（1.包頭鋼鐵集團(tuán)線材廠內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.呼和浩特鐵路局 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050；3.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

橋式起重機(jī)主梁是起重機(jī)橋架中主要受力部件，在承受載荷時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位，疲勞破壞往往首先發(fā)生在這些部位。對于橋式起重機(jī)主梁疲勞載荷的檢測和結(jié)構(gòu)無損探傷應(yīng)著重于應(yīng)力集中部位。

隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展和三維軟件仿真的開發(fā)逐漸成熟，幾乎所有的結(jié)構(gòu)計(jì)算，包括強(qiáng)度、剛度以及疲勞等都是以結(jié)構(gòu)的三維模型為基礎(chǔ)的，目的是獲得整個(gè)主梁的應(yīng)力和位移分布狀況。以某廠生產(chǎn)的80 t/20t吊鉤橋式起重機(jī)為研究對象。采用SolidWorks建立橋式起重機(jī)主梁的三維模型，確定了主梁應(yīng)力集中的部位。

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1 建立三維模型

1.1 主要參數(shù)

該橋式起重機(jī)主梁由左右2 塊腹板。上下2 塊蓋板以及若干長、短筋板組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示，跨度為22 m，主起升機(jī)構(gòu)額定起重量為80t，副起升機(jī)構(gòu)額定起重量為20t，其所用材料為Q235，材料特性如表1 所示。

1.2 施加約束

對橋式起重機(jī)主梁的兩個(gè)端面進(jìn)行約束，如圖1。

1.3 添加載荷

由于重力是分布力，且在材料屬性中己設(shè)定了材料密度，在SolidWorks中只需要給出受力方向和數(shù)值即可自動(dòng)算出主梁的重力大小。重力加速度的方向是垂直向下圖2。

2 穩(wěn)態(tài)分析與結(jié)果分析

主梁載重80t時(shí)。主梁受到本身自重、小車自重和載重量的共同作用。自重載荷的施加可以靠施加重力加速度獲得，小車自重和載重量可以在主梁上施加相應(yīng)的載荷獲得。小車為四輪小車，其質(zhì)量為30t，在同一根主梁上的2 個(gè)車輪的輪距為3.11m。由于起重機(jī)為雙梁起重機(jī)，因此分到每一個(gè)梁上的重量為載重量的1／2。在加載時(shí)集中載荷如果完全加在某一節(jié)點(diǎn)上。有時(shí)會(huì)導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力過于集中，局部變形過于偏大，因此要將載荷均勻加在某一節(jié)點(diǎn)的附近幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上。其載荷大小即小車輪壓值，方向是垂直于主梁上蓋板向下。起重機(jī)額定的滿載起重量為80t.這時(shí)起重機(jī)所受的總載荷為

p80t=m 小車g+m80tg=813400 N

分配到每一根主梁上的載荷量為pa2=p80t/2=406700 N。

作用在主梁上80t 載荷時(shí)，主梁的等效應(yīng)力分布如圖3 所示，最大應(yīng)力值為84.22MPa 最大應(yīng)力產(chǎn)生于主梁腹板截面突變處。

由應(yīng)力圖可知，對主梁加載位置不同時(shí)，主梁端部存在應(yīng)力集中，因此主梁端部應(yīng)為無損檢測的重點(diǎn)部位。由上圖3、4、5 可知。80t加載于跨中時(shí)產(chǎn)生的主梁端部的最大應(yīng)力大。由有限元分析可知，對主梁不同部位施加載荷時(shí)，最大應(yīng)力均發(fā)生在主梁腹板截面突變處。并且該處發(fā)生嚴(yán)重應(yīng)力集中。因此。該部位為橋式起重機(jī)承載能力的薄弱環(huán)節(jié)。

3 橋式起重機(jī)的三維設(shè)計(jì)

在完成零部件的三維設(shè)計(jì)后，通過SolidWorks的裝配環(huán)境完成橋式起重機(jī)的裝配工作，裝配按照零部件由主到次，空間上由內(nèi)到外、由上到下的順序進(jìn)行裝配，完成裝配的設(shè)計(jì)見圖6 所示。

4 橋式起重機(jī)的三維設(shè)計(jì)應(yīng)用

在SolidWorks設(shè)計(jì)環(huán)境下完成的三維設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛，其應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

動(dòng)畫仿真

借助SolidWorks運(yùn)動(dòng)仿真模塊可以進(jìn)行橋式起重機(jī)的干涉分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的干涉與裝配問題，還可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，模擬起重機(jī)工作的運(yùn)行情況，在設(shè)計(jì)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，在線修改等。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

可以采用SolidWorks很方便地對橋式起重機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足生產(chǎn)實(shí)踐中某一項(xiàng)目實(shí)際要求，基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)可以方便的驅(qū)動(dòng)修改。

二維圖紙應(yīng)用

三維設(shè)計(jì)借助SolidWorks工程圖模塊可以方便地生成二維圖紙，指導(dǎo)生產(chǎn)加工等，圖8 所示為橋式起重機(jī)的二維圖紙應(yīng)用。

三維設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)實(shí)際的意義

三維設(shè)計(jì)所建立的模型知識(shí)表達(dá)和傳達(dá)能力強(qiáng)，可以進(jìn)行設(shè)備安裝與裝配仿真，方便企業(yè)進(jìn)行員工的設(shè)備技能培訓(xùn)，方便企業(yè)設(shè)備部門制定維修與維護(hù)方案等，對實(shí)踐具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

結(jié)語

本通過對模型進(jìn)行三維建模并有限元分析，充分體現(xiàn)了虛擬設(shè)計(jì)先進(jìn)思想，大大提高了工作效率，降低了開發(fā)成本，并為產(chǎn)品的一次性開發(fā)成功提供了有力保障。采用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件對其所有零部件進(jìn)行了三維造型設(shè)計(jì)，并采用軟件的裝配環(huán)境對橋式起重機(jī)進(jìn)行了裝配，并在此基礎(chǔ)上對三維橋式起重機(jī)主梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用展開研究，簡單論述了三維設(shè)計(jì)在有限元分析、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)畫仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、二維圖紙等方面的應(yīng)用，同時(shí)闡述了三維設(shè)計(jì)對于生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)意義。

橋式起重機(jī)的三維設(shè)計(jì)在有限元分析、運(yùn)動(dòng)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)和二維圖紙應(yīng)用方面應(yīng)用廣泛，對生產(chǎn)實(shí)踐也具有重要的指導(dǎo)意義。

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