solidworks在起重設(shè)備中的應(yīng)用

1、SolidWorks在起重機(jī)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 2009-05-23 14:02:05作者：河南六維空間電子科技有限公司 高倩來(lái)源：智造網(wǎng)助力中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新分享到2 起重機(jī)作為工業(yè)常用的起重運(yùn)輸機(jī)械，在安全性能方面要求很高。一旦出現(xiàn)事故，輕者影響生產(chǎn)，重者危及工作人員的生命。因此，這對(duì)起重機(jī)的強(qiáng)度校核與安全性提出很高要求。所以分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品的制造成本，全面提升產(chǎn)品研發(fā)能力，以最快的速度和更好的質(zhì)量滿(mǎn)足客戶(hù)的需要是起重機(jī)行業(yè)的目標(biāo)，同時(shí)這也對(duì)應(yīng)用的設(shè)計(jì)工具提出了更高的要求。SolidWorks作為一款技術(shù)成熟的3D設(shè)計(jì)軟件，在重型機(jī)械行業(yè)有著非常廣泛且成熟的用戶(hù)，這里為大

2、家介紹一些SolidWorks的特殊技術(shù)亮點(diǎn)在起重機(jī)行業(yè)的應(yīng)用技巧。 起重機(jī)作為工業(yè)常用的起重運(yùn)輸機(jī)械，在安全性能方面要求很高。一旦出現(xiàn)事故，輕者影響生產(chǎn)，重者危及工作人員的生命。因此，這對(duì)起重機(jī)的強(qiáng)度校核與安全性提出很高要求。所以分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品的制造成本，全面提升產(chǎn)品研發(fā)能力，以最快的速度和更好的質(zhì)量滿(mǎn)足客戶(hù)的需要是起重機(jī)行業(yè)的目標(biāo)，同時(shí)這也對(duì)應(yīng)用的設(shè)計(jì)工具提出了更高的要求。SolidWorks作為一款技術(shù)成熟的3D設(shè)計(jì)軟件，在重型機(jī)械行業(yè)有著非常廣泛且成熟的用戶(hù)，這里為大家介紹一些SolidWorks的特殊技術(shù)亮點(diǎn)在起重機(jī)行業(yè)的應(yīng)用技巧。一、桁架式起重機(jī)的三維建模由于

3、具有節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確以及迎風(fēng)面少的特點(diǎn)，桁架式起重機(jī)很受港口起重機(jī)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(shè)計(jì)和出工程圖方面工作量比較大。為了提高設(shè)計(jì)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(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流程如下。1、 實(shí)施產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì) 建立焊接輪廓庫(kù)由于桁架起重機(jī)大量使用型材，所以型材的界面就顯得尤為重要。運(yùn)用SolidWorks設(shè)計(jì)庫(kù)功能，可以把需要的焊接輪廓全部做成焊接輪廓庫(kù)，放在設(shè)計(jì)庫(kù)中，以后需要的時(shí)候就可以直接調(diào)用。此焊接輪廓庫(kù)可以包含經(jīng)常用到的方鋼、矩形管、槽鋼、工字鋼、圓鋼和角鋼等，還可以建立自己定義的輪廓

4、，比如企業(yè)經(jīng)常將兩個(gè)工字鋼焊接在一起來(lái)做主梁的主要結(jié)構(gòu)，其形狀如圖1所示，建成的輪廓庫(kù)如圖2所示。圖1 運(yùn)用建立的輪廓快速生成結(jié)構(gòu)件圖2 設(shè)計(jì)庫(kù)內(nèi)容2、 運(yùn)用3D草圖提高設(shè)計(jì)效率傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件都是直接從二維草圖開(kāi)始，三維草圖效果較差，實(shí)現(xiàn)也比較困難。而桁架起重機(jī)為便于結(jié)構(gòu)件的生成，需要的恰恰就是3D結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在SolidWorks三維設(shè)計(jì)可以直接從3D草圖開(kāi)始繪制，例如桁架門(mén)式起重機(jī)的骨架就可以直接搭建，并能將3D草圖與2D草圖相互交替使用。搭建好的3D草圖輪廓如圖3所示。圖3 3D草圖輪廓3、 使用焊接輪廓直接生成三維模型和工程圖借助于設(shè)計(jì)好的焊接輪廓庫(kù)，設(shè)計(jì)好的3D草圖可以直接快速生成三維模

5、型，且所有的結(jié)構(gòu)件都是在零件中自動(dòng)以多實(shí)體的形式表現(xiàn)，不需要轉(zhuǎn)化到裝配體狀態(tài)，如圖4所示。另外，還可以定義每個(gè)實(shí)體的屬性，包括材料、重量和長(zhǎng)度等，所有的這些屬性都能轉(zhuǎn)到工程圖中。由于有焊接實(shí)體結(jié)構(gòu)，在工程圖中可以直接生成切割清單，即企業(yè)中經(jīng)常用到的材料明細(xì)表，如圖5所示。圖4 起重三維模型圖5 起重機(jī)二維加工圖樣二、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證對(duì)于桁架式起重機(jī)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，以保證起重機(jī)的安全可靠。要達(dá)到安全設(shè)計(jì)，比較可靠的辦法就是做試驗(yàn)，但是需要大量的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，且研發(fā)周期不能滿(mǎn)足高速發(fā)展的社會(huì)需求。這就有必要找到一種快捷的數(shù)值模擬計(jì)算方法，比較精確地模擬起重機(jī)的實(shí)際工況。

6、SolidWorks Simulation是一個(gè)與SolidWorks完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，它提供了單一的屏幕解決方法來(lái)進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析及扭曲分析等。憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持，用戶(hù)使用個(gè)人計(jì)算機(jī)就能快速解決復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題。對(duì)于起重機(jī)，主要承受其本身自重、風(fēng)載荷、運(yùn)行沖擊載荷及起吊重物的重量。通過(guò)理論分析可以確定采用結(jié)構(gòu)線(xiàn)性靜態(tài)分析，由于整機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)均由梁結(jié)構(gòu)組成，故采用梁?jiǎn)卧Ａ簡(jiǎn)卧前芽蚣芊纸獬珊苄〉闹睏U，并應(yīng)用相似的變形到每個(gè)直桿。每個(gè)直桿有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度。例如圖6所示的框架結(jié)構(gòu)，采用梁?jiǎn)卧梢詣澐譃榫W(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如圖7所示。 圖6 框架三維模型 圖7 橫梁?jiǎn)卧W(wǎng)格結(jié)

7、構(gòu)在計(jì)算剛度時(shí)，小車(chē)的自重和載荷以集中質(zhì)量單元的方式加載在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上?；谶@種方法，對(duì)模型進(jìn)行了如下幾種工況的分析。1.工況一小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，固定剛性支腿和柔性支腿，即對(duì)兩腿的支撐處進(jìn)行了6個(gè)自由度的完全約束。以理想狀態(tài)計(jì)算，材料為Q235，其力學(xué)特性分別為：材料密度=7.85x10-6kg/mm3，彈性模量E=2.1x105MPa，泊松比=0.3，剪切模量G=8.1x104N/mm2，許用應(yīng)力177MPa。承受60t的載荷（方向垂直向下），其分析結(jié)果如圖8和圖9所示。結(jié)果顯示，整機(jī)最大等效應(yīng)力值為107MPa，小于材料許用應(yīng)力177MPa，位于主梁跨中下方，滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。圖8 小車(chē)

8、位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t的整機(jī)位移分布圖圖9 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t的整機(jī)應(yīng)力分布圖2.工況二小車(chē)位于門(mén)機(jī)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(chē)走向?yàn)閄方向，大車(chē)走向?yàn)閅方向，垂直地面的方向?yàn)閆方向）。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(gè)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(jié)果如圖10所示。結(jié)果顯示，整機(jī)最大等效應(yīng)力值為110MPa，小于材料許用應(yīng)力177MPa，位于主梁跨中下方，滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。圖10 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t+2t的整機(jī)應(yīng)力分布圖3.工況三小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，剛性支腿固定，柔性支腿

9、約束X方向和Z方向，Y方向自由（以小車(chē)走向?yàn)閄方向，大車(chē)走向?yàn)閅方向，垂直地面的方向?yàn)閆方向）。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(jié)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(jié)果如圖11所示。結(jié)果顯示，整機(jī)最大等效應(yīng)力值為292MPa，大于材料許用應(yīng)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(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題，大車(chē)兩腿沒(méi)有一起運(yùn)動(dòng)，造成了扭轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大，如圖11所示。圖11 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t+2t的整機(jī)應(yīng)力分布圖4.工況四小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車(chē)走向?yàn)閄方向，大車(chē)走向?yàn)閅方向，垂直

10、地面的方向?yàn)閆方向）。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(jié)果如圖12所示。結(jié)果顯示，整機(jī)最大等效應(yīng)力值為128MPa，小于材料許用應(yīng)力177MPa，位于主梁跨中下方。滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。圖12 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t+1.2t+g的整機(jī)應(yīng)力分布圖5.工況五小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車(chē)走向?yàn)閄方向，大車(chē)走向?yàn)閅方向，垂直地面的方向?yàn)閆方向）。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(jié)果如圖13和圖14所示。整機(jī)最大等效應(yīng)力值為108MPa，小于材料許用應(yīng)力177MPa，位于主梁跨中下方，滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。圖13 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t+1.2t的整機(jī)應(yīng)力分布圖圖14 小車(chē)位于門(mén)機(jī)跨中，承載60t+1.2t的整機(jī)位移分布圖三、結(jié)論與建議通過(guò)上述計(jì)算表明，此桁架起重機(jī)裝置的強(qiáng)度、靜剛