岸边集装箱起重机金属结构设计探索

梁志峰

【摘 要】在进行岸边集装箱起重机金属结构设计过程中，對于参数化设计技术、驱动参数分析、岸桥金属结构参数化驱动方式、岸桥金属结构的选择形式、岸桥金属结构三维工程图的实现、输出模型的分析验证等进行了深入研究，并对其设计细节部分进行了讨论，希望可以为岸边集装箱起重机金属结构设计提供参考。

【关键词】岸边集装箱起重机；金属结构；设计分析

0 前言

国内起重机随着经济建设的发展不断进步，做好其相应的设计也就显得极为重要。对于岸边集装箱起重机金属结构设计来说，其依托于二维CAD来进行设计，但是其设计中的缺点也较为明显。探索其更好的设计方式，尤其结合当前的现代化技术来进行相应的结构设计就更应当成为设计重点。

1 金属机构参数化设计方法

1.1 参数化设计技术

金属结构的设计对象结构往往具有一定的稳定性，其通过参数可以进行尺寸关系的约定。所进行的设计需要将图形尺寸与设计条件应当是一一对应关系，将设计条件与图形尺寸关联到一起，也就是说将图形尺寸作为设计条件的函数。设计条件一旦发生变化，图形尺寸也会产生相应变化。无论功能布局，还是几何拓扑关系，这些都是固定不变的，只有尺寸参数进行改变，这就是参数化设计的重要特点。在对系列化产品建模参数化技术进行设计时，应当从产品设计方面对图形需要改变的尺寸进行分析。在对同一系列产品进行第二次设计时，可以通过对第一次设计进行修改来完成。在对同一系列产品进行第二次设计的过程中，关于设计方法方面，应用的是布局草图装配Top-Down装配，能够对布局、骨架模型与零配件的装配关系，进行充分利用，对于装配中的零件，设计人员能够自行开展修改与替换工作，通过对布局草图参数来进行控制，就能够使整个产品模型驱动起来，进而形成三维实体模型。

1.2 驱动参数分析

对于岸桥金属结构设计系统而言，其最终目标就是只需要对主要参数进行相关输入，就能够取定产品的金属结构形式，以及相应尺寸，从而让产品的三维模型、材料明细表、图纸等都通过其相应的尺寸予以自动形成，这过程中，可以对三维和工程图设计环境予以利用，达到更好的人机互动效应，还可以对设计进行局部修改。通过相关统计和分析工作开展，利用两种比较常见的金属结构形式，即单斜撑和复合斜撑来对模块进行设计，Pro/E是进行建模的重要通道，能够对参数进行优化确定，而且还能够对各种零配件建立三维模型。在模板中，包括许多信息链接或详细信息，省去了许多繁琐过程，使工作中零件附加信息的关联性得到保证。在布局草图中，尤其在进行自顶向下的装配中，需要依托于三个基准面来进行绘制，这样既可以对结构零配件进行尺寸和位置的确定，也可以让其以更具透视化的形式予以展现。在对草图进行绘制时，应当将草图线段控制在最少范围内，在零件和草图之中对装配与约束关系进行添加，这样能够使各个零件之间的独立得到保证，一旦出现错误零件也不会对整个装配体造成影响。

1.3 岸桥金属结构参数化驱动方式

通过详细分析岸桥金属结构内部设计规则，能够对岸桥金属结构数字化设计系统的主输入参数进行确定，也就是客户所关心的结构参数。在对主参数进行选择设计时，在主输入参数的基准参照方面，主要是陆地轨道面和小车轨道面。例如：在起升高度方面，在进行驱动的过程中，是将小车轨道面的高度作为参照来进行，之后将小车轨道面与前后大梁、海陆侧上横梁的高度尺寸关联到一起，依此来开展逐级驱动工作。

1.4 岸桥金属结构的选择形式

在对金属结构进行选择的过程中，可以选用统计分析的方式，从而让各种结构进行对比确定。前大梁外拉杆的优化设计，则可以在23度、24度、25度之间进行对比选择，这几个角度也是常用角度，从而进行优化确定。当前伸距发生变化时，前大梁外拉杆铰点与大梁最前段的距离变化不明显，可以将其当成固定值，因此，当前伸距参数驱动发生变化时，可以通过外拉杆角度关系式，对梯形架高度进行驱动，对前大梁中拉杆的铰点位置进行确定。除此之外，依据岸桥设计相关经验以及有限元的相关分析验证，能够实现不同型号岸桥主要梁截面尺寸形式的总结，有利于选择后续程序驱动设计参数，能够对后续有限元分析验证的时间予以高效减少。

1.5 岸桥金属结构三维工程图的实现

工程图优化调整所添加的功能模块，主要是由于企业生产所需要，自行生成的工程图，与企业相关标准相符合。在对工厂图库进行建立的过程中，离不开Pro/E三维模型和二维图纸关联性的辅助作用，能够对与三维模型相关联的工程图文件进行生成。一旦生成新产品的三维模型，当工程图的尺寸、标注、焊接符号以及视图位置，与相关要求与规定不符合时，只需运用相关程序就可以对其进行调整。在进行设计过程中，需要依照相应的设计图纸来对所要设计的尺寸、焊接符号、标注等等方面进行核对，并做好相应记录，在进行三维模型建立过程中，则需要依托于之前预先计算并记录的位置来作为参数，从而让其与所新生成的工程图予以关联对应，并将相应的换算比纳入进来，从而使视图位置更为精准、正确。

1.6 输出模型的分析验证

利用Pro/E三维模型，能够实现岸桥金属结构的参数化设计和虚拟装配工作，然而，在参数化设计的模型之中，仍然需要开展相关的分析和验证工作。利用分析计算有限元的梁单位，之后对一些重点受力部位，在开展相关壳单元和实体单元的计算工作，最后岸桥实际应用设计模型和工程图就能够完成。

2 岸边集装箱起重机金属结构细节注意

现阶段，在岸边集装箱起重机方面，大部分因为双箱梁式。通过对各种工况进行计算，关于最大应力部位方面，主要有六个位置，即水侧门框根部、前大梁上铰耳板上、前拉杆与梯形门架连接处、前大梁的腹板与上翼缘板连接处、后大梁小车轮压加载处以及后大梁与陆侧横梁连接板上。由于局部应力的变化，所以对金属结构造成破坏，结构局部设计处理工作，与起重机的使用安全和寿命有着直接关系。关于局部细节结构的处理方法方面，主要包括：第一，在拉杆连接耳板位置处，与上面重磅板进行连接时，应当留出缝隙，关于间隙尺寸方面，最适宜间隙为连接板厚度的五倍，最低不得少于连接板厚度三倍。第二，在陆侧横梁上的耳板位置处，在焊接拉杆时，应当对连接耳板的可曲性进行认真考虑。关于焊缝净距离方面，最适宜为板厚五倍，最低不得少于板厚三倍。在设计拉杆头部时，也应当对连接的柔性距离，进行认真考虑，关于净距离方面，最适宜净距离为五倍板厚，最低不得少于板厚的三倍。第三，虽然有的标准中，对FCM与NFCM的区别没有进行强调，但是二者之间存在着明显差异。在设计方面，在对FCM板进行设计时，所采取的措施包括运用UT、对材料进行加厚与更换等等。与此同时，在焊接FCM板的自由边时，应当注重保留出10mm位置。此外，还要注重开展定期检验工作。

3 结语

通过应用岸桥金属结构设计系统，能够明显提升设计效率，对于三维软件比较陌生的设计人员来说，也能够顺利将预期产品设计出来，通过软件环境能够分析干涉检查、有限元以及虚拟装备等等，将设计研究人员从繁琐复杂的系列结构设计工作中“解救出来”，能够全身心投入到新产品研发工作中去，迅速加快产品设计效率，从而让岸边集装箱起重机金属结构符合个性化市场要求。

【参考文献】

[1]董达善，贾争亮，滕媛媛. 基于Matlab的岸边集装箱起重机弹塑性地震响应分析[J]. 起重运输机械，2015，（05）：46-50.

[2]田维亭. 基于Inventor的岸边集装箱起重机钢结构参数化设计[J]. 起重运输机械，2014，（12）：42-45.

[责任编辑：张涛]