岸邊集裝箱起重機金屬結構設計探索

梁志峰

【摘 要】在進行岸邊集裝箱起重機金屬結構設計過程中，對于參數化設計技術、驅動參數分析、岸橋金屬結構參數化驅動方式、岸橋金屬結構的選擇形式、岸橋金屬結構三維工程圖的實現、輸出模型的分析驗證等進行了深入研究，并對其設計細節部分進行了討論，希望可以為岸邊集裝箱起重機金屬結構設計提供參考。

【關鍵詞】岸邊集裝箱起重機；金屬結構；設計分析

0 前言

國內起重機隨著經濟建設的發展不斷進步，做好其相應的設計也就顯得極為重要。對于岸邊集裝箱起重機金屬結構設計來說，其依托于二維CAD來進行設計，但是其設計中的缺點也較為明顯。探索其更好的設計方式，尤其結合當前的現代化技術來進行相應的結構設計就更應當成為設計重點。

1 金屬機構參數化設計方法

1.1 參數化設計技術

金屬結構的設計對象結構往往具有一定的穩定性，其通過參數可以進行尺寸關系的約定。所進行的設計需要將圖形尺寸與設計條件應當是一一對應關系，將設計條件與圖形尺寸關聯到一起，也就是說將圖形尺寸作為設計條件的函數。設計條件一旦發生變化，圖形尺寸也會產生相應變化。無論功能布局，還是幾何拓撲關系，這些都是固定不變的，只有尺寸參數進行改變，這就是參數化設計的重要特點。在對系列化產品建模參數化技術進行設計時，應當從產品設計方面對圖形需要改變的尺寸進行分析。在對同一系列產品進行第二次設計時，可以通過對第一次設計進行修改來完成。在對同一系列產品進行第二次設計的過程中，關于設計方法方面，應用的是布局草圖裝配Top-Down裝配，能夠對布局、骨架模型與零配件的裝配關系，進行充分利用，對于裝配中的零件，設計人員能夠自行開展修改與替換工作，通過對布局草圖參數來進行控制，就能夠使整個產品模型驅動起來，進而形成三維實體模型。

1.2 驅動參數分析

對于岸橋金屬結構設計系統而言，其最終目標就是只需要對主要參數進行相關輸入，就能夠取定產品的金屬結構形式，以及相應尺寸，從而讓產品的三維模型、材料明細表、圖紙等都通過其相應的尺寸予以自動形成，這過程中，可以對三維和工程圖設計環境予以利用，達到更好的人機互動效應，還可以對設計進行局部修改。通過相關統計和分析工作開展，利用兩種比較常見的金屬結構形式，即單斜撐和復合斜撐來對模塊進行設計，Pro/E是進行建模的重要通道，能夠對參數進行優化確定，而且還能夠對各種零配件建立三維模型。在模板中，包括許多信息鏈接或詳細信息，省去了許多繁瑣過程，使工作中零件附加信息的關聯性得到保證。在布局草圖中，尤其在進行自頂向下的裝配中，需要依托于三個基準面來進行繪制，這樣既可以對結構零配件進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。在對草圖進行繪制時，應當將草圖線段控制在最少范圍內，在零件和草圖之中對裝配與約束關系進行添加，這樣能夠使各個零件之間的獨立得到保證，一旦出現錯誤零件也不會對整個裝配體造成影響。

1.3 岸橋金屬結構參數化驅動方式

通過詳細分析岸橋金屬結構內部設計規則，能夠對岸橋金屬結構數字化設計系統的主輸入參數進行確定，也就是客戶所關心的結構參數。在對主參數進行選擇設計時，在主輸入參數的基準參照方面，主要是陸地軌道面和小車軌道面。例如：在起升高度方面，在進行驅動的過程中，是將小車軌道面的高度作為參照來進行，之后將小車軌道面與前后大梁、海陸側上橫梁的高度尺寸關聯到一起，依此來開展逐級驅動工作。

1.4 岸橋金屬結構的選擇形式

在對金屬結構進行選擇的過程中，可以選用統計分析的方式，從而讓各種結構進行對比確定。前大梁外拉桿的優化設計，則可以在23度、24度、25度之間進行對比選擇，這幾個角度也是常用角度，從而進行優化確定。當前伸距發生變化時，前大梁外拉桿鉸點與大梁最前段的距離變化不明顯，可以將其當成固定值，因此，當前伸距參數驅動發生變化時，可以通過外拉桿角度關系式，對梯形架高度進行驅動，對前大梁中拉桿的鉸點位置進行確定。除此之外，依據岸橋設計相關經驗以及有限元的相關分析驗證，能夠實現不同型號岸橋主要梁截面尺寸形式的總結，有利于選擇后續程序驅動設計參數，能夠對后續有限元分析驗證的時間予以高效減少。

1.5 岸橋金屬結構三維工程圖的實現

工程圖優化調整所添加的功能模塊，主要是由于企業生產所需要，自行生成的工程圖，與企業相關標準相符合。在對工廠圖庫進行建立的過程中，離不開Pro/E三維模型和二維圖紙關聯性的輔助作用，能夠對與三維模型相關聯的工程圖文件進行生成。一旦生成新產品的三維模型，當工程圖的尺寸、標注、焊接符號以及視圖位置，與相關要求與規定不符合時，只需運用相關程序就可以對其進行調整。在進行設計過程中，需要依照相應的設計圖紙來對所要設計的尺寸、焊接符號、標注等等方面進行核對，并做好相應記錄，在進行三維模型建立過程中，則需要依托于之前預先計算并記錄的位置來作為參數，從而讓其與所新生成的工程圖予以關聯對應，并將相應的換算比納入進來，從而使視圖位置更為精準、正確。

1.6 輸出模型的分析驗證

利用Pro/E三維模型，能夠實現岸橋金屬結構的參數化設計和虛擬裝配工作，然而，在參數化設計的模型之中，仍然需要開展相關的分析和驗證工作。利用分析計算有限元的梁單位，之后對一些重點受力部位，在開展相關殼單元和實體單元的計算工作，最后岸橋實際應用設計模型和工程圖就能夠完成。

2 岸邊集裝箱起重機金屬結構細節注意

現階段，在岸邊集裝箱起重機方面，大部分因為雙箱梁式。通過對各種工況進行計算，關于最大應力部位方面，主要有六個位置，即水側門框根部、前大梁上鉸耳板上、前拉桿與梯形門架連接處、前大梁的腹板與上翼緣板連接處、后大梁小車輪壓加載處以及后大梁與陸側橫梁連接板上。由于局部應力的變化，所以對金屬結構造成破壞，結構局部設計處理工作，與起重機的使用安全和壽命有著直接關系。關于局部細節結構的處理方法方面，主要包括：第一，在拉桿連接耳板位置處，與上面重磅板進行連接時，應當留出縫隙，關于間隙尺寸方面，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，在陸側橫梁上的耳板位置處，在焊接拉桿時，應當對連接耳板的可曲性進行認真考慮。關于焊縫凈距離方面，最適宜為板厚五倍，最低不得少于板厚三倍。在設計拉桿頭部時，也應當對連接的柔性距離，進行認真考慮，關于凈距離方面，最適宜凈距離為五倍板厚，最低不得少于板厚的三倍。第三，雖然有的標準中，對FCM與NFCM的區別沒有進行強調，但是二者之間存在著明顯差異。在設計方面，在對FCM板進行設計時，所采取的措施包括運用UT、對材料進行加厚與更換等等。與此同時，在焊接FCM板的自由邊時，應當注重保留出10mm位置。此外，還要注重開展定期檢驗工作。

3 結語

通過應用岸橋金屬結構設計系統，能夠明顯提升設計效率，對于三維軟件比較陌生的設計人員來說，也能夠順利將預期產品設計出來，通過軟件環境能夠分析干涉檢查、有限元以及虛擬裝備等等，將設計研究人員從繁瑣復雜的系列結構設計工作中“解救出來”，能夠全身心投入到新產品研發工作中去，迅速加快產品設計效率，從而讓岸邊集裝箱起重機金屬結構符合個性化市場要求。

【參考文獻】

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[責任編輯：張濤]