起重機(jī)主梁的快速設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究

吳寶松

摘 要：主梁是起重機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。它起著支撐各種載荷的作用，是主要的受力部件。目前，快速設(shè)計(jì)被應(yīng)用到了起重機(jī)的主梁中。通過實(shí)踐研究表明，這種設(shè)計(jì)方法具有多種優(yōu)勢(shì)。在快速設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合具體的實(shí)際情況選擇科學(xué)的方法，以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；主梁；腹板；快速設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）19-0016-02

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，各種產(chǎn)品日趨多樣，且變化速度越來越快。在這種情況下，逐漸出現(xiàn)了一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，即快速設(shè)計(jì)。具體來講，快速設(shè)計(jì)在將各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法結(jié)合應(yīng)用的同時(shí)，借助了多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，比如微電子技術(shù)、信息技術(shù)管理等，這樣可使該方法適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)，進(jìn)而縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期。

起重機(jī)按照結(jié)構(gòu)類型通?？梢詣澐譃橄湫土骸㈣旒芰汉托弯摿?。它有著十分復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核過程，一般為變型設(shè)計(jì)，且主要采用cad繪圖軟件。目前，設(shè)計(jì)人員需要在起重機(jī)的重復(fù)設(shè)計(jì)方面花費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致其無法及時(shí)、有效地研發(fā)新產(chǎn)品。對(duì)此情況，我們需要深入研究起重機(jī)主梁的快速設(shè)計(jì)方法。

1 構(gòu)建主梁模型庫

構(gòu)建主梁模型庫是快速設(shè)計(jì)主梁的重要基礎(chǔ)。具體包括以下內(nèi)容。

1.1 構(gòu)建主梁參數(shù)化模型

應(yīng)結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，構(gòu)建零件的參數(shù)化模型。參數(shù)化模型是指在零件的草圖和特征上標(biāo)記參數(shù)名，因設(shè)計(jì)人員的不同，會(huì)產(chǎn)生差異化的選擇結(jié)果。參數(shù)化模型不僅能記錄幾何信息，包括設(shè)計(jì)參數(shù)、限制條件等，還能保留圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，但尺寸不同，那么就可應(yīng)用同一個(gè)參數(shù)化模型描述其幾何形狀。如果因改變了產(chǎn)品的某些定形、定位參數(shù)，而導(dǎo)致產(chǎn)品的局部形狀變化，則系統(tǒng)可以根據(jù)原有的設(shè)計(jì)圖，在原有的限制條件不受影響的基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成新的圖形，促使參數(shù)化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們應(yīng)用了三維機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，利用本軟件可以有效構(gòu)建三維參數(shù)化模型。在具體的設(shè)計(jì)中，零部件具有的性質(zhì)特征有：①表達(dá)了設(shè)計(jì)意圖。我們用設(shè)計(jì)意圖指代模型被修改后的表現(xiàn)方案，也可以將其作為實(shí)際工作的設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖將會(huì)決定是否采用書面方法構(gòu)建模型。②具有參數(shù)化性。在軟件中，我們記錄了用于創(chuàng)建特征的尺寸和約束關(guān)系，并保存在模型中。這樣就可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖通過模型有效體現(xiàn)出來，并可實(shí)現(xiàn)模型的快速修改。

1.2 編制主梁XML表格

在零部件模型構(gòu)建完畢后，開始編制XML表格。該表格可幫助參數(shù)存儲(chǔ)和計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)。在編制過程中，需要保證XML表格中包含全部的參數(shù)、計(jì)算過程、注解和校核計(jì)算等，只有這樣，才可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)參數(shù)、快速計(jì)算和查詢等功能。在XML表格中，零部件的特征參數(shù)和裝配參數(shù)均會(huì)受到設(shè)計(jì)計(jì)算和校核的影響。因此，需要明確規(guī)范的編制過程。

2 主梁設(shè)計(jì)計(jì)算

目前，箱型主梁的應(yīng)用最為廣泛。因此，本文以箱型主梁為例進(jìn)行分析和闡述。

2.1 確定主梁高度

在確定梁高時(shí)，需要充分了解機(jī)械的總體設(shè)計(jì)要求和梁的剛性、經(jīng)濟(jì)性要求，在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算合理梁高，以最大限度地降低梁的質(zhì)量。梁的最大高度要滿足機(jī)械總體布置的要求，最小高度要符合靜撓度控制的剛性要求，且體現(xiàn)在機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中。如果機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中沒有給出梁的高度，那么就不需要限制梁的高度。通常情況下，梁的截面積是固定的，此時(shí)，如果梁的高度較高，則可減少翼緣的質(zhì)量，增加腹板的質(zhì)量；如果梁的高度較低，則可增加翼緣的質(zhì)量，降低腹板的質(zhì)量。假設(shè)梁的總質(zhì)量為：

2.3 主梁有限元分析

在機(jī)械產(chǎn)品的有限元分析中，我們通常會(huì)應(yīng)用solidworks simulation，因?yàn)樗梢暂^為方便地建模、快速分析，并可計(jì)算出精確的結(jié)果。我們?cè)谠撥浖袠?gòu)建了參數(shù)化模型，以此分析主梁有限元。在實(shí)踐過程中，主梁需要承擔(dān)較大的工作載荷，且主梁的跨度較大。因此，除了要保證主梁的強(qiáng)度滿足要求之外，還需保證其穩(wěn)定性較好、剛度滿足要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，在起重機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用快速設(shè)計(jì)方法，可減少設(shè)計(jì)人員的工作量，有利于他們開展新產(chǎn)品的研發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]騰啟，王科社.試論快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法[J].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，2（06）：123-125.

[2]高衛(wèi)國，徐延伸，陳永亮.廣義模塊化設(shè)計(jì)原理及方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，2（06）：77-79.

[3]袁國明，李紅旗.關(guān)于知識(shí)工程的發(fā)展綜述[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2011，2（03）：99-101.

[4]彭月華，許海峰，雷雨成.基于知識(shí)工程的變速箱設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2002，2（13）：133-135.

〔編輯：張思楠〕

Fast Crane Girder Design Methods and Applied Research

Wu Baosong

Abstract： The crane girder is an important part of the design. It plays the role of supporting the various loads， is the main force components. At present， the rapid design was applied to the crane's main sill. The practical research shows that this design method has many advantages. In the rapid design， you need to select the actual situation with specific scientific methods to improve design quality.

Key words： crane； girder； web； rapid design

摘 要：主梁是起重機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。它起著支撐各種載荷的作用，是主要的受力部件。目前，快速設(shè)計(jì)被應(yīng)用到了起重機(jī)的主梁中。通過實(shí)踐研究表明，這種設(shè)計(jì)方法具有多種優(yōu)勢(shì)。在快速設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合具體的實(shí)際情況選擇科學(xué)的方法，以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；主梁；腹板；快速設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）19-0016-02

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，各種產(chǎn)品日趨多樣，且變化速度越來越快。在這種情況下，逐漸出現(xiàn)了一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，即快速設(shè)計(jì)。具體來講，快速設(shè)計(jì)在將各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法結(jié)合應(yīng)用的同時(shí)，借助了多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，比如微電子技術(shù)、信息技術(shù)管理等，這樣可使該方法適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)，進(jìn)而縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期。

起重機(jī)按照結(jié)構(gòu)類型通?？梢詣澐譃橄湫土骸㈣旒芰汉托弯摿?。它有著十分復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核過程，一般為變型設(shè)計(jì)，且主要采用cad繪圖軟件。目前，設(shè)計(jì)人員需要在起重機(jī)的重復(fù)設(shè)計(jì)方面花費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致其無法及時(shí)、有效地研發(fā)新產(chǎn)品。對(duì)此情況，我們需要深入研究起重機(jī)主梁的快速設(shè)計(jì)方法。

1 構(gòu)建主梁模型庫

構(gòu)建主梁模型庫是快速設(shè)計(jì)主梁的重要基礎(chǔ)。具體包括以下內(nèi)容。

1.1 構(gòu)建主梁參數(shù)化模型

應(yīng)結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，構(gòu)建零件的參數(shù)化模型。參數(shù)化模型是指在零件的草圖和特征上標(biāo)記參數(shù)名，因設(shè)計(jì)人員的不同，會(huì)產(chǎn)生差異化的選擇結(jié)果。參數(shù)化模型不僅能記錄幾何信息，包括設(shè)計(jì)參數(shù)、限制條件等，還能保留圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，但尺寸不同，那么就可應(yīng)用同一個(gè)參數(shù)化模型描述其幾何形狀。如果因改變了產(chǎn)品的某些定形、定位參數(shù)，而導(dǎo)致產(chǎn)品的局部形狀變化，則系統(tǒng)可以根據(jù)原有的設(shè)計(jì)圖，在原有的限制條件不受影響的基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成新的圖形，促使參數(shù)化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們應(yīng)用了三維機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，利用本軟件可以有效構(gòu)建三維參數(shù)化模型。在具體的設(shè)計(jì)中，零部件具有的性質(zhì)特征有：①表達(dá)了設(shè)計(jì)意圖。我們用設(shè)計(jì)意圖指代模型被修改后的表現(xiàn)方案，也可以將其作為實(shí)際工作的設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖將會(huì)決定是否采用書面方法構(gòu)建模型。②具有參數(shù)化性。在軟件中，我們記錄了用于創(chuàng)建特征的尺寸和約束關(guān)系，并保存在模型中。這樣就可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖通過模型有效體現(xiàn)出來，并可實(shí)現(xiàn)模型的快速修改。

1.2 編制主梁XML表格

在零部件模型構(gòu)建完畢后，開始編制XML表格。該表格可幫助參數(shù)存儲(chǔ)和計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)。在編制過程中，需要保證XML表格中包含全部的參數(shù)、計(jì)算過程、注解和校核計(jì)算等，只有這樣，才可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)參數(shù)、快速計(jì)算和查詢等功能。在XML表格中，零部件的特征參數(shù)和裝配參數(shù)均會(huì)受到設(shè)計(jì)計(jì)算和校核的影響。因此，需要明確規(guī)范的編制過程。

2 主梁設(shè)計(jì)計(jì)算

目前，箱型主梁的應(yīng)用最為廣泛。因此，本文以箱型主梁為例進(jìn)行分析和闡述。

2.1 確定主梁高度

在確定梁高時(shí)，需要充分了解機(jī)械的總體設(shè)計(jì)要求和梁的剛性、經(jīng)濟(jì)性要求，在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算合理梁高，以最大限度地降低梁的質(zhì)量。梁的最大高度要滿足機(jī)械總體布置的要求，最小高度要符合靜撓度控制的剛性要求，且體現(xiàn)在機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中。如果機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中沒有給出梁的高度，那么就不需要限制梁的高度。通常情況下，梁的截面積是固定的，此時(shí)，如果梁的高度較高，則可減少翼緣的質(zhì)量，增加腹板的質(zhì)量；如果梁的高度較低，則可增加翼緣的質(zhì)量，降低腹板的質(zhì)量。假設(shè)梁的總質(zhì)量為：

2.3 主梁有限元分析

在機(jī)械產(chǎn)品的有限元分析中，我們通常會(huì)應(yīng)用solidworks simulation，因?yàn)樗梢暂^為方便地建模、快速分析，并可計(jì)算出精確的結(jié)果。我們?cè)谠撥浖袠?gòu)建了參數(shù)化模型，以此分析主梁有限元。在實(shí)踐過程中，主梁需要承擔(dān)較大的工作載荷，且主梁的跨度較大。因此，除了要保證主梁的強(qiáng)度滿足要求之外，還需保證其穩(wěn)定性較好、剛度滿足要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，在起重機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用快速設(shè)計(jì)方法，可減少設(shè)計(jì)人員的工作量，有利于他們開展新產(chǎn)品的研發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]騰啟，王科社.試論快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法[J].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，2（06）：123-125.

[2]高衛(wèi)國，徐延伸，陳永亮.廣義模塊化設(shè)計(jì)原理及方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，2（06）：77-79.

[3]袁國明，李紅旗.關(guān)于知識(shí)工程的發(fā)展綜述[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2011，2（03）：99-101.

[4]彭月華，許海峰，雷雨成.基于知識(shí)工程的變速箱設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2002，2（13）：133-135.

〔編輯：張思楠〕

Fast Crane Girder Design Methods and Applied Research

Wu Baosong

Abstract： The crane girder is an important part of the design. It plays the role of supporting the various loads， is the main force components. At present， the rapid design was applied to the crane's main sill. The practical research shows that this design method has many advantages. In the rapid design， you need to select the actual situation with specific scientific methods to improve design quality.

Key words： crane； girder； web； rapid design

摘 要：主梁是起重機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。它起著支撐各種載荷的作用，是主要的受力部件。目前，快速設(shè)計(jì)被應(yīng)用到了起重機(jī)的主梁中。通過實(shí)踐研究表明，這種設(shè)計(jì)方法具有多種優(yōu)勢(shì)。在快速設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合具體的實(shí)際情況選擇科學(xué)的方法，以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；主梁；腹板；快速設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）19-0016-02

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，各種產(chǎn)品日趨多樣，且變化速度越來越快。在這種情況下，逐漸出現(xiàn)了一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，即快速設(shè)計(jì)。具體來講，快速設(shè)計(jì)在將各種先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法結(jié)合應(yīng)用的同時(shí)，借助了多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，比如微電子技術(shù)、信息技術(shù)管理等，這樣可使該方法適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)，進(jìn)而縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期。

起重機(jī)按照結(jié)構(gòu)類型通?？梢詣澐譃橄湫土?、桁架梁和型鋼梁。它有著十分復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核過程，一般為變型設(shè)計(jì)，且主要采用cad繪圖軟件。目前，設(shè)計(jì)人員需要在起重機(jī)的重復(fù)設(shè)計(jì)方面花費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致其無法及時(shí)、有效地研發(fā)新產(chǎn)品。對(duì)此情況，我們需要深入研究起重機(jī)主梁的快速設(shè)計(jì)方法。

1 構(gòu)建主梁模型庫

構(gòu)建主梁模型庫是快速設(shè)計(jì)主梁的重要基礎(chǔ)。具體包括以下內(nèi)容。

1.1 構(gòu)建主梁參數(shù)化模型

應(yīng)結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，構(gòu)建零件的參數(shù)化模型。參數(shù)化模型是指在零件的草圖和特征上標(biāo)記參數(shù)名，因設(shè)計(jì)人員的不同，會(huì)產(chǎn)生差異化的選擇結(jié)果。參數(shù)化模型不僅能記錄幾何信息，包括設(shè)計(jì)參數(shù)、限制條件等，還能保留圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，但尺寸不同，那么就可應(yīng)用同一個(gè)參數(shù)化模型描述其幾何形狀。如果因改變了產(chǎn)品的某些定形、定位參數(shù)，而導(dǎo)致產(chǎn)品的局部形狀變化，則系統(tǒng)可以根據(jù)原有的設(shè)計(jì)圖，在原有的限制條件不受影響的基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成新的圖形，促使參數(shù)化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們應(yīng)用了三維機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，利用本軟件可以有效構(gòu)建三維參數(shù)化模型。在具體的設(shè)計(jì)中，零部件具有的性質(zhì)特征有：①表達(dá)了設(shè)計(jì)意圖。我們用設(shè)計(jì)意圖指代模型被修改后的表現(xiàn)方案，也可以將其作為實(shí)際工作的設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖將會(huì)決定是否采用書面方法構(gòu)建模型。②具有參數(shù)化性。在軟件中，我們記錄了用于創(chuàng)建特征的尺寸和約束關(guān)系，并保存在模型中。這樣就可以將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖通過模型有效體現(xiàn)出來，并可實(shí)現(xiàn)模型的快速修改。

1.2 編制主梁XML表格

在零部件模型構(gòu)建完畢后，開始編制XML表格。該表格可幫助參數(shù)存儲(chǔ)和計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)。在編制過程中，需要保證XML表格中包含全部的參數(shù)、計(jì)算過程、注解和校核計(jì)算等，只有這樣，才可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)參數(shù)、快速計(jì)算和查詢等功能。在XML表格中，零部件的特征參數(shù)和裝配參數(shù)均會(huì)受到設(shè)計(jì)計(jì)算和校核的影響。因此，需要明確規(guī)范的編制過程。

2 主梁設(shè)計(jì)計(jì)算

目前，箱型主梁的應(yīng)用最為廣泛。因此，本文以箱型主梁為例進(jìn)行分析和闡述。

2.1 確定主梁高度

在確定梁高時(shí)，需要充分了解機(jī)械的總體設(shè)計(jì)要求和梁的剛性、經(jīng)濟(jì)性要求，在滿足以上要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算合理梁高，以最大限度地降低梁的質(zhì)量。梁的最大高度要滿足機(jī)械總體布置的要求，最小高度要符合靜撓度控制的剛性要求，且體現(xiàn)在機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中。如果機(jī)械的總體設(shè)計(jì)中沒有給出梁的高度，那么就不需要限制梁的高度。通常情況下，梁的截面積是固定的，此時(shí)，如果梁的高度較高，則可減少翼緣的質(zhì)量，增加腹板的質(zhì)量；如果梁的高度較低，則可增加翼緣的質(zhì)量，降低腹板的質(zhì)量。假設(shè)梁的總質(zhì)量為：

2.3 主梁有限元分析

在機(jī)械產(chǎn)品的有限元分析中，我們通常會(huì)應(yīng)用solidworks simulation，因?yàn)樗梢暂^為方便地建模、快速分析，并可計(jì)算出精確的結(jié)果。我們?cè)谠撥浖袠?gòu)建了參數(shù)化模型，以此分析主梁有限元。在實(shí)踐過程中，主梁需要承擔(dān)較大的工作載荷，且主梁的跨度較大。因此，除了要保證主梁的強(qiáng)度滿足要求之外，還需保證其穩(wěn)定性較好、剛度滿足要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，在起重機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用快速設(shè)計(jì)方法，可減少設(shè)計(jì)人員的工作量，有利于他們開展新產(chǎn)品的研發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]騰啟，王科社.試論快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法[J].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，2（06）：123-125.

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〔編輯：張思楠〕

Fast Crane Girder Design Methods and Applied Research

Wu Baosong

Abstract： The crane girder is an important part of the design. It plays the role of supporting the various loads， is the main force components. At present， the rapid design was applied to the crane's main sill. The practical research shows that this design method has many advantages. In the rapid design， you need to select the actual situation with specific scientific methods to improve design quality.

Key words： crane； girder； web； rapid design