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一、桁架式起重機的三維建模
由于具有節(jié)約材料、結構簡單、受力明確以及迎風面少的特點，桁架式起重機很受港口起重機制造企業(yè)的歡迎。但由于其大量使用型材焊接而成，在三維設計和出工程圖方面工作量比較大。為了提高設計的效率及便于今后分析，可以在零件環(huán)境下，基于SolidWorks的焊接功能，利用多實體進行設計，其設計流程如下。
見：http://lib.3ddl.net/news_pws/focus/134521.html
二、產品的設計驗證
對于桁架式起重機，傳統(tǒng)的設計方法是對其進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，以保證起重機的安全可靠。要達到安全設計，比較可靠的辦法就是做試驗，但是需要大量的試驗經費，且研發(fā)周期不能滿足高速發(fā)展的社會需求。這就有必要找到一種快捷的數(shù)值模擬計算方法，比較精確地模擬起重機的實際工況。
SolidWorksSimulation是一個與SolidWorks完全集成的設計分析系統(tǒng)，它提供了單一的屏幕解決方法來進行應力分析、頻率分析及扭曲分析等。憑借著快速解算器的強有力支持，用戶使用個人計算機就能快速解決復雜計算問題。
對于起重機，主要承受其本身自重、風載荷、運行沖擊載荷及起吊重物的重量。通過理論分析可以確定采用結構線性靜態(tài)分析，由于整機結構系統(tǒng)均由梁結構組成，故采用梁單元。梁單元是把框架分解成很小的直桿，并應用相似的變形到每個直桿。每個直桿有兩個節(jié)點，每個節(jié)點有6個自由度。例如圖6所示的框架結構，采用梁單元可以劃分為網格結構，如圖7所示。
圖6框架三維模型
圖7橫梁單元網格結構
在計算剛度時，小車的自重和載荷以集中質量單元的方式加載在相應的節(jié)點上。基于這種方法，對模型進行了如下幾種工況的分析。
1.工況一
小車位于門機跨中，固定剛性支腿和柔性支腿，即對兩腿的支撐處進行了6個自由度的完全約束。
以理想狀態(tài)計算，材料為Q235，其力學特性分別為：材料密度ρ=7.85x10-6kg/mm3，彈性模量E=2.1x105MPa，泊松比ν=0.3，剪切模量G=8.1x104N/mm2，許用應力177MPa。承受60t的載荷（方向垂直向下），其分析結果如圖8和圖9所示。結果顯示，整機最大等效應力值為107MPa，小于材料許用應力177MPa，位于主梁跨中下方，滿足強度和剛度要求。
圖8小車位于門機跨中，承載60t的整機位移分布圖
圖9小車位于門機跨中，承載60t的整機應力分布圖
2.工況二
小車位于門機跨中，剛性支腿固定，柔性支腿約束X方向和Z方向，Y方向自由（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z方向）。承受60t的基本載荷（方向垂直向下）和2t的沖擊載荷（方向沿Y向），兩個載荷的位置都位于主梁跨中。材料屬性與工況一相同，其分析結果如圖10所示。結果顯示，整機最大等效應力值為110MPa，小于材料許用應力177MPa，位于主梁跨中下方，滿足強度和剛度要求。
圖10小車位于門機跨中，承載60t+2t的整機應力分布圖
3.工況三
小車位于門機跨中，剛性支腿固定，柔性支腿約束X方向和Z方向，Y方向自由（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z方向）。承受60t的基本載荷（方向垂直向下）和2t的沖擊載荷（方向沿方Y向），沖擊載荷位于柔性支腿與軌道的接觸處。材料屬性與工況一相同，其分析結果如圖11所示。結果顯示，整機最大等效應力值為292MPa，大于材料許用應力177MPa，位于柔性支腿和主梁交接處。這種工況等效于控制系統(tǒng)已經出現(xiàn)問題，大車兩腿沒有一起運動，造成了扭轉，呈現(xiàn)應力過大，如圖11所示。
圖11小車位于門機跨中，承載60t+2t的整機應力分布圖
4.工況四
小車位于門機跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z方向）。承受60t的基本載荷（方向垂直向下）、1.2t的沖擊載荷（方向沿X向）和自身的重力載荷g，沖擊載荷位于柔性支腿與軌道的接觸處。材料屬性與工況一相同，其分析結果如圖12所示。結果顯示，整機最大等效應力值為128MPa，小于材料許用應力177MPa，位于主梁跨中下方。滿足強度和剛度要求。
圖12小車位于門機跨中，承載60t+1.2t+g的整機應力分布圖
5.工況五
小車位于門機跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z方向）。承受60t的基本載荷（方向垂直向下）、1.2t的沖擊載荷（方向沿X向），沖擊載荷位于柔性支腿與軌道的接觸處。材料屬性與工況一相同，其分析結果如圖13和圖14所示。整機最大等效應力值為108MPa，小于材料許用應力177MPa，位于主梁跨中下方，滿足強度和剛度要求。
圖13小車位于門機跨中，承載60t+1.2t的整機應力分布圖
圖14小車位于門機跨中，承載60t+1.2t的整機位移分布圖
三、結論與建議
通過上述計算表明，此桁架起重機裝置的強度、靜剛度及動剛度在控制系統(tǒng)沒有問題的情況下均滿足設計要求；如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將會導致起重機結構的破壞。所以要避免這種情況的發(fā)生。SolidWorks為設計人員提供了設計與分析驗證一體化的解決方案，解決了過去長期困擾工程技術人員計算分析困難的問題，幫助設計人員在設計的同時完成工程分析及計算，不但節(jié)省了材料用量，還能將設計結果成功把握。
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