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关键词：主梁截面；铰接；水平轮
作者在1995年5月26日申请的《铰接单梁桥式起重机》实用新型专利，专利号：ZL95212892.6。为了让知识共享，现将专利的内容公开，为我国轻小型起重机行业的发展做点贡献。
本专利共有3个内容：新型主梁截面；主横梁铰接结构；大车运行机构的可调中心距的水平轮设计。
1 新型主梁截面
目前生产的LD单梁桥式起重机和LX单梁悬挂起重机的主梁截面如图1(a)所示。LD和LX的主梁是由钢板冷压成形的“”字结构，并用两块斜腹板F′E′与工字钢焊接的主梁截面。斜腹板也需要冷压弯边，改善焊接条件和保证焊接质量。它共有4条主焊缝连接。电动葫芦门式起重机的主梁截面如图1(b)所示。它是由一块盖板B″B″、两块斜腹板B″C″与工字钢上腿焊成的主梁截面。它也有4条主焊缝连接。除以上两种实腹截面外，还有圆管与工字钢焊接的截面、焊接的组合工字钢截面、4块钢板焊接的矩形截面等实腹截面及桁架结构主梁。实用新型专利《铰接单梁桥式起重机》提供的是图1(c)截面。它是由一块钢板冷压成上“人”字形与工字钢上腿焊接的截面，它只有两条主焊缝。现比较图1中3种截面的优劣。
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图1 主梁截面图
a.图1(a)截面，工字钢的上腿C′C′对截面的惯性矩I、抗弯模量W及对水平形心轴而言增加值较小，没有充分发挥它的承载能力。也就是说，由于上腿C′C′截面很接近整个截面的水平形心轴xx，它对截面的惯性矩和抗弯模量增加值较小，因此，截面的最大垂直方向的正应力和静刚度的下挠值比图1(b)、(c)要大。图1(b)、(c)截面的上腿距水平形心轴较远，增大了截面的垂直抗弯能力，提高了主梁的强度和刚度。
b.图1(a)、(b)均有4条主焊缝，而图1(c)截面仅有2条主焊缝，没有集中载荷作用在腹板上的梁翼缘焊缝主要受剪应力作用，翼缘焊缝剪应力计算公式τ=QSx/2Ixhf≤［τh］，其中Q为截面内力(剪力)，Sx为截面静矩，hf为计算点的剪应力距中心形心轴的高度。F′F′和B″B″的焊缝剪应力要比CC焊缝剪应力值大。2条主焊缝比4条焊缝工时减少一半。斜腹板两边与工字钢腰在E′E′焊接，有损材质。
c.图1(a)截面在E′E′的焊接，是在工字钢腰上同一位置，相当于十字焊缝。在疲劳强度计算时，考虑应力集中情况等级，水平载荷作用时为K4级。而C″C″和CC焊缝应力集中情况等级为K2。所以E′E′焊缝降低了抗疲劳的能力。
d.按Ⅱ类载荷组合校核主梁危险截面的静强度时，图1(a)、(b)截面，垂直载荷和水平载荷产生的正应力在B′点和B″点最大，是垂直正应力σ⊥和水平正应力σ－的最大压应力之和σB′max和σB″max。而图1(c)则不同。垂直载荷在A点产生最大正应力σA⊥，而在B点的正应力并不是最大值，它等于σB⊥=σA⊥h2/h1。水平载荷产生的正应力在A点等于零，在B点正应力最大，σBmax=σB⊥+σ－，该截面对静强度校核有利。
e.在主梁截面翼缘板的局部进行稳定性校核时，对图1(a)、(b)截面应取宽度B′B′和B″B″。而图1(c)截面取宽度AB ， 比以上两种截面宽度要小，同时比上翼缘板的局部稳结构设计、CAD/VM研究。定性应力值要小，不象图1(b)截面需要加纵向加强筋，或是增加翼缘板厚度δ，或是减小横向加劲板间距a。
f.用一块平钢板冷压成上“人”字形截面，可省去3块钢板、可减少两种冷压成形过程、可少焊两条主焊缝(详见图1(a))，这样既省料，省工，又降低了成本。
本专利的图1(c)截面的成形有两种方法：用压力机先将钢板冷压成“∏”，然后再用一套模具，将“∏”字结构再冷压成上“人”字形；另一种方法是用复合模具一次冷压成上“人”字形截面，然后根据局部稳定性条件，焊接横向加劲板，按照跨度大小，将主梁对接成需要的长度，最后与工字钢的上腿焊接。
现在生产的LD和LX的主梁钢板厚度是5mm和6mm，最大宽度是1.6m。按GB709―88规定，5mm厚钢板宽度最大1.8m；6mm厚度钢板宽度最大2.0m。生产图1(c)截面的主梁，周边长度之和超过钢板宽度时，要两侧对称各对接一块钢板。
如果将图1中3种主梁截面的截面积取为相等，然后求出截面各部位尺寸，将截面几何性质和性能作一比较，就可以充分说明实用新型专利《铰接单梁桥式起重机》主梁的优越性了。以LD单梁桥式起重机起重量5t、跨度22.5m的主梁截面为依据，分别求得图1(b)、(c)的截面尺寸，在载荷、速度和各载荷系数等条件均相同的情况下，比较3种截面的静强度、静刚度、局部稳定性和A6工作级别的疲劳强度的计算结果，并表示在表1和表2中，其中图1(c)截面正应力较小，而且翼缘板局部稳定性应力也合格，不需要象图1(b)截面增加纵向加强筋板。
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表1 主梁截面几何性质、静强度、静刚
