基于Solidworks的桥式起重机主梁有限元分析
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基于 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ的桥 式 起 重 机 主 梁 有 限元分 析
司伟 丛 （ 秦皇岛 港股份有限 公司 第三分 公司）
摘要： 本 文针 对桥 式 起 重机 的结 构特 点 ， 采 用 三 维 设 计 软 件 ｗｏ ｒ ｋ ｓ是 ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ环 境 下 的 三维 机 械 Ｃ ＡＤ软 件 。 采 用
的。桥 式起 重 机 主要 由大 梁 ， 起升 装 置 ， 端梁 ， 大 梁行 走机
产 品模 型 的修 改通 过尺 寸 设备 管理 人 员 ， 有关领 导 及天 车、 起 重工 的 重视 叫。 本 文所 通过调 整 参数 来修 改 设计 模 型。 通 过 给 定 的几 组 参 数值 ， 实现 了系列 零 件 或标 研 究对 象 的技术 特性表 和 材料 分 别在表 １ ， 表 ２中列 出。 驱 动 实现 ，
７ ９ ９１ ５ Ｋ ｇ
准件 的 自动 生成。约束 的 引入 使 对设计 目标依 赖 关系 的描 述成 为 可能。 ２ ． １ ． ３ 基于 特征 的参 数化 建模 。基于 特征 的参 数化 建 模 综 合运 用 参 数化 特征 造 型 的变量 几 何 法和 基 于 生 成 历 程 法这两 种造 型 方法 实现特征 的构 造和 编辑。基于 特征 的 参数 化建模 是 新型 的 Ｃ ＡＤ建模 方法 ， 是Ｃ ＡＤ ／ Ｃ ＡＰ Ｐ ／ Ｃ Ａ Ｍ
表 １ 技 术 特 性 表
最 大 起 升 钢 板 重 量 最 大 起 升 高 度 速 度 １ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ ＋１ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ １ ５ ０ ０ ０ ｍｍ 主 起 升 ７ ． ９ ｍ／ ｍｉ ｎ 小 车 运 行 ３ ７ ． ４ ｍ／ ｍｉ ｎ 起 重机 运 行 ９ １ ． ３ ｍ／ ｍｉ ｎ
的考虑。 关键词 ： 桥式起重机 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 主 梁
术 特点 是 ： （ １ ） 基 于特 征 。将某 些具 有代表 性 的平面 几何 形 状 定 义 为特征 ， 并 将 其所 有 尺 寸存 为可调 参 数 ， 进 而 形 成
实体 ， 以此 为基 础来 进行 更 为复 杂 的几何 形体 的构 造 。② 通 过尺 寸 约束 桥 式起重 机 的大梁横 跨于 跨间内一 定高度 的专 用轨 道 全尺 寸 约束 。将 形状 和 尺 寸联 系起来 考虑 ， 来 实现 对几何 形状 的控 制。③ 尺 寸驱 动 设计。通过 编辑尺 上， 可沿着轨 道在 跨 间的纵 向移动 ， 在 大 梁上布 置有 起升 装 尺 寸 参数 的修 改将 导致 其 置， 大多数起 升 装置采 用起 重小车 ， 起升 装置 可沿着 大梁在 寸 数值来 驱 动几 何 形状 的 改变 ， 他 相 关模 块 中 的相 关尺 寸 的全盘 更新 。 采用 这种 技术 的理 跨 问横 向移 动 ， 外 观像 是一 条金属 的桥 梁 ， 所 以人们 称 为桥 几何 形 式起 重机 。 桥 式起 重机也俗 称 “ 天车” 。 本 文采用三 维设计软 由在 于 它 能够彻 底 的克 服 自由建 模 的无 约束状 态 ， ０ 引 言 ４ １ 。 件ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ分析 了 目前 在研 究桥 式 起 重机 中存在 的 问 状均 以尺 寸 的形式 而被 牢牢地 控 制住１ ２ ． １ ． １ 基于 尺 寸驱 动 的参 数化 建模 。基于 尺寸 驱动 的 题， 对桥 式起 重机 的主 梁进行 了建模 和相 应 的理 论计 算 ， 然 后 对其进行 有 限元分析 ，找 出 了主梁容 易发 生疲劳 损伤 的 参 数 化建 模 通 过 对模 型 的几 何尺 寸进 行 修 改 实现 对 图形 的修 改 。 它是应 用最 为 广泛 的建 模 方法 ， 也是 最基 本 的 方 部位 ， 为 以后设计 、 运行 与维护提供 理论依 据 Ｉ 。 法。 事 实上 ， 无论其 余 的方 法利用 什么来 改 变图形 ， 基本 上 １ 研究 对 象 都 是通过 几何尺 寸的 改变来 实现 的。 尽 管桥 式起 重机 的类 型 繁 多 ，但 其 基 本 结 构是 相 同 ２ ． １ ． ２ 基于 约 束驱 动 的参 数化 建模 。在维 持几 何 约束 关 系不 变 的前提 下 ，通 过 约束值 的修 改 实现 系统 的 变化 ， 构， 起升装置行走机构 ， 轨 道 和 电气 动 力 ， 控 制 装 置 等 构 它 成。 主 梁 变形 一般 是 指主 梁上 拱严 重减 少和 残余 下挠 （ 空 几何 约 束驱 动本 质上 是 一个 集合 实体 约束 满足 的过 程 ， 通 过 一定 的约 束规 划 和推 理 方法 实现 集 合 实体 的空 间 定 载时， 起 重机 主梁低 于 水平 线 的下 挠值 ） ， 这对 起 重机 的安 基于 几何 约 束 的参 数化 建模 用几何 约束 来表达 产 品模 全使 用 和承 载 能力 都将 产 生严 重 影 响 ， 甚 至 可 能发生 人 身 位 。 型 的 形状 特 征 ， 定 义 一组 参 数 以控 制 设计 结 果 ， 从 而 能 够 和 设 备 事故 ， 所 以 主梁 变 形 与 设备 安 全 密 切相 关 ， 应 引 起
三 维 模 型 ，并 对 其 进 行 了 应 力 分 析 与 位 移 分 析 。 分 析 指 出 主 梁腹 板 截面 突 变 处存 在 严 重 应 力
ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ用 户界 面 ， 具 有三 维 Ｃ ＡＤ软 件 一贯 提倡 的易 用 性、 高效 性和 功 能强 大 ， 完 整 的提 供 了产 品设计 的解 决 方
集 中， 降低 了桥 式 起 重机 的承 载 力 ， 对桥 式起 重机 的正 常 运 行 过 程 存 案 。 目前 ， 使用 ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ软件 进行 参数化 建模 的主 要技 在 安 全 影 响。 因 此 有 必 要在 改造 桥 式 起 重 机 时 ， 对 主梁 腹 板 进 行 特 殊
司伟 丛 （ 秦皇岛 港股份有限 公司 第三分 公司）
摘要： 本 文针 对桥 式 起 重机 的结 构特 点 ， 采 用 三 维 设 计 软 件 ｗｏ ｒ ｋ ｓ是 ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ环 境 下 的 三维 机 械 Ｃ ＡＤ软 件 。 采 用
的。桥 式起 重 机 主要 由大 梁 ， 起升 装 置 ， 端梁 ， 大 梁行 走机
产 品模 型 的修 改通 过尺 寸 设备 管理 人 员 ， 有关领 导 及天 车、 起 重工 的 重视 叫。 本 文所 通过调 整 参数 来修 改 设计 模 型。 通 过 给 定 的几 组 参 数值 ， 实现 了系列 零 件 或标 研 究对 象 的技术 特性表 和 材料 分 别在表 １ ， 表 ２中列 出。 驱 动 实现 ，
７ ９ ９１ ５ Ｋ ｇ
准件 的 自动 生成。约束 的 引入 使 对设计 目标依 赖 关系 的描 述成 为 可能。 ２ ． １ ． ３ 基于 特征 的参 数化 建模 。基于 特征 的参 数化 建 模 综 合运 用 参 数化 特征 造 型 的变量 几 何 法和 基 于 生 成 历 程 法这两 种造 型 方法 实现特征 的构 造和 编辑。基于 特征 的 参数 化建模 是 新型 的 Ｃ ＡＤ建模 方法 ， 是Ｃ ＡＤ ／ Ｃ ＡＰ Ｐ ／ Ｃ Ａ Ｍ
表 １ 技 术 特 性 表
最 大 起 升 钢 板 重 量 最 大 起 升 高 度 速 度 １ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ ＋１ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ １ ５ ０ ０ ０ ｍｍ 主 起 升 ７ ． ９ ｍ／ ｍｉ ｎ 小 车 运 行 ３ ７ ． ４ ｍ／ ｍｉ ｎ 起 重机 运 行 ９ １ ． ３ ｍ／ ｍｉ ｎ
的考虑。 关键词 ： 桥式起重机 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 主 梁
术 特点 是 ： （ １ ） 基 于特 征 。将某 些具 有代表 性 的平面 几何 形 状 定 义 为特征 ， 并 将 其所 有 尺 寸存 为可调 参 数 ， 进 而 形 成
实体 ， 以此 为基 础来 进行 更 为复 杂 的几何 形体 的构 造 。② 通 过尺 寸 约束 桥 式起重 机 的大梁横 跨于 跨间内一 定高度 的专 用轨 道 全尺 寸 约束 。将 形状 和 尺 寸联 系起来 考虑 ， 来 实现 对几何 形状 的控 制。③ 尺 寸驱 动 设计。通过 编辑尺 上， 可沿着轨 道在 跨 间的纵 向移动 ， 在 大 梁上布 置有 起升 装 尺 寸 参数 的修 改将 导致 其 置， 大多数起 升 装置采 用起 重小车 ， 起升 装置 可沿着 大梁在 寸 数值来 驱 动几 何 形状 的 改变 ， 他 相 关模 块 中 的相 关尺 寸 的全盘 更新 。 采用 这种 技术 的理 跨 问横 向移 动 ， 外 观像 是一 条金属 的桥 梁 ， 所 以人们 称 为桥 几何 形 式起 重机 。 桥 式起 重机也俗 称 “ 天车” 。 本 文采用三 维设计软 由在 于 它 能够彻 底 的克 服 自由建 模 的无 约束状 态 ， ０ 引 言 ４ １ 。 件ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ分析 了 目前 在研 究桥 式 起 重机 中存在 的 问 状均 以尺 寸 的形式 而被 牢牢地 控 制住１ ２ ． １ ． １ 基于 尺 寸驱 动 的参 数化 建模 。基于 尺寸 驱动 的 题， 对桥 式起 重机 的主 梁进行 了建模 和相 应 的理 论计 算 ， 然 后 对其进行 有 限元分析 ，找 出 了主梁容 易发 生疲劳 损伤 的 参 数 化建 模 通 过 对模 型 的几 何尺 寸进 行 修 改 实现 对 图形 的修 改 。 它是应 用最 为 广泛 的建 模 方法 ， 也是 最基 本 的 方 部位 ， 为 以后设计 、 运行 与维护提供 理论依 据 Ｉ 。 法。 事 实上 ， 无论其 余 的方 法利用 什么来 改 变图形 ， 基本 上 １ 研究 对 象 都 是通过 几何尺 寸的 改变来 实现 的。 尽 管桥 式起 重机 的类 型 繁 多 ，但 其 基 本 结 构是 相 同 ２ ． １ ． ２ 基于 约 束驱 动 的参 数化 建模 。在维 持几 何 约束 关 系不 变 的前提 下 ，通 过 约束值 的修 改 实现 系统 的 变化 ， 构， 起升装置行走机构 ， 轨 道 和 电气 动 力 ， 控 制 装 置 等 构 它 成。 主 梁 变形 一般 是 指主 梁上 拱严 重减 少和 残余 下挠 （ 空 几何 约 束驱 动本 质上 是 一个 集合 实体 约束 满足 的过 程 ， 通 过 一定 的约 束规 划 和推 理 方法 实现 集 合 实体 的空 间 定 载时， 起 重机 主梁低 于 水平 线 的下 挠值 ） ， 这对 起 重机 的安 基于 几何 约 束 的参 数化 建模 用几何 约束 来表达 产 品模 全使 用 和承 载 能力 都将 产 生严 重 影 响 ， 甚 至 可 能发生 人 身 位 。 型 的 形状 特 征 ， 定 义 一组 参 数 以控 制 设计 结 果 ， 从 而 能 够 和 设 备 事故 ， 所 以 主梁 变 形 与 设备 安 全 密 切相 关 ， 应 引 起
三 维 模 型 ，并 对 其 进 行 了 应 力 分 析 与 位 移 分 析 。 分 析 指 出 主 梁腹 板 截面 突 变 处存 在 严 重 应 力
ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ用 户界 面 ， 具 有三 维 Ｃ ＡＤ软 件 一贯 提倡 的易 用 性、 高效 性和 功 能强 大 ， 完 整 的提 供 了产 品设计 的解 决 方
集 中， 降低 了桥 式 起 重机 的承 载 力 ， 对桥 式起 重机 的正 常 运 行 过 程 存 案 。 目前 ， 使用 ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｓ软件 进行 参数化 建模 的主 要技 在 安 全 影 响。 因 此 有 必 要在 改造 桥 式 起 重 机 时 ， 对 主梁 腹 板 进 行 特 殊
