基于SolidWorks的橋式起重機主梁三維設計分析

（1.包頭鋼鐵集團線材廠內蒙古 包頭 014010；2.呼和浩特鐵路局 內蒙古 呼和浩特 010050；3.內蒙古科技大學 機械工程學院 內蒙古 包頭 014010）

橋式起重機主梁是起重機橋架中主要受力部件，在承受載荷時出現應力集中的部位，疲勞破壞往往首先發生在這些部位。對于橋式起重機主梁疲勞載荷的檢測和結構無損探傷應著重于應力集中部位。

隨著計算機軟件和硬件技術的發展和三維軟件仿真的開發逐漸成熟，幾乎所有的結構計算，包括強度、剛度以及疲勞等都是以結構的三維模型為基礎的，目的是獲得整個主梁的應力和位移分布狀況。以某廠生產的80 t/20t吊鉤橋式起重機為研究對象。采用SolidWorks建立橋式起重機主梁的三維模型，確定了主梁應力集中的部位。

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1 建立三維模型

1.1 主要參數

該橋式起重機主梁由左右2 塊腹板。上下2 塊蓋板以及若干長、短筋板組成，結構簡圖如圖1 所示，跨度為22 m，主起升機構額定起重量為80t，副起升機構額定起重量為20t，其所用材料為Q235，材料特性如表1 所示。

1.2 施加約束

對橋式起重機主梁的兩個端面進行約束，如圖1。

1.3 添加載荷

由于重力是分布力，且在材料屬性中己設定了材料密度，在SolidWorks中只需要給出受力方向和數值即可自動算出主梁的重力大小。重力加速度的方向是垂直向下圖2。

2 穩態分析與結果分析

主梁載重80t時。主梁受到本身自重、小車自重和載重量的共同作用。自重載荷的施加可以靠施加重力加速度獲得，小車自重和載重量可以在主梁上施加相應的載荷獲得。小車為四輪小車，其質量為30t，在同一根主梁上的2 個車輪的輪距為3.11m。由于起重機為雙梁起重機，因此分到每一個梁上的重量為載重量的1／2。在加載時集中載荷如果完全加在某一節點上。有時會導致該節點的應力過于集中，局部變形過于偏大，因此要將載荷均勻加在某一節點的附近幾個節點上。其載荷大小即小車輪壓值，方向是垂直于主梁上蓋板向下。起重機額定的滿載起重量為80t.這時起重機所受的總載荷為

p80t=m 小車g+m80tg=813400 N

分配到每一根主梁上的載荷量為pa2=p80t/2=406700 N。

作用在主梁上80t 載荷時，主梁的等效應力分布如圖3 所示，最大應力值為84.22MPa 最大應力產生于主梁腹板截面突變處。

由應力圖可知，對主梁加載位置不同時，主梁端部存在應力集中，因此主梁端部應為無損檢測的重點部位。由上圖3、4、5 可知。80t加載于跨中時產生的主梁端部的最大應力大。由有限元分析可知，對主梁不同部位施加載荷時，最大應力均發生在主梁腹板截面突變處。并且該處發生嚴重應力集中。因此。該部位為橋式起重機承載能力的薄弱環節。

3 橋式起重機的三維設計

在完成零部件的三維設計后，通過SolidWorks的裝配環境完成橋式起重機的裝配工作，裝配按照零部件由主到次，空間上由內到外、由上到下的順序進行裝配，完成裝配的設計見圖6 所示。

4 橋式起重機的三維設計應用

在SolidWorks設計環境下完成的三維設計應用廣泛，其應用價值主要體現在以下幾個方面。

動畫仿真

借助SolidWorks運動仿真模塊可以進行橋式起重機的干涉分析，及時發現設計中存在的干涉與裝配問題，還可進行運動仿真，模擬起重機工作的運行情況，在設計過程中及時發現問題，在線修改等。

優化設計

可以采用SolidWorks很方便地對橋式起重機進行優化設計，滿足生產實踐中某一項目實際要求，基于參數化設計的三維設計可以方便的驅動修改。

二維圖紙應用

三維設計借助SolidWorks工程圖模塊可以方便地生成二維圖紙，指導生產加工等，圖8 所示為橋式起重機的二維圖紙應用。

三維設計對于生產實際的意義

三維設計所建立的模型知識表達和傳達能力強，可以進行設備安裝與裝配仿真，方便企業進行員工的設備技能培訓，方便企業設備部門制定維修與維護方案等，對實踐具有很強的指導意義。

結語

本通過對模型進行三維建模并有限元分析，充分體現了虛擬設計先進思想，大大提高了工作效率，降低了開發成本，并為產品的一次性開發成功提供了有力保障。采用SolidWorks三維設計軟件對其所有零部件進行了三維造型設計，并采用軟件的裝配環境對橋式起重機進行了裝配，并在此基礎上對三維橋式起重機主梁設計的應用展開研究，簡單論述了三維設計在有限元分析、運動及動畫仿真、優化設計、二維圖紙等方面的應用，同時闡述了三維設計對于生產實際的指導意義。

橋式起重機的三維設計在有限元分析、運動仿真、優化設計和二維圖紙應用方面應用廣泛，對生產實踐也具有重要的指導意義。

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