閆偉叢

摘要：本文針對橋式起重機的結構特點，采用三維設計軟件

solidworks建立了橋式起重機主梁結構的三維模型，并對其進行了應力分析與位移分析。分析指出主梁腹板截面突變處存在嚴重應力集中，降低了橋式起重機的承載力，對橋式起重機的正常運行過程存在安全影響。因此有必要在改造橋式起重機時，對主梁腹板進行特殊的考慮。

關鍵詞：橋式起重機 SolidWorks 主梁

0 引言

橋式起重機的大梁橫跨于跨間內一定高度的專用軌道上，可沿著軌道在跨間的縱向移動，在大梁上布置有起升裝置，大多數起升裝置采用起重小車，起升裝置可沿著大梁在跨間橫向移動，外觀像是一條金屬的橋梁，所以人們稱為橋式起重機。橋式起重機也俗稱“天車”。本文采用三維設計軟件solidworks分析了目前在研究橋式起重機中存在的問題，對橋式起重機的主梁進行了建模和相應的理論計算，然后對其進行有限元分析，找出了主梁容易發(fā)生疲勞損傷的部位，為以后設計、運行與維護提供理論依據[1]。

1 研究對象

盡管橋式起重機的類型繁多，但其基本結構是相同的。橋式起重機主要由大梁，起升裝置，端梁，大梁行走機構，起升裝置行走機構，軌道和電氣動力，控制裝置等構成。主梁變形一般是指主梁上拱嚴重減少和殘余下?lián)希蛰d時，起重機主梁低于水平線的下?lián)现担?，這對起重機的安全使用和承載能力都將產生嚴重影響，甚至可能發(fā)生人身和設備事故，所以主梁變形與設備安全密切相關，應引起設備管理人員，有關領導及天車、起重工的重視[2-3]。本文所研究對象的技術特性表和材料分別在表1，表2中列出。

2 基于Solidworks的三維建模

2.1 橋式起重機主梁三維參數化設計方法 Solidworks是windows環(huán)境下的三維機械CAD軟件。采用windows用戶界面，具有三維CAD軟件一貫提倡的易用性、高效性和功能強大，完整的提供了產品設計的解決方案。目前，使用solidworks軟件進行參數化建模的主要技術特點是：①基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可調參數，進而形成實體，以此為基礎來進行更為復雜的幾何形體的構造。②全尺寸約束。將形狀和尺寸聯(lián)系起來考慮，通過尺寸約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。③尺寸驅動設計。通過編輯尺寸數值來驅動幾何形狀的改變，尺寸參數的修改將導致其他相關模塊中的相關尺寸的全盤更新。采用這種技術的理由在于它能夠徹底的克服自由建模的無約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而被牢牢地控制住[4]。

2.1.1 基于尺寸驅動的參數化建模?；诔叽珧寗拥膮祷Ｍㄟ^對模型的幾何尺寸進行修改實現(xiàn)對圖形的修改。它是應用最為廣泛的建模方法，也是最基本的方法。事實上，無論其余的方法利用什么來改變圖形，基本上都是通過幾何尺寸的改變來實現(xiàn)的。

2.1.2 基于約束驅動的參數化建模。在維持幾何約束關系不變的前提下，通過約束值的修改實現(xiàn)系統(tǒng)的變化，幾何約束驅動本質上是一個集合實體約束滿足的過程，它通過一定的約束規(guī)劃和推理方法實現(xiàn)集合實體的空間定位?；趲缀渭s束的參數化建模用幾何約束來表達產品模型的形狀特征，定義一組參數以控制設計結果，從而能夠通過調整參數來修改設計模型。產品模型的修改通過尺寸驅動實現(xiàn)，通過給定的幾組參數值，實現(xiàn)了系列零件或標準件的自動生成。約束的引入使對設計目標依賴關系的描述成為可能。

2.1.3 基于特征的參數化建模?；谔卣鞯膮祷＞C合運用參數化特征造型的變量幾何法和基于生成歷程法這兩種造型方法實現(xiàn)特征的構造和編輯?；谔卣鞯膮祷Ｊ切滦偷腃AD建模方法，是CAD/CAPP/CAM的熱點研究方向。

本文根據橋式起重機主梁的結構特點，在橋式起重機主梁參數化建模中，利用參數修改法建模和solidworks本身的特征建模。

2.2 模型圖 本文主要設計的是橋式起重機的箱型主梁。箱型結構由上下蓋板和兩個腹板構成一個箱體，箱內還有橫隔板和縱橫長短筋板，模型圖如圖1所示。

3 受力分析

3.1 自重載荷 自重載荷主要分為兩大類，一類是均布載荷，主要由主梁、走臺、欄桿、配電管等組成，另一類是集中載荷，主要由閉式操作室、大車運行機構、電氣設備等組成[5-6]。在材料屬性中已設定了材料密度，且重力是分布力，重力加速度的方向是垂直向下，在SolidWorks中只需要給出受力方向和數值即可自動算出主梁的重力大小。

3.2 起升載荷 起升載荷是指起升質量的重力。由于起升高度小于50m，所以鋼絲繩的質量可以不計。因物品下降制動時對承載機構和傳動機構將產生附加的動載作用。這一動載作用可以通過將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數？漬2考慮[1]。

5 結論

橋式起重機的三維設計在有限元分析、運動仿真、優(yōu)化設計和二維圖紙應用方面應用廣泛，對生產實踐也具有重要的指導意義。

本文通過對模型進行三維建模并進行有限元分析，得知橋式起重機主梁中部腹板截面處應力最大，容易發(fā)生裂紋。

設計人員在設計過程中，需要對此做充分的考慮，采取措施對容易損傷部位進行加固。同時對重點部位在日常運行過程中多加檢修，避免事故發(fā)生。綜合應力圖和位移圖結果顯示，主梁可以進一步優(yōu)化設計，降低起重機自身重量，為起重機的輕量化設計提供了重要參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB3811-1983起重機設計規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]王生，許可晉，翟甲昌.斷裂力學方法估算起重機箱型梁的疲勞壽命[J].山西機械，1994（2）：33-34.

[3]ZHAO Zhang-yan，SUN Gu0-zheng.Faults distribution of port cranes metal structure[J].Journal of Wuhan Transportation University，1999，23（6）：679-680.

[4]龔道雄.基于SolidWorks的橋式起重機參數化設計.武漢理工大學，2009（05）.

[5]李陽，梁臻.橋式起重機大車大梁有限元分析[J].湖北工業(yè)大學學報，2012，08：22-24.

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[7]Liu Hong-Wen.Mechanics of Materials[M].Beijing：Higher Education press 2003.