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移动式桁架起重机

起重机作为工业常用的起重机运输机械,在安全性方面要求很高。一旦出现事故,轻者影响生产,重者危及工作人员的生命。因此,对起重机强度校核和安全性提出很高要求。所以全面提升产品研发能力,缩短新产品的设计周期,分析产品结构,优化产品设计,降低产品的制造成本,以最快的速度和最好的质量满足客户的需要是起重机行业的目标。

一、桁架式起重机的三维建模

桁架式起重机由于节约材料、结构简单、受力明确、迎风面少,所以很受做港口起重机企业的欢迎。由于桁架式起重机大量使用型材焊接而成,所以在三维设计和出工程图方面是比较麻烦的。为了提高设计的效率和便于以后分析,可利用solidworks的焊接功能,在零件环境下,利用多实体进行设计。其设计流程如下:

1、实施产品模块化设计,焊接轮廓库的建立

由于桁架起重机大量使用型材,所以型材的界面就显得尤为重要。运用solidworks设计库功能,可以把需要的焊接轮廓全部做成焊接轮廓库,放在设计库中,以后需要的时候就可以直接调用。

此焊接轮廓库可以包含经常用到的方钢、矩形管、槽钢、工字钢、圆钢、角钢等。还可以建立自己定义的轮廓,比如企业经常将两个工字钢焊接在一起来做主梁的主要结构,其形状如下图所示:

运用建立的轮廓快速生成结构件

建立好的轮廓库如下图所示:

设计库内容

2、运用3D草图,提高设计效率

移动式桁架起重机

传统的设计软件都是直接从二维草图开始,三维草图效果差,实现困难。而桁架起重机需要的恰恰就是3D结构,以便于结构件的生成。现在solidworks三维设计可以直接从3D草图开始绘制,像桁架门式起重机的骨架就可以直接搭建。而且可以3D草图与2D草图可以相互交替使用。搭建好的3D草图如下图所示:

3D草图轮廓

3、使用焊接轮廓直接生成三维模型和工程图

设计好的3D草图,借助于设计好的焊接轮廓库,可以直接快速的生成三维模型。而且所有的结构件都是在零件中自动以多实体的形式表现,不需要转化为装配体状态。还可以定义每个实体的属性,包括材料、重量、长度等,所有的这些属性还可以带到工程图中。由于有焊接实体结构,在工程图中可以直接生成切割清单,也就是企业中经常用到的材料明细表。如下图所示:

起重机三维模型

起重机二维加工图纸

二、实现产品的设计验证

对于桁架式起重机,传统的设计方法就是对其进行强度、刚度和稳定性计算,以保证起重机安全可靠。要达到安全设计,比较可靠的办法就是做试验,但是需要大量的试验经费,而且不能满足在高速发展的社会需要。这就有必要找到一种快捷的数值模拟的计算方法,比较精确地模拟起重机的实际工况。

Solidworks simulation是一个与solidworks完全集成的设计分析系统,它提供了单一的屏幕解决方法来进行应力分析、频率分析、扭曲分析等。它凭借着快速解算器的强有力支持,使得能够使用个人计算机快速解决大型问题。

对于起重机,主要承受起重机本身自重,风载荷,运行冲击载荷及起吊重物重量。理论分析可以确定采用结构线性静态分析。由于整机结构系统均由梁结构构成,故采用梁单元。

梁单元是把框架分解成很小的直杆,并应用相似的变形到每个直杆。每个直杆有两个节点,每个节点有6个自由度。

在计算刚度时,小车和载荷以集中质量单元加在相应的节点上。因为采用这种方法,对模型进行了如下几种工况的分析:

工况一:小车位于门机跨中,刚性支腿和柔性支腿固定,即对两腿的支撑处进行了六个自由度的完全约束。

以理想状态计算,材料为Q235,其力学特性为:材料密度

弹性模量

泊松比 0.3,剪切模量81000n/mm^2 ,许用应力177MPa 。承受60T的载荷(方向垂直向下)。其分析结果如下图所示:

小车位于门机跨中,承载60T整机刚度分布图

小车位于门机跨中,承载60T整机强度分布图

整机最大等效应力值为 107MPA,小于材料许用应力 177MPA,位于主梁跨中下方。满足强度和刚度要求。

工况二:小车位于门机跨中,刚性支腿固定,柔性支腿约束X方向和Z方向,Y方向自由(以小车走向为X方向,大车走向为Y方向,垂直地面的方向为Z方向)。承受60T的基本载荷(方向垂直向下)和2T的冲击载荷(方向沿Y向),两个载荷的位置都位于主梁跨中。材料属性和工况一相同。其分析结果如下图所示:

小车位于门机跨中,承载60T+2T整机强度分布图

整机最大等效应力值为 119MPA ,小于材料许用应力 177MPA ,位于主梁跨中下方。满足强度和刚度要求。

工况三:小车位于门机跨中,刚性支腿固定,柔性支腿约束X方向和Z方向,Y方向自由(以小车走向为X方向,大车走向为Y方向,垂直地面的方向为Z方向)。承受60T的基本载荷(方向垂直向下)和2T的冲击载荷(方向沿Y向),冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性和工况一相同。其分析结果如下图所示:

小车位于门机跨中,承载60T+h2T整机强度分布图

整机最大等效应力值为 292MPA ,大于材料许用应力 177MPA,位于柔支腿和主梁交接处。这种工况等效于:控制系统出问题。大车两腿没有一起运动,造成扭转,应力过大,出现问题。

工况四:小车位于门机跨中,刚性支腿和柔性支腿均固定(以小车走向为X方向,大车走向为Y方向,垂直地面的方向为Z方向)。承受60T的基本载荷(方向垂直向下)、1.2T的冲击载荷(方向沿X向)和自身的重力载荷g,冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性和工况一相同。其分析结果如下图所示:

小车位于门机跨中,承载60T+1.2T+g整机强度分布图

整机最大等效应力值为128MPA ,小于材料许用应力177MPA,位于主梁跨中下方。满足强度和刚度要求。

工况五:小车位于门机跨中,刚性支腿和柔性支腿均固定(以小车走向为X方向,大车走向为Y方向,垂直地面的方向为Z方向)。承受60T的基本载荷(方向垂直向下)、1.2T的冲击载荷(方向沿X向),冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性和工况一相同。其分析结果如下图所示:

小车位于门机跨中,承载60T+1.2T整机强度分布图

小车位于门机跨中,承载60T+1.2T整机刚度分布图

整机最大等效应力值为108MPA ,小于材料许用应力177MPA,位于主梁跨中下方。满足强度和刚度要求。

三、结论和建议

通过上述计算表明,此桁架起重机装置的强度、静刚度、动刚度在控制系统没有问题的情况下均满足设计要求。如果控制系统出现问题,就会导致起重机的破坏!所以要避免这种情况的发生。

移动式桁架起重机

您在进行设计过程中如果遇到不好解决的问题,软件使用方面的,参数化设计方面的,或者结构选择方面等的问题,都可以留言或者加小编或13598866135联系我哦,我将真诚的为您解答。

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