢铁资源。偏轨箱型梁具有焊接变形小，制造装配工艺简单，易于使用机器人实施自动化焊接等特点[1]，是目前国内主流起重机生产厂商的首选主梁结构。

现阶段多数有关桥式起重机主梁结构拓扑优化研究中，通常选择忽略其余非主要工况，把小车满载时位于主梁最危险位置—跨中作为唯一载荷工况，计算出主梁的拓扑优化结构。文献[2]在最大静力工况下对主梁腹板进行拓扑优化，并得到了边界较为清晰明确的结果，但未考虑主梁的多工况问题。文献[3]利用变密度法对铸造起重机主梁腹板尝试进行拓扑优化，设计出一种类似三角形桁架的新型主梁腹板结构。

在实际作业中，起重机主梁为多工况工作状态，即随着小车承载位置的移动，主梁的受载情况也就随之改变。徐中明[4]进行了某太阳能赛车转向节的多目标拓扑优化，合理减重并显著提高了其一阶振动频率和静态刚度。文献[5]建立了多目标等权重的拓扑目标函数对副车架进行了多工况拓扑优化，优化后改善了受力情况，降低了重量。

现选取桥式起重机偏轨箱型主梁为研究对象，尝试对主梁进行多工况拓扑优化，依据拓扑优化结果对主梁进行模型重构，随后进行刚度、强度和稳定性等方面的有限元分析以验证主梁多工况拓扑优化结构设计的合理性。……