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起重機在使用過程中出現問題怎么解決？仿真分析來找問題

    起重機作為工業常用的起重機運輸機械，在安全性方面要求很高。一旦出現事故，輕者影響生產，重者危及工作人員的生命。因此，對起重機強度校核和安全性提出很高要求。所以全面提升產品研發能力，縮短新產品的設計周期，分析產品結構，優化產品設計，降低產品的制造成本，以最快的速度和最好的質量滿足客戶的需要是起重機行業的目標。

  一、桁架式起重機的三維建模

  桁架式起重機由于節約材料、結構簡單、受力明確、迎風面少，所以很受做港口起重機企業的歡迎。由于桁架式起重機大量使用型材焊接而成，所以在三維設計和出工程圖方面是比較麻煩的。為了提高設計的效率和便于以后分析，可利用solidworks的焊接功能，在零件環境下，利用多實體進行設計。其設計流程如下：

  1、實施產品模塊化設計，焊接輪廓庫的建立

  由于桁架起重機大量使用型材，所以型材的界面就顯得尤為重要。運用solidworks設計庫功能，可以把需要的焊接輪廓全部做成焊接輪廓庫，放在設計庫中，以后需要的時候就可以直接調用。

    此焊接輪廓庫可以包含經常用到的方鋼、矩形管、槽鋼、工字鋼、圓鋼、角鋼等。還可以建立自己定義的輪廓，比如企業經常將兩個工字鋼焊接在一起來做主梁的主要結構，其形狀如下圖所示：

2、運用3D草圖，提高設計效率

傳統的設計軟件都是直接從二維草圖開始，三維草圖效果差，實現困難。而桁架起重機需要的恰恰就是3D結構，以便于結構件的生成。現在solidworks三維設計可以直接從3D草圖開始繪制，像桁架門式起重機的骨架就可以直接搭建。而且可以3D草圖與2D草圖可以相互交替使用。搭建好的3D草圖如下圖所示：

3、使用焊接輪廓直接生成三維模型和工程圖

設計好的3D草圖，借助于設計好的焊接輪廓庫，可以直接快速的生成三維模型。而且所有的結構件都是在零件中自動以多實體的形式表現，不需要轉化為裝配體狀態。還可以定義每個實體的屬性，包括材料、重量、長度等，所有的這些屬性還可以帶到工程圖中。由于有焊接實體結構，在工程圖中可以直接生成切割清單，也就是企業中經常用到的材料明細表。如下圖所示：

二、實現產品的設計驗證

對于桁架式起重機,傳統的設計方法就是對其進行強度、剛度和穩定性計算,以保證起重機安全可靠。要達到安全設計，比較可靠的辦法就是做試驗，但是需要大量的試驗經費，而且不能滿足在高速發展的社會需要。這就有必要找到一種快捷的數值模擬的計算方法，比較精確地模擬起重機的實際工況。

Solidworks simulation是一個與solidworks完全集成的設計分析系統，它提供了單一的屏幕解決方法來進行應力分析、頻率分析、扭曲分析等。它憑借著快速解算器的強有力支持，使得能夠使用個人計算機快速解決大型問題。

對于起重機，主要承受起重機本身自重，風載荷，運行沖擊載荷及起吊重物重量。理論分析可以確定采用結構線性靜態分析。由于整機結構系統均由梁結構構成，故采用梁單元。

梁單元是把框架分解成很小的直桿，并應用相似的變形到每個直桿。每個直桿有兩個節點，每個節點有6個自由度。

在計算剛度時，小車和載荷以集中質量單元加在相應的節點上。因為采用這種方法，對模型進行了如下幾種工況的分析：

工況一：小車位于門機跨中，剛性支腿和柔性支腿固定，即對兩腿的支撐處進行了六個自由度的完全約束。

以理想狀態計算，材料為Q235，其力學特性為：材料密度

彈性模量

泊松比 0.3，剪切模量81000n/mm^2 ，許用應力177MPa 。承受60T的載荷（方向垂直向下）。其分析結果如下圖所示：

整機最大等效應力值為 107MPA，小于材料許用應力 177MPA，位于主梁跨中下方。滿足強度和剛度要求。

工況二：小車位于門機跨中，剛性支腿固定，柔性支腿約束X方向和Z方向，Y方向自由（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z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），兩個載荷的位置都位于主梁跨中。材料屬性和工況一相同。其分析結果如下圖所示：

整機最大等效應力值為 119MPA ，小于材料許用應力 177MPA ，位于主梁跨中下方。滿足強度和剛度要求。

工況三：小車位于門機跨中，剛性支腿固定，柔性支腿約束X方向和Z方向，Y方向自由（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z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），沖擊載荷位于柔性支腿與軌道的接觸處。材料屬性和工況一相同。其分析結果如下圖所示：

整機最大等效應力值為 292MPA ，大于材料許用應力 177MPA，位于柔支腿和主梁交接處。這種工況等效于：控制系統出問題。大車兩腿沒有一起運動，造成扭轉，應力過大，出現問題。

工況四：小車位于門機跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z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。材料屬性和工況一相同。其分析結果如下圖所示：

整機最大等效應力值為128MPA ，小于材料許用應力177MPA，位于主梁跨中下方。滿足強度和剛度要求。

工況五：小車位于門機跨中，剛性支腿和柔性支腿均固定（以小車走向為X方向，大車走向為Y方向，垂直地面的方向為Z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。材料屬性和工況一相同。其分析結果如下圖所示：

整機最大等效應力值為108MPA ，小于材料許用應力177MPA，位于主梁跨中下方。滿足強度和剛度要求。

三、結論和建議

通過上述計算表明，此桁架起重機裝置的強度、靜剛度、動剛度在控制系統沒有問題的情況下均滿足設計要求。如果控制系統出現問題，就會導致起重機的破壞！所以要避免這種情況的發生。

您在進行設計過程中如果遇到不好解決的問題，軟件使用方面的，參數化設計方面的，或者結構選擇方面等的問題，都可以留言互動哦。

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