岸橋中組合撐的節(jié)點(diǎn)板的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

張 帥, 于慧艷, 曾 鵬, 潘嘉昊, 陶 燕

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125；2.上海輝馳包裝設(shè)備有限公司，上海 201900）

岸橋中組合撐的節(jié)點(diǎn)板的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

張 帥1, 于慧艷2, 曾 鵬1, 潘嘉昊1, 陶 燕1

（1.上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125；2.上海輝馳包裝設(shè)備有限公司，上海 201900）

對(duì)岸橋中組合撐的節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)研究，詳細(xì)介紹了組合撐的節(jié)點(diǎn)板的輸入?yún)?shù)，典型輸出參數(shù)及其設(shè)計(jì)條件，并給出了其典型解的參數(shù)化程序。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，大大降低了其設(shè)計(jì)時(shí)間。本文為模型一致，參數(shù)不同的繁雜的重復(fù)性設(shè)計(jì)提供了一種高效便捷的解決方法。

岸邊集裝箱起重機(jī)；組合撐；節(jié)點(diǎn)板；參數(shù)化設(shè)計(jì)

0 引言

岸邊集裝箱起重機(jī)（簡稱“岸橋”）是在碼頭前沿進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)的起重設(shè)備，在港口中應(yīng)用廣泛[1]。隨著運(yùn)輸船舶的大型化、特別是超巴拿馬船的發(fā)展，也隨著近年來海外物流的急速發(fā)展，對(duì)岸橋也提出了更高更快的要求。

隨著岸橋起升高度高，在門框撐管的型式中，組合撐管既增加了門架的剛度，又大大縮短了斜撐桿的長度[2]。而組合撐管以有無頂部撐船分為兩種型式，分別如圖1和圖2所示。雖然組合撐的型式只有兩種，但由于涉及參數(shù)眾多，設(shè)計(jì)條件繁雜，其設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。每個(gè)項(xiàng)目的組合撐節(jié)點(diǎn)板都要重新設(shè)計(jì)，而每次設(shè)計(jì)都會(huì)耗費(fèi)4～5個(gè)小時(shí)的時(shí)間，且一旦有數(shù)據(jù)修改，原本設(shè)計(jì)好的節(jié)點(diǎn)板要再次重新設(shè)計(jì)，耗費(fèi)了大量的時(shí)間。

圖1 無頂部撐的組合撐

模型一致，參數(shù)不同正是參數(shù)化設(shè)計(jì)的用武之地[3]。而Creo軟件以參數(shù)化著稱，其具有全相關(guān)性，即實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序無縫共享數(shù)據(jù)有效消除了因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的參數(shù)化模型的缺陷和錯(cuò)誤[4]。

圖2 有頂部撐的組合撐

1 撐管和節(jié)點(diǎn)板的命名與主要參數(shù)

1.1 撐管和節(jié)點(diǎn)板的命名

因?yàn)橛袩o頂部撐管只是與頂部撐管相關(guān)的節(jié)點(diǎn)板的模型會(huì)不同，而其余撐管的其節(jié)點(diǎn)板的模型都是一樣的，所以共用相同的命名。

如圖1所示，在無頂部撐管時(shí)，撐管命名為撐管1～撐管4，節(jié)點(diǎn)板命名為節(jié)點(diǎn)板1～節(jié)點(diǎn)板4。如圖2所示，在有頂部撐管時(shí)，撐管命名為撐管1～撐管5，與頂部撐管相關(guān)的兩塊節(jié)點(diǎn)板分別命名為節(jié)點(diǎn)板5和節(jié)點(diǎn)板6，其余節(jié)點(diǎn)板與圖1的命名相同。

1.2 輸入?yún)?shù)

為了使模型統(tǒng)一與規(guī)范，將模型有無頂部撐的節(jié)點(diǎn)板都融合到一個(gè)模型中，具體選用時(shí)各取所需即可。如圖3所示，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)板通過或旋轉(zhuǎn)或鏡像，放大后排成兩行三列，從左到右，從上到下依次為節(jié)點(diǎn)板1～節(jié)點(diǎn)板6。

在無頂部撐的情況下輸入?yún)?shù)為28個(gè)（剩下的兩個(gè)參數(shù)采用默認(rèn)值即可），在有頂部撐的情況下輸入?yún)?shù)為30個(gè)。圖3標(biāo)注了這些參數(shù)。

為了讓設(shè)計(jì)人員更清晰的理解這些參數(shù)，特制作輸入?yún)?shù)表加以說明，如表1所示。

表1 輸入?yún)?shù)表

參數(shù)說明參數(shù)說明D撐管3的外徑PHB聯(lián)系橫梁腹板高度DR撐管1的外徑PHCC聯(lián)系橫梁中心面到撐管1與撐管2中心線交點(diǎn)的距離TL撐管4的壁厚PHFT聯(lián)系橫梁在節(jié)點(diǎn)板3處的翼緣板厚度TM撐管3的壁厚HT2海側(cè)立柱在節(jié)點(diǎn)板4（5）處的腹板的厚度TR撐管1的壁厚SHGAO撐管4中心線與海側(cè)立柱中心線的交點(diǎn)與海側(cè)立柱上板下面的距離FUBANC陸側(cè)立柱兩腹板的內(nèi)側(cè)的距離DS撐管5的外徑FT陸側(cè)立柱在節(jié)點(diǎn)板1處的腹板的厚度TS撐管5的壁厚HA撐管2中心線豎直投影長度LT2陸側(cè)立柱在節(jié)點(diǎn)板6處的腹板的厚度HB撐管2中心線水平投影長度FREE腹板內(nèi)側(cè)到翼緣板外側(cè)的距離

1.3 主要輸出參數(shù)

輸出的參數(shù)最主要的就是各個(gè)撐管在節(jié)點(diǎn)板的兩側(cè)的插入深度和根部長度，如圖4所示。而由于特殊性，對(duì)于節(jié)點(diǎn)板4～節(jié)點(diǎn)板6的節(jié)點(diǎn)板的邊界的圓弧半徑也是主要的輸出參數(shù)。

圖3 輸入?yún)?shù)圖

圖4 主要輸出參數(shù)圖

2 節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)條件

節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)的條件較多，包括了以下六個(gè)方面：

1）撐管與翼緣板或腹板的距離，以及撐管之間的距離≥5倍的節(jié)點(diǎn)板的厚度（下文稱“≥5T”）；

2）撐管的插入深度至少為1.35倍的撐管直徑，撐管兩側(cè)的插入深度與根部深度之和的差不應(yīng)超過撐管直徑；

3）節(jié)點(diǎn)板與翼緣板或腹板的邊界滿足倒圓角200mm后向大取整后再多留20mm；

4）撐管插入處的節(jié)點(diǎn)板寬度為80mm，邊界斜度為1:4；

5）節(jié)點(diǎn)板邊界滿足倒圓角150mm～200mm；

6）對(duì)于節(jié)點(diǎn)板4和節(jié)點(diǎn)板5，撐管4在下面的插入深度與根部深度之和的值至少要等于其在上面的值。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)板的具體設(shè)計(jì)條件如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)條件圖

3 典型輸出參數(shù)的解及其程序

由第2節(jié)可知，設(shè)計(jì)條件非常繁雜，導(dǎo)致了每次設(shè)計(jì)的任務(wù)較大。而把每個(gè)設(shè)計(jì)條件都轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)表達(dá)式，并進(jìn)一步編制成計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，雖然這個(gè)過程也很繁雜，但一勞永逸，大大降低了節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)時(shí)間。

對(duì)于參數(shù)求解類似的，本文只給出其典型求解方法，以防贅述。

3.1 典型根部長度的求解

1）撐管4在節(jié)點(diǎn)板1上面的根部長度的求解，只需滿足撐管與腹板的距離≥5T，其參數(shù)化程序如下：

其中CEIL函數(shù)的作用是返回大于或等于指定表達(dá)式的最小整數(shù)[5]。

2）撐管4在節(jié)點(diǎn)板1下面的根部長度的求解，只需滿足撐管4與撐管3的距離≥5T，其參數(shù)化程序如下：

3）撐管3在節(jié)點(diǎn)板1上面的根部長度的求解，需要滿足兩個(gè)條件，一個(gè)是撐管與腹板的距離≥5T，另一個(gè)是撐管插入處滿足倒圓角200mm后，短邊至少剩余30mm的距離，求兩個(gè)條件下根部的長度后取最大值即可，其參數(shù)化程序如下：

4）撐管1在節(jié)點(diǎn)板3右面的根部長度的求解，需要滿足三個(gè)條件，一個(gè)是撐管與翼緣板的距離≥5T，另一個(gè)是撐管與撐管的距離≥5T，還有一個(gè)是兩側(cè)根部長度之差≤撐管的直徑，求三個(gè)條件下的根部長度后取最大值即可，其參數(shù)化程序如下：

3.2 典型插入深度的求解

一般情況下插入深度為1.35倍的撐管的直徑，如撐管4的插入深度的參數(shù)化程序?yàn)椋?/p>

而為了滿足第3節(jié)的條件6），撐管4的插入深度的參數(shù)化程序?yàn)椋?/p>

3.3 典型節(jié)點(diǎn)板邊界的求解

節(jié)點(diǎn)板1～3的邊界求解有兩種方法。

一種方法是用解析法求得邊界，如節(jié)點(diǎn)板1在上部的邊界的程序?yàn)椋?/p>

另一種方法是在Creo的草繪模式下測量并倒圓角后的邊界線到撐管中心線交點(diǎn)的參考長度，把光標(biāo)放在參考尺寸上，獲得尺寸的參數(shù)名，例如是rsd3=2283.39（參考），則其計(jì)算的邊界尺寸為ceil(rsd3/10)×10+10，則其尺寸自動(dòng)參數(shù)化為2300。這種方法與第一種方法求得的結(jié)果是一樣的，可比第一種方法的優(yōu)勢在于不用進(jìn)行公式的推到和程序的編制，而其局限性在于計(jì)算尺寸和參

【】【】考尺寸必須在同一草圖中，其結(jié)果如圖6所示。

節(jié)點(diǎn)板4～6的下邊界可按上述任何一個(gè)方法求解，而上邊界受第3節(jié)條件7）的影響。令RFLT的值是150～200之間的能被10整除的整數(shù)。

圖6 邊界求解

因?yàn)镃reo本身沒有循環(huán)語句，但我們可以通過重復(fù)使用IF函數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)我們預(yù)想的功能。其實(shí)現(xiàn)的程序如下：

4 結(jié)論

1）對(duì)模型一致，數(shù)據(jù)不同的繁雜重復(fù)設(shè)計(jì)，參數(shù)化不僅能大大降低設(shè)計(jì)時(shí)間，且設(shè)計(jì)精準(zhǔn)可靠。這也為其他具有繁雜設(shè)計(jì)條件的零件的參數(shù)化提供了新的思路。

2）Creo編程簡單實(shí)用，參數(shù)與關(guān)系的更新非常方便。

3）在能推到其解析解的情況下，設(shè)計(jì)條件越是繁雜，參數(shù)越是眾多，此種方法的優(yōu)勢越是明顯。

[1] 曾鵬,嚴(yán)云福,張明海,等.岸邊集裝箱起重機(jī)門框水平撐管有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2013(1):14-17.

[2] 符敦鑒.岸邊集裝箱起重機(jī)[M].湖北:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2007,10.

[3] 張帥.折臂式隨車起重機(jī)參數(shù)化動(dòng)力學(xué)仿真分析[D].太原科技大學(xué),2014.

[4] 李少海.基于CREO平臺(tái)的齒輪軸參數(shù)化實(shí)現(xiàn)及二次開發(fā)[J].煤礦機(jī)械,2015,36(10):273-274.

[5] 王翠濱.基于Pro/ENGINEER的鉆機(jī)井架參數(shù)化設(shè)計(jì)與仿真[D].中國石油大學(xué)(華東),2014.

Parametric design research of combined braces’ gusset plate on STS

ZHANG Shuai1, YU Hui-yan2, ZENG Peng1, PAN Jia-hao1, TAO Yan1

TH122

：A

1009-0134(2017)03-0115-04

2016-10-23

張帥（1986 -），男，河北唐山人，碩士，研究方向?yàn)榘稑蚪Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。