岸橋中組合撐的節點板的參數化設計研究

張 帥, 于慧艷, 曾 鵬, 潘嘉昊, 陶 燕

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

岸橋中組合撐的節點板的參數化設計研究

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）股份有限公司，上海 200125；2.上海輝馳包裝設備有限公司，上海 201900）

對岸橋中組合撐的節點板進行了參數化設計研究，詳細介紹了組合撐的節點板的輸入參數，典型輸出參數及其設計條件，并給出了其典型解的參數化程序。通過參數化設計，大大降低了其設計時間。本文為模型一致，參數不同的繁雜的重復性設計提供了一種高效便捷的解決方法。

岸邊集裝箱起重機；組合撐；節點板；參數化設計

0 引言

岸邊集裝箱起重機（簡稱“岸橋”）是在碼頭前沿進行集裝箱裝卸作業的起重設備，在港口中應用廣泛[1]。隨著運輸船舶的大型化、特別是超巴拿馬船的發展，也隨著近年來海外物流的急速發展，對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，但由于涉及參數眾多，設計條件繁雜，其設計難以實現標準化。每個項目的組合撐節點板都要重新設計，而每次設計都會耗費4～5個小時的時間，且一旦有數據修改，原本設計好的節點板要再次重新設計，耗費了大量的時間。

圖1 無頂部撐的組合撐

模型一致，參數不同正是參數化設計的用武之地[3]。而Creo軟件以參數化著稱，其具有全相關性，即實現應用程序無縫共享數據有效消除了因數據轉換而產生的參數化模型的缺陷和錯誤[4]。

圖2 有頂部撐的組合撐

1 撐管和節點板的命名與主要參數

1.1 撐管和節點板的命名

因為有無頂部撐管只是與頂部撐管相關的節點板的模型會不同，而其余撐管的其節點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，撐管命名為撐管1～撐管4，節點板命名為節點板1～節點板4。如圖2所示，在有頂部撐管時，撐管命名為撐管1～撐管5，與頂部撐管相關的兩塊節點板分別命名為節點板5和節點板6，其余節點板與圖1的命名相同。

1.2 輸入參數

為了使模型統一與規范，將模型有無頂部撐的節點板都融合到一個模型中，具體選用時各取所需即可。如圖3所示，將各個節點板通過或旋轉或鏡像，放大后排成兩行三列，從左到右，從上到下依次為節點板1～節點板6。

在無頂部撐的情況下輸入參數為28個（剩下的兩個參數采用默認值即可），在有頂部撐的情況下輸入參數為30個。圖3標注了這些參數。

為了讓設計人員更清晰的理解這些參數，特制作輸入參數表加以說明，如表1所示。

表1 輸入參數表

參數說明參數說明D撐管3的外徑PHB聯系橫梁腹板高度DR撐管1的外徑PHCC聯系橫梁中心面到撐管1與撐管2中心線交點的距離TL撐管4的壁厚PHFT聯系橫梁在節點板3處的翼緣板厚度TM撐管3的壁厚HT2海側立柱在節點板4（5）處的腹板的厚度TR撐管1的壁厚SHGAO撐管4中心線與海側立柱中心線的交點與海側立柱上板下面的距離FUBANC陸側立柱兩腹板的內側的距離DS撐管5的外徑FT陸側立柱在節點板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LT2陸側立柱在節點板6處的腹板的厚度HB撐管2中心線水平投影長度FREE腹板內側到翼緣板外側的距離

1.3 主要輸出參數

輸出的參數最主要的就是各個撐管在節點板的兩側的插入深度和根部長度，如圖4所示。而由于特殊性，對于節點板4～節點板6的節點板的邊界的圓弧半徑也是主要的輸出參數。

圖3 輸入參數圖

圖4 主要輸出參數圖

2 節點板的設計條件

節點板設計的條件較多，包括了以下六個方面：

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

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

3）節點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）撐管插入處的節點板寬度為80mm，邊界斜度為1:4；

5）節點板邊界滿足倒圓角150mm～200mm；

6）對于節點板4和節點板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。

各個節點板的具體設計條件如圖5所示。

圖5 設計條件圖

3 典型輸出參數的解及其程序

由第2節可知，設計條件非常繁雜，導致了每次設計的任務較大。而把每個設計條件都轉化成數學表達式，并進一步編制成計算機程序，實現參數化，雖然這個過程也很繁雜，但一勞永逸，大大降低了節點板的設計時間。

對于參數求解類似的，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在節點板1上面的根部長度的求解，只需滿足撐管與腹板的距離≥5T，其參數化程序如下：

其中CEIL函數的作用是返回大于或等于指定表達式的最小整數[5]。

2）撐管4在節點板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，其參數化程序如下：

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

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

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的插入深度的參數化程序為：

而為了滿足第3節的條件6），撐管4的插入深度的參數化程序為：

3.3 典型節點板邊界的求解

節點板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，如節點板1在上部的邊界的程序為：

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的參考長度，把光標放在參考尺寸上，獲得尺寸的參數名，例如是rsd3=2283.39（參考），則其計算的邊界尺寸為ceil(rsd3/10)×10+10，則其尺寸自動參數化為2300。這種方法與第一種方法求得的結果是一樣的，可比第一種方法的優勢在于不用進行公式的推到和程序的編制，而其局限性在于計算尺寸和參

【】【】考尺寸必須在同一草圖中，其結果如圖6所示。

節點板4～6的下邊界可按上述任何一個方法求解，而上邊界受第3節條件7）的影響。令RFLT的值是150～200之間的能被10整除的整數。

圖6 邊界求解

因為Creo本身沒有循環語句，但我們可以通過重復使用IF函數的方法來實現我們預想的功能。其實現的程序如下：

4 結論

1）對模型一致，數據不同的繁雜重復設計，參數化不僅能大大降低設計時間，且設計精準可靠。這也為其他具有繁雜設計條件的零件的參數化提供了新的思路。

2）Creo編程簡單實用，參數與關系的更新非常方便。

3）在能推到其解析解的情況下，設計條件越是繁雜，參數越是眾多，此種方法的優勢越是明顯。

[1] 曾鵬,嚴云福,張明海,等.岸邊集裝箱起重機門框水平撐管有限元分析及結構優化設計[J].起重運輸機械,2013(1):14-17.

[2] 符敦鑒.岸邊集裝箱起重機[M].湖北:湖北科學技術出版社,2007,10.

[3] 張帥.折臂式隨車起重機參數化動力學仿真分析[D].太原科技大學,2014.

[4] 李少海.基于CREO平臺的齒輪軸參數化實現及二次開發[J].煤礦機械,2015,36(10):273-274.

[5] 王翠濱.基于Pro/ENGINEER的鉆機井架參數化設計與仿真[D].中國石油大學(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，研究方向為岸橋結構的設計與計算。