岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索

梁志峰

【摘 要】在進(jìn)行岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)參數(shù)分析、岸橋金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)方式、岸橋金屬結(jié)構(gòu)的選擇形式、岸橋金屬結(jié)構(gòu)三維工程圖的實(shí)現(xiàn)、輸出模型的分析驗(yàn)證等進(jìn)行了深入研究，并對(duì)其設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)部分進(jìn)行了討論，希望可以為岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】岸邊集裝箱起重機(jī)；金屬結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)分析

0 前言

國(guó)內(nèi)起重機(jī)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展不斷進(jìn)步，做好其相應(yīng)的設(shè)計(jì)也就顯得極為重要。對(duì)于岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其依托于二維CAD來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是其設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)也較為明顯。探索其更好的設(shè)計(jì)方式，尤其結(jié)合當(dāng)前的現(xiàn)代化技術(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就更應(yīng)當(dāng)成為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

1 金屬機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)象結(jié)構(gòu)往往具有一定的穩(wěn)定性，其通過(guò)參數(shù)可以進(jìn)行尺寸關(guān)系的約定。所進(jìn)行的設(shè)計(jì)需要將圖形尺寸與設(shè)計(jì)條件應(yīng)當(dāng)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，將設(shè)計(jì)條件與圖形尺寸關(guān)聯(lián)到一起，也就是說(shuō)將圖形尺寸作為設(shè)計(jì)條件的函數(shù)。設(shè)計(jì)條件一旦發(fā)生變化，圖形尺寸也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化。無(wú)論功能布局，還是幾何拓?fù)潢P(guān)系，這些都是固定不變的，只有尺寸參數(shù)進(jìn)行改變，這就是參數(shù)化設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)。在對(duì)系列化產(chǎn)品建模參數(shù)化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面對(duì)圖形需要改變的尺寸進(jìn)行分析。在對(duì)同一系列產(chǎn)品進(jìn)行第二次設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)第一次設(shè)計(jì)進(jìn)行修改來(lái)完成。在對(duì)同一系列產(chǎn)品進(jìn)行第二次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，關(guān)于設(shè)計(jì)方法方面，應(yīng)用的是布局草圖裝配Top-Down裝配，能夠?qū)Σ季?、骨架模型與零配件的裝配關(guān)系，進(jìn)行充分利用，對(duì)于裝配中的零件，設(shè)計(jì)人員能夠自行開(kāi)展修改與替換工作，通過(guò)對(duì)布局草圖參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制，就能夠使整個(gè)產(chǎn)品模型驅(qū)動(dòng)起來(lái)，進(jìn)而形成三維實(shí)體模型。

1.2 驅(qū)動(dòng)參數(shù)分析

對(duì)于岸橋金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)而言，其最終目標(biāo)就是只需要對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行相關(guān)輸入，就能夠取定產(chǎn)品的金屬結(jié)構(gòu)形式，以及相應(yīng)尺寸，從而讓產(chǎn)品的三維模型、材料明細(xì)表、圖紙等都通過(guò)其相應(yīng)的尺寸予以自動(dòng)形成，這過(guò)程中，可以對(duì)三維和工程圖設(shè)計(jì)環(huán)境予以利用，達(dá)到更好的人機(jī)互動(dòng)效應(yīng)，還可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行局部修改。通過(guò)相關(guān)統(tǒng)計(jì)和分析工作開(kāi)展，利用兩種比較常見(jiàn)的金屬結(jié)構(gòu)形式，即單斜撐和復(fù)合斜撐來(lái)對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，Pro/E是進(jìn)行建模的重要通道，能夠?qū)?shù)進(jìn)行優(yōu)化確定，而且還能夠?qū)Ω鞣N零配件建立三維模型。在模板中，包括許多信息鏈接或詳細(xì)信息，省去了許多繁瑣過(guò)程，使工作中零件附加信息的關(guān)聯(lián)性得到保證。在布局草圖中，尤其在進(jìn)行自頂向下的裝配中，需要依托于三個(gè)基準(zhǔn)面來(lái)進(jìn)行繪制，這樣既可以對(duì)結(jié)構(gòu)零配件進(jìn)行尺寸和位置的確定，也可以讓其以更具透視化的形式予以展現(xiàn)。在對(duì)草圖進(jìn)行繪制時(shí)，應(yīng)當(dāng)將草圖線段控制在最少范圍內(nèi)，在零件和草圖之中對(duì)裝配與約束關(guān)系進(jìn)行添加，這樣能夠使各個(gè)零件之間的獨(dú)立得到保證，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤零件也不會(huì)對(duì)整個(gè)裝配體造成影響。

1.3 岸橋金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)方式

通過(guò)詳細(xì)分析岸橋金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)計(jì)規(guī)則，能夠?qū)Π稑蚪饘俳Y(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主輸入?yún)?shù)進(jìn)行確定，也就是客戶所關(guān)心的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在對(duì)主參數(shù)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)時(shí)，在主輸入?yún)?shù)的基準(zhǔn)參照方面，主要是陸地軌道面和小車(chē)軌道面。例如：在起升高度方面，在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，是將小車(chē)軌道面的高度作為參照來(lái)進(jìn)行，之后將小車(chē)軌道面與前后大梁、海陸側(cè)上橫梁的高度尺寸關(guān)聯(lián)到一起，依此來(lái)開(kāi)展逐級(jí)驅(qū)動(dòng)工作。

1.4 岸橋金屬結(jié)構(gòu)的選擇形式

在對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇的過(guò)程中，可以選用統(tǒng)計(jì)分析的方式，從而讓各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比確定。前大梁外拉桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)，則可以在23度、24度、25度之間進(jìn)行對(duì)比選擇，這幾個(gè)角度也是常用角度，從而進(jìn)行優(yōu)化確定。當(dāng)前伸距發(fā)生變化時(shí)，前大梁外拉桿鉸點(diǎn)與大梁最前段的距離變化不明顯，可以將其當(dāng)成固定值，因此，當(dāng)前伸距參數(shù)驅(qū)動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)外拉桿角度關(guān)系式，對(duì)梯形架高度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)前大梁中拉桿的鉸點(diǎn)位置進(jìn)行確定。除此之外，依據(jù)岸橋設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)以及有限元的相關(guān)分析驗(yàn)證，能夠?qū)崿F(xiàn)不同型號(hào)岸橋主要梁截面尺寸形式的總結(jié)，有利于選擇后續(xù)程序驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠?qū)罄m(xù)有限元分析驗(yàn)證的時(shí)間予以高效減少。

1.5 岸橋金屬結(jié)構(gòu)三維工程圖的實(shí)現(xiàn)

工程圖優(yōu)化調(diào)整所添加的功能模塊，主要是由于企業(yè)生產(chǎn)所需要，自行生成的工程圖，與企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合。在對(duì)工廠圖庫(kù)進(jìn)行建立的過(guò)程中，離不開(kāi)Pro/E三維模型和二維圖紙關(guān)聯(lián)性的輔助作用，能夠?qū)εc三維模型相關(guān)聯(lián)的工程圖文件進(jìn)行生成。一旦生成新產(chǎn)品的三維模型，當(dāng)工程圖的尺寸、標(biāo)注、焊接符號(hào)以及視圖位置，與相關(guān)要求與規(guī)定不符合時(shí)，只需運(yùn)用相關(guān)程序就可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要依照相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙來(lái)對(duì)所要設(shè)計(jì)的尺寸、焊接符號(hào)、標(biāo)注等等方面進(jìn)行核對(duì)，并做好相應(yīng)記錄，在進(jìn)行三維模型建立過(guò)程中，則需要依托于之前預(yù)先計(jì)算并記錄的位置來(lái)作為參數(shù)，從而讓其與所新生成的工程圖予以關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)，并將相應(yīng)的換算比納入進(jìn)來(lái)，從而使視圖位置更為精準(zhǔn)、正確。

1.6 輸出模型的分析驗(yàn)證

利用Pro/E三維模型，能夠?qū)崿F(xiàn)岸橋金屬結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)和虛擬裝配工作，然而，在參數(shù)化設(shè)計(jì)的模型之中，仍然需要開(kāi)展相關(guān)的分析和驗(yàn)證工作。利用分析計(jì)算有限元的梁?jiǎn)挝唬髮?duì)一些重點(diǎn)受力部位，在開(kāi)展相關(guān)殼單元和實(shí)體單元的計(jì)算工作，最后岸橋?qū)嶋H應(yīng)用設(shè)計(jì)模型和工程圖就能夠完成。

2 岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)注意

現(xiàn)階段，在岸邊集裝箱起重機(jī)方面，大部分因?yàn)殡p箱梁式。通過(guò)對(duì)各種工況進(jìn)行計(jì)算，關(guān)于最大應(yīng)力部位方面，主要有六個(gè)位置，即水側(cè)門(mén)框根部、前大梁上鉸耳板上、前拉桿與梯形門(mén)架連接處、前大梁的腹板與上翼緣板連接處、后大梁小車(chē)輪壓加載處以及后大梁與陸側(cè)橫梁連接板上。由于局部應(yīng)力的變化，所以對(duì)金屬結(jié)構(gòu)造成破壞，結(jié)構(gòu)局部設(shè)計(jì)處理工作，與起重機(jī)的使用安全和壽命有著直接關(guān)系。關(guān)于局部細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的處理方法方面，主要包括：第一，在拉桿連接耳板位置處，與上面重磅板進(jìn)行連接時(shí)，應(yīng)當(dāng)留出縫隙，關(guān)于間隙尺寸方面，最適宜間隙為連接板厚度的五倍，最低不得少于連接板厚度三倍。第二，在陸側(cè)橫梁上的耳板位置處，在焊接拉桿時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)連接耳板的可曲性進(jìn)行認(rèn)真考慮。關(guān)于焊縫凈距離方面，最適宜為板厚五倍，最低不得少于板厚三倍。在設(shè)計(jì)拉桿頭部時(shí)，也應(yīng)當(dāng)對(duì)連接的柔性距離，進(jìn)行認(rèn)真考慮，關(guān)于凈距離方面，最適宜凈距離為五倍板厚，最低不得少于板厚的三倍。第三，雖然有的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)FCM與NFCM的區(qū)別沒(méi)有進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，但是二者之間存在著明顯差異。在設(shè)計(jì)方面，在對(duì)FCM板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所采取的措施包括運(yùn)用UT、對(duì)材料進(jìn)行加厚與更換等等。與此同時(shí)，在焊接FCM板的自由邊時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重保留出10mm位置。此外，還要注重開(kāi)展定期檢驗(yàn)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用岸橋金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠明顯提升設(shè)計(jì)效率，對(duì)于三維軟件比較陌生的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，也能夠順利將預(yù)期產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)，通過(guò)軟件環(huán)境能夠分析干涉檢查、有限元以及虛擬裝備等等，將設(shè)計(jì)研究人員從繁瑣復(fù)雜的系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中“解救出來(lái)”，能夠全身心投入到新產(chǎn)品研發(fā)工作中去，迅速加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，從而讓岸邊集裝箱起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)符合個(gè)性化市場(chǎng)要求。

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[責(zé)任編輯：張濤]