基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的門(mén)式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析

1、 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的門(mén)式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析摘要造船起重機(jī)械設(shè)計(jì)多根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)公式采用常規(guī)的靜態(tài)設(shè)計(jì),周期長(zhǎng),成本高,性能差?；谔摂M樣機(jī)技術(shù),本文利用Pro/Engineer 與ADAMS 聯(lián)合建模方法,建立了300t 造船門(mén)式起重機(jī)的三維實(shí)體模型,并將起重機(jī)模型導(dǎo)入ADAMS 軟件,對(duì)部件施加相應(yīng)的約束和載荷,最終建立起虛擬樣機(jī)。對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析,實(shí)現(xiàn)了門(mén)式起重機(jī)在各種工況下運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)間變化的過(guò)程,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性,預(yù)覽了產(chǎn)品性能,重現(xiàn)并分析了典型事故。仿真分析數(shù)據(jù)可用于估計(jì)和準(zhǔn)確推斷實(shí)際運(yùn)行的各種數(shù)據(jù),為門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了依據(jù),為

2、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定的高性能門(mén)式起重機(jī)提供了有力的工具和實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞門(mén)式起重機(jī);建模;ADAMS 軟件;虛擬樣機(jī);仿真中圖分類號(hào)TH210文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1000-7857(201002-0039-07胡曉光1,隋允康1,丁克勤2,宇慧平11.北京工業(yè)大學(xué)工程數(shù)值模擬中心,北京1001242.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院,北京100013Dynamic Simulation of Gantry Crane Based on Virtual Prototype Technology收稿日期:2009-10-16基金項(xiàng)目:“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAK02B04-02-01;國(guó)

3、家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(10872012;北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30933019;工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(GZ0819;高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20060005010作者簡(jiǎn)介:胡曉光,碩士研究生,研究方向?yàn)橛?jì)算力學(xué)和多學(xué)科優(yōu)化,電子信箱:huxiaoguang_1985 ;隋允康(通信作者,中國(guó)科協(xié)所屬全國(guó)學(xué)會(huì)個(gè)人會(huì)員登記號(hào):S030000050S ,教授,研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和多學(xué)科優(yōu)化,電子信箱:ysuiHU Xiaoguang 1,SUI Yunkang 1,DING Keqin 2,YU Huiping 11.Numerical Simulation Center

4、for Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China2.China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100013,ChinaAbstractThe design of shipbuilding gantry crane is mostly based on static methods,using statistics of similar products and empiricalformula,which often

5、 means a long cycle,high-cost and low-quality.In this paper,based on the technique of virtual prototype,a virtual prototype model of 300t shipbuilding gantry crane is established by integrating Pro/Engineer with ADAMS,that is,using the three -dimensional solid modeling software Pro/Engineer to estab

6、lish three-dimensional model of the system,then importing the model to ADAMS and adding corresponding constraints and loads on the components.With the virtual prototype,dynamic simulation of the multi -body system is carried out,including the running states of the mechanism under various working con

7、ditions.The simulation validates the design,shows the performance of production,reproduces typical accidents in true conditions and analyzes the causes of these accidents.Simulation results can be used to estimate parameters related with the gantry crane in actual running conditions,provide a refere

8、nce for the dynamic analysis of gantry crane's structural strength and dynamic design for economic,credible,stable and high-performance shipbuilding gantry crane.Keywords gantry crane;modeling;ADAMS software;virtual prototype technology;emulation研究論文(Articles 科技導(dǎo)報(bào)2010,28(239 0引言門(mén)式起重機(jī)具有起重量大、操作簡(jiǎn)單、

9、起重靈活、可實(shí)現(xiàn)雙向移動(dòng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于造船廠、露天料場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)碼頭、車(chē)站、建筑工地等場(chǎng)所。造船業(yè)務(wù)迅速發(fā)展,決定造船起重機(jī)械發(fā)展趨勢(shì):大型化、高速化、自動(dòng)化、智能化,對(duì)設(shè)計(jì)和性能要求也越來(lái)越高:質(zhì)量輕、剛度好、工作空間大、工作速度快、作業(yè)效率高。由于門(mén)式起重機(jī)用途廣泛,受各種使用和安裝條件的影響,規(guī)格繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,各構(gòu)件間關(guān)系復(fù)雜,產(chǎn)品具有較強(qiáng)的針對(duì)性,設(shè)計(jì)工作量重,采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法已無(wú)法滿足需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用以及CAD技術(shù)在工程各個(gè)領(lǐng)域的不斷滲透,起重機(jī)械的設(shè)計(jì)必然要與計(jì)算機(jī)相結(jié)合,應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)軟件,提高設(shè)計(jì)精度,縮短設(shè)計(jì)周期,降低設(shè)計(jì)成本,提高起

10、重機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)起重機(jī)械的相關(guān)研究主要集中在對(duì)起重機(jī)械結(jié)構(gòu)局部或整體工作過(guò)程動(dòng)作和受載情況的動(dòng)態(tài)仿真。長(zhǎng)期以來(lái),起重機(jī)設(shè)計(jì)都是將動(dòng)態(tài)問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜態(tài)問(wèn)題處理,一些國(guó)家和國(guó)際起重機(jī)協(xié)會(huì)的起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范均采用一個(gè)動(dòng)載系數(shù)來(lái)考慮這種動(dòng)力影響。雖然這樣可使問(wèn)題簡(jiǎn)單化,但其最大缺陷是不能較為準(zhǔn)確地反映起重機(jī)的實(shí)際工況和動(dòng)態(tài)性能,導(dǎo)致分析和設(shè)計(jì)計(jì)算的不合理及不準(zhǔn)確性。國(guó)外學(xué)者對(duì)起重機(jī)起升過(guò)程的兩個(gè)階段(貨載離地前、后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,初步揭示了起重機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。Bpayue1系統(tǒng)地論述了起重機(jī)統(tǒng)計(jì)動(dòng)力學(xué)的研究方法,以控制論為依據(jù)解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,并提出概率設(shè)計(jì)方法。Delft工業(yè)大學(xué)1通過(guò)

11、分析橋式起重機(jī)建立了運(yùn)動(dòng)方程,并用有限元離散法建立的多自由度模型計(jì)算了橋架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力變形和起重機(jī)運(yùn)行特性。Tanizumi Kazuya2運(yùn)用狀態(tài)軌跡和Newton-Raphson方法確定的速度模式來(lái)研究起重機(jī)載荷的振蕩。日本長(zhǎng)岡技術(shù)科學(xué)大學(xué)對(duì)裝卸機(jī)械的特點(diǎn)提出了機(jī)能設(shè)計(jì)的概念,機(jī)械的機(jī)能、構(gòu)造、方式等是設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),由于機(jī)械系統(tǒng)是由許多裝置組成,所以只能在確定各裝置所必須的機(jī)能后,才能圓滿地設(shè)計(jì)這些機(jī)械裝置。對(duì)裝卸機(jī)械與所有工程機(jī)械進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)能更好地滿足用戶的需要,由靜態(tài)設(shè)計(jì)向動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)發(fā)展是一個(gè)必然趨勢(shì),未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)必以動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)為主。不斷涌現(xiàn)出較為成功的以系統(tǒng)建模與

12、仿真技術(shù)為核心的商業(yè)軟件中,應(yīng)用最廣泛的是美國(guó)MDI公司的虛擬樣機(jī)技術(shù)商業(yè)軟件機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS。它集成了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論成果和參數(shù)化的建模工具,可進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的求解器,功能強(qiáng)大的后處理模塊和可視化界面等,極大地提高了機(jī)械系統(tǒng)仿真的效率。然而這些軟件在建模方面還有很多不足,尤其是一些復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)零、部件的三維建模很難實(shí)現(xiàn),必須借助專業(yè)的CAD三維建模軟件,聯(lián)合建立機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型3。當(dāng)前,選用美國(guó)PTC公司的Pro/Engineer(Pro/E和ADAMS聯(lián)合進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真研究是一種較實(shí)用、較流行的仿真方案。應(yīng)用這種虛擬樣機(jī)技術(shù)可以建立任何系統(tǒng)

13、模型的動(dòng)力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析和仿真,可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期檢驗(yàn)產(chǎn)品性能、減少產(chǎn)品缺陷、優(yōu)化設(shè)計(jì)、縮短研制周期、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文利用Pro/E和ADAMS建立造船門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī),對(duì)若干工況進(jìn)行虛擬試驗(yàn),收到良好的效果。1建立幾何模型采用Pro/E與ADAMS聯(lián)合建模的方法,利用Pro/E軟件對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行三維實(shí)體建模、裝配;在裝配狀態(tài)下進(jìn)入MECHANISM/Pro(MECH/Pro模塊,在該模塊下定義剛體,之后還可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建Markers、Forces、Constraints等;完成模型后,生成aview.cmd文件,可以將該文件加載到

14、ADAMS/ Solver(ADAMS的求解器中直接進(jìn)行動(dòng)力學(xué)求解,也可以將該文件加載到ADAMS/View或其他專用模塊(如ADAMS/ Flex、ADAMS/Car、ADAMS/Engine等中,添加更復(fù)雜的約束副或驅(qū)動(dòng)后,再用ADAMS/Solver進(jìn)行仿真分析,相關(guān)流程如圖1所示。1.1用Pro/E三維建模軟件建立樣機(jī)的幾何模型完整的門(mén)式起重機(jī)幾何模型包括許多零部件,仿真分析建立完整的幾何模型既費(fèi)時(shí),也沒(méi)有必要。根據(jù)門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)模型進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化,模型由主梁、剛性支腿、柔性支腿、上小車(chē)、下小車(chē)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)等組成,如圖2所示。在導(dǎo)入ADAMS/View界面后,可根據(jù)具體情況合

15、理修改和補(bǔ)充其余零部件。圖1工作流程圖Fig.1Flowchart of the simulation研究論文(Articles 40科技導(dǎo)報(bào)2010,28(2 構(gòu)件名稱正面風(fēng)載荷風(fēng)力系數(shù)迎風(fēng)面積/m 2迎風(fēng)面積/m 2小車(chē)主梁支腿1支腿21.31.31.31.3 6.91100.313.9913.99 5.523.2713.0513.05風(fēng)力系數(shù)1.31.31.31.3側(cè)面風(fēng)載荷1.2Pro/E 模型與ADAMS 幾何模型轉(zhuǎn)換三維模型轉(zhuǎn)換為ADAMS 環(huán)境下的幾何模型通常有兩種方法:利用Pro/E 的MECH/Pro 接口程序?qū)階DAMS ;運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)格式的圖形文件實(shí)行幾何模型轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)對(duì)比

16、研究發(fā)現(xiàn),采用MECH/Pro 無(wú)縫接口導(dǎo)入幾何模型,如圖3、圖4所示,可以減少模型轉(zhuǎn)換過(guò)程中幾何信息的丟失。2在ADAMS/View 下創(chuàng)建虛擬樣機(jī)建立能夠反映門(mén)式起重機(jī)真實(shí)情況的各種約束關(guān)系并施加合理的載荷和各種運(yùn)動(dòng),是基于虛擬樣機(jī)的門(mén)式起重機(jī)虛擬仿真是否準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵所在,本文在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定了模型各構(gòu)件間的約束關(guān)系、模型所受的風(fēng)載荷及模型的運(yùn)動(dòng)。2.1起重機(jī)虛擬樣機(jī)模型各構(gòu)件之間的約束關(guān)系剛性支腿上下兩端及地平梁為焊接,在樣機(jī)中簡(jiǎn)化為固定連接;柔性腿上端與主梁之間為柔性鉸,簡(jiǎn)化為球鉸;所有輪子與車(chē)體的連接、平衡梁與地平梁的銷(xiāo)釘,均簡(jiǎn)化為旋轉(zhuǎn)副;大車(chē)通過(guò)8個(gè)車(chē)輪與軌道接觸,產(chǎn)生法

17、向接觸作用力和切向摩擦力。如果車(chē)輪與軌道脫離,則車(chē)輪與軌道間作用力為零,在車(chē)輪與軌道間施加接觸力約束,主動(dòng)車(chē)輪按照指定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),車(chē)體在車(chē)輪與軌道之間摩擦力的作用下行走,兩部起重小車(chē)車(chē)輪接觸同理;在大車(chē)軌道的端部設(shè)置有端部擋塊,用來(lái)防止大車(chē)制動(dòng)失敗時(shí)駛出軌道,在緩沖器與擋塊之間添加接觸力約束,模擬大車(chē)與擋塊的撞擊,上下小車(chē)對(duì)應(yīng)的軌道端部擋塊同理;門(mén)式起重機(jī)通過(guò)卷筒來(lái)卷繞鋼絲繩,實(shí)現(xiàn)重物提升下降的動(dòng)作,吊鉤所連接的吊物在提升過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng),本文采用球面副和平移副組合的方式,成功地實(shí)現(xiàn)重物的起降、擺動(dòng),較好地模擬了鋼絲繩4。2.2風(fēng)載荷分析根據(jù)起重機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范,認(rèn)為風(fēng)載荷是任意方向的水平力,風(fēng)載

18、荷可以按照下式計(jì)算:p w =C ·K h ·q ·S其中,p w 為作用在起重機(jī)或物品上的風(fēng)載荷,N ;C 為風(fēng)力系數(shù);K h 為風(fēng)壓高度變化系數(shù),值取1;q 為計(jì)算風(fēng)壓,N/m 2;S 為垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積,m 2。本文僅分析正面和側(cè)面的風(fēng)載荷,其他方向的風(fēng)載荷視為正面和側(cè)面風(fēng)載荷組合,各部件的風(fēng)載荷計(jì)算如表1所示。2.3施加運(yùn)動(dòng)根據(jù)門(mén)式起重機(jī)的工作狀態(tài),結(jié)合ADAMS 編程,虛擬樣機(jī)可實(shí)現(xiàn)以下3個(gè)運(yùn)動(dòng):兩個(gè)大車(chē)在主動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)下,前后行走;兩部起重小車(chē)在驅(qū)動(dòng)輪的作用下沿各自的軌道行走,相互配合實(shí)現(xiàn)起吊重物的翻轉(zhuǎn);吊物在卷筒的拉動(dòng)下起吊或下放。在ADAMS 軟

19、件中,常用ADAMS/View 的函數(shù)編輯器來(lái)創(chuàng)建、修改定義力(Force 、測(cè)量(Measure 與運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)(Motion 的表達(dá)式、函數(shù)和子程序。函數(shù)編輯器主要有兩種類型的函數(shù):設(shè)計(jì)-時(shí)間函數(shù)(design-time 和運(yùn)動(dòng)-時(shí)間函數(shù)(run-time 5-6。具體函數(shù)根據(jù)不同工況具體設(shè)置。圖2幾何模型Fig.2Geometry model圖4轉(zhuǎn)換到ADAMS 中的模型Fig.4Model in ADAMS圖3在MECH/Pro 接口中的模型轉(zhuǎn)換(帶誗的選項(xiàng)必須執(zhí)行Fig.3Conversion operations for a model in MECH/Pro(The item fo

20、llowing 誗must be executed表1風(fēng)載荷計(jì)算參數(shù)Table 1Parameters of wind load研究論文(Articles 科技導(dǎo)報(bào)2010,28(241 圖6大車(chē)4個(gè)輪與軌道接觸力時(shí)間歷程曲線Fig.6Force-time curve for contact between four wheels and rail for a big car3門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)與分析3.1工況1工況1為在大車(chē)行進(jìn)方向有風(fēng)的環(huán)境下,兩個(gè)小車(chē)滿載,處于靜止?fàn)顟B(tài),并位于主梁的跨中部位。大車(chē)由額定速率9.29m/min 制動(dòng)至靜止。大車(chē)輪施加的制動(dòng)力較小,未能及時(shí)制動(dòng),撞擊到

21、軌道盡頭的擋塊。在此過(guò)程中,小車(chē)車(chē)輪與軌道的接觸力發(fā)生變化,如圖5所示(車(chē)輪對(duì)稱,只列出一側(cè)車(chē)輪的測(cè)量結(jié)果曲線。小車(chē)車(chē)輪1的垂直方向(Y 方向的最大反力為4.3199×106N ,小車(chē)車(chē)輪2的垂直方向的最大反力為4.3108×106N 。大車(chē)運(yùn)行碰撞端部擋塊過(guò)程,大車(chē)車(chē)輪與軌道的接觸反力如圖6所示。碰撞時(shí)大車(chē)車(chē)輪與軌道間發(fā)生連續(xù)的跳躍碰撞,產(chǎn)生很大的沖擊力。碰撞前后大車(chē)車(chē)輪抬起高度的變化曲線如圖7所示。在發(fā)生碰撞的瞬間,大車(chē)后車(chē)輪抬起約2530mm ,但未傾覆。圖5小車(chē)車(chē)輪與軌道接觸力時(shí)間歷程曲線Fig.5Force-time curve for contact betwe

22、en two wheels and rail for a small car圖7大車(chē)4個(gè)輪抬起高度的時(shí)間歷程曲線Fig.7Elevation-time curve of four wheels of a big car研究論文(Articles 42科技導(dǎo)報(bào)2010,28(2 圖9大車(chē)4個(gè)輪與軌道接觸力時(shí)間歷程曲線Fig.9Force-time curve of contact between four wheels and rail for a big car圖8小車(chē)車(chē)輪與軌道接觸力時(shí)間歷程曲線Fig.8Force-time curve of contact between small wh

23、eels and rail for a small car圖7大車(chē)4個(gè)輪抬起高度的時(shí)間歷程曲線(續(xù)Fig.7Elevation-time curve of four wheels of a big car (continued3.2工況2工況2為大車(chē)行進(jìn)方向側(cè)面有較大風(fēng),小車(chē)滿載靜止,大車(chē)以額定速率勻速前進(jìn)。圖8給出了小車(chē)車(chē)輪接觸力變化曲線。由于風(fēng)載荷比較大,導(dǎo)致門(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)彈性變形的強(qiáng)烈反彈,致使小車(chē)與主梁之間產(chǎn)生很大的相互作用力。故應(yīng)避免大風(fēng)天氣。大車(chē)車(chē)輪與軌道的接觸反力如圖9所示?？梢钥闯?在來(lái)風(fēng)方向的大車(chē)車(chē)輪與軌道間的作用力較小一些。碰撞前后大車(chē)車(chē)輪抬起高度的變化曲線如圖10所示。大

24、車(chē)后車(chē)輪抬起較高,約120200mm 。但未傾覆。研究論文(Articles 科技導(dǎo)報(bào)2010,28(243研究論文（Articles ） 圖 10 大車(chē) 4 個(gè)輪抬起高度的時(shí)間歷程曲線 Fig. 10 Elevation-time curve of four wheels of a big car 以工況 2 為基礎(chǔ)建立新的啃軌可能性評(píng)價(jià)方法 常規(guī)啃軌評(píng)價(jià)方法是在起重機(jī)靜止情況下 ，對(duì)大車(chē)軌道 施工技術(shù)參數(shù)及起重機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù)測(cè)量 ，通過(guò)測(cè)量偏差 與允許偏差范圍的比較 ， 對(duì)起重機(jī)的啃軌可能性做出評(píng)價(jià)。 這種方法與起重機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)脫離 ，不能解釋起重機(jī)在施工 和安裝技術(shù)參數(shù)許可偏差范圍內(nèi)運(yùn)

25、行時(shí)仍發(fā)生啃軌情況。 實(shí)際工作中 ，小車(chē)不在跨中會(huì)引起吊重在兩側(cè)端梁上分 配不均勻。 小車(chē)靠近某一側(cè)端梁，該端梁上分配的壓力大，另 一側(cè)端梁上分配壓力小。 大車(chē)兩側(cè)車(chē)輪與軌道接觸的輪壓差 過(guò)大 ，引 起 兩 側(cè) 車(chē) 輪 滾 動(dòng) 摩 阻 力 偶 不 等 ，導(dǎo) 致 兩 側(cè) 支 腿 不 同 步現(xiàn)象。 本文通過(guò)虛擬仿真 ，計(jì)算該工況下理論輪壓差值與 許可輪壓差值，判斷起重機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)啃軌的可能性。 測(cè)定該起重機(jī)大車(chē)車(chē)輪與運(yùn)行軌道滾動(dòng)摩擦系數(shù) ， 結(jié)合 起 重 機(jī) 滿 載 功 率 ， 可 知 大 車(chē) 兩 側(cè) 車(chē) 輪 的 輪 壓 差 值 F 3.3 410kN ，大 車(chē) 行 走 出 現(xiàn) 啃 軌 ，取 安

26、 全 系 數(shù) n=1.13 ，則 許 用 輪 壓 差值 F =350kN 。 虛擬仿真小車(chē)在 1/4 跨中橋架沿軌道方向平穩(wěn)運(yùn)行，計(jì)算 大車(chē)兩側(cè)輪壓與軌道的接觸力時(shí)間歷程曲線，如圖 11 所示。 由圖 11 可知，起始時(shí)刻到 1.67s ，橋架為靜止到啟動(dòng)的過(guò) 程 ；在 1.6712s 內(nèi) 為 起 重 機(jī) 平 穩(wěn) 運(yùn) 行 過(guò) 程 ；在 1.67s 時(shí) 刻 ，橋 架由勻速運(yùn)行轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)運(yùn)行 ， 受到吊重沖擊力的作用 ，大 車(chē)車(chē)輪對(duì)軌道產(chǎn)生沖擊力。 進(jìn)一步考查橋架平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)程中 兩側(cè)輪壓最大差值，從而判斷出現(xiàn)啃軌的可能性。 1 ） 2 號(hào)、4 號(hào)車(chē)輪輪壓差值比較 t=9.5042s 時(shí) 刻 ，2

27、號(hào) 輪 輪 壓 峰 值 F2max =7.9309×105N ，4 號(hào) 輪 輪 壓 峰 值 F4max =2.9450 ×105N ， F 2,4 =F2max F4max =5.0859 × 圖 11 大車(chē) 4 個(gè)輪接觸力的時(shí)間歷程曲線 Fig. 11 Force-time curve of 4 wheels of big car and rail 44 科技導(dǎo)報(bào) 2010 ，28 （2 ） 研究論文（Articles ） 圖 11 大車(chē) 4 個(gè)輪接觸力的時(shí)間歷程曲線（續(xù)） Fig. 11 Force-time curve of contact between

28、four wheels and rail for a big car (continued 105N ， F 2,4 > F 。 5 及隨 時(shí) 間 的 變 化 過(guò) 程 進(jìn) 行 仿 真 模 擬 ，輸 出 參 數(shù) 和 結(jié) 果 ，以 此 來(lái)估計(jì)和準(zhǔn)確推斷實(shí)際運(yùn)行的各種數(shù)據(jù) ，并對(duì)起重機(jī)進(jìn)行動(dòng) 態(tài)分析和計(jì)算，為設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì) 、可靠、穩(wěn)定的高性能門(mén)式起重機(jī) 提供了有力的工具和實(shí)現(xiàn)方法。 參考文獻(xiàn)（References ） 1 Software MSC. MSC.ADAMS/View 高級(jí)培訓(xùn)教程 M. 邢 俊 文 , 陶 廖 忠 , 譯 . 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2004. t=9.551s

29、時(shí)刻，4 號(hào)輪輪壓峰值 F4max=6.9947×10 N ，2 號(hào) 輪 輪 壓 值 峰 值 F2max =4.2398 ×105N ， F 4,2 =F4max F2max =2.7549 × 105N ， F 4,2< F 。 2 ） 1 、3 號(hào)車(chē)輪輪壓差值比較 t=11.9019s 時(shí)刻，1 號(hào)輪輪 壓 峰 值 F1max=7.6553×105N ，3 號(hào) 輪 輪 壓 峰 值 F3max =4.0125 ×105N ， F 1,3 =F1max F3max =3.6428 × 105N ， F 1,3 > F 。

30、5 Software MSC. MSC.ADAMS/View advanced training tutorial M. Xing Junwen, Tao Liaozhong, trans. Beijing: Tsinghua University Press, 2004. 2 Kazuya T, Toshio Y, Junichi H. Modelling of dynamic behavior and control of truck cranes J. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers C, 1995, 6

31、0(572: 1262-1269. 3 Masoud Z N, Nayfeh A H, Mook D T. Cargo pendulation reduction of ship-mounted cranesJ. Nonlinear Dynamics, 2004, 35(3: 299-311. 4 李軍 , 邢俊文 , 覃文潔 . ADAMS 實(shí)例教程 M. 北京 : 北京理工大 學(xué) 出 版社 , 2002: 139-150. t=11.9964s 時(shí)刻，3 號(hào)輪輪 壓 峰 值 F3max=4.9201×105N ，1 號(hào) 輪 輪 壓 峰 值 F1max =3.8025 ×10 N ， F 3,1 =F3max F1max =1.8751 × 10 N ， N 5 3,1 < F 。 由以上分析結(jié)果可以看出，在 9.5024 、11.9019s 時(shí)刻，兩側(cè) 輪壓差值超過(guò)許用輪壓差值，會(huì)出現(xiàn)啃軌情況。 此時(shí)，可采取 增加車(chē)輪方法，減輕輪壓差值，防止啃軌現(xiàn)象。 4 結(jié)論 在造船起重機(jī)的設(shè)計(jì)階段，建立虛擬樣機(jī)，進(jìn)行虛擬仿真 Li Jun, Xing Junwen, Tan Wenjie. ADAMS ex