楊天雪

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

1 引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，起重機(jī)檢測(cè)的精度和可靠性、輕量化要求越來(lái)越高，并且隨著有限元數(shù)值仿真手段、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，關(guān)于起重機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)手段和檢測(cè)方法也在發(fā)生著跨越式發(fā)展，近年來(lái)關(guān)于起重機(jī)的相關(guān)技術(shù)方面取得了一定的研究成果，如：30t橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]；橋式起重機(jī)起升載荷分布擬合與檢驗(yàn)方法的研究[2]；橋式起重機(jī)產(chǎn)品平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)研究[3]；基于粒子群優(yōu)化算法的橋式起重機(jī)PID控制參數(shù)優(yōu)化的研究[4]；基于模糊優(yōu)選模型的橋式起重機(jī)節(jié)能評(píng)價(jià)方法研究[5]。但是，起重機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類型多樣，因而，要提高檢測(cè)的精度和檢測(cè)效率，必須要建立其虛擬檢測(cè)仿真平臺(tái)，但目前就此方面的研究還不夠深入、系統(tǒng)。因而，文中據(jù)此針對(duì)橋式起重機(jī)，以ANSYS軟件為工具，結(jié)合ANSYS強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能，綜合應(yīng)用其二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言(APDL,UIDL)，并結(jié)合參數(shù)化分析建模技術(shù)，建立了橋式起重機(jī)的虛擬檢測(cè)仿真平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)相似結(jié)構(gòu)的各種型號(hào)的橋式起重機(jī)的仿真檢測(cè)，通過(guò)研究，對(duì)研究橋式起重機(jī)的研發(fā)和檢測(cè)具有重要的研究意義及工程應(yīng)用價(jià)值。

2 參數(shù)化仿真方案的建立

基于ANSYS的APDL參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言[5]建立起重機(jī)的參數(shù)化幾何模型和參數(shù)化網(wǎng)格、參數(shù)化載荷，基于ANSYS的UIDL用戶界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)操作界面，所建立的橋式起重機(jī)參數(shù)化虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)施方案如圖1所示。

圖1 基于ANSYS軟件的橋式起重機(jī)參數(shù)化虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)施方案

3 橋式起重機(jī)的虛擬檢測(cè)仿真平臺(tái)

圖2 參數(shù)化的主梁、端梁、整機(jī)的有限元模型

應(yīng)用ANSYS的二次開(kāi)發(fā)功能，結(jié)合APDL(ANSYS Parameter Design Language)，UIDL(ANSYS User Interface Design Language)，開(kāi)發(fā)了橋式起重機(jī)的虛擬檢測(cè)仿真平臺(tái)，包括三個(gè)模塊（主梁、端梁、整機(jī)），參數(shù)化的主梁、端梁、整機(jī)的有限元模型如圖2所示。在主梁分析模塊可變參數(shù)是16個(gè)，主梁分析模塊的菜單及對(duì)話框如圖3所示。在端梁分析模塊可變參數(shù)是15個(gè)，端梁分析模塊的菜單及對(duì)話框如圖4所示。在整機(jī)分析模塊可變參數(shù)是15個(gè)，整機(jī)分析模塊的菜單及對(duì)話框如圖5所示。

圖3 主梁的仿真平臺(tái)菜單和對(duì)話框

圖4 端梁的仿真平臺(tái)的菜單和對(duì)話框

圖5 橋式起重機(jī)整機(jī)的仿真平臺(tái)的菜單和對(duì)話框

4 有限元計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證

對(duì)福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院負(fù)責(zé)檢驗(yàn)的福建省內(nèi)額定起重量為10噸，QZ10-31.5A6、QD10-19.5A6、QD10-25.5A6等型號(hào)的起重機(jī)撓度檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不同跨度主梁的撓度檢驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算結(jié)果如表1所示，從表1中可見(jiàn)應(yīng)用該平臺(tái)的有限元計(jì)算結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)的最大誤差為13.7%，最小誤差為2.6%，由此驗(yàn)證了所建立的仿真平臺(tái)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

表1 不同跨度主梁的撓度測(cè)試數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

5 結(jié)論

文中將參數(shù)化建模和有限元法相結(jié)合，針對(duì)橋式起重機(jī)的主要組成部分（主梁和端梁）、整機(jī)基于ANSYS的APDL和UIDL二次開(kāi)發(fā)功能建立了橋式起重機(jī)的虛擬檢測(cè)的仿真平臺(tái)，其中，主梁分析模塊可變參數(shù)是16個(gè)，端梁分析模塊可變參數(shù)是15個(gè)，整機(jī)分析模塊可變參數(shù)是15個(gè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相似結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī)進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)對(duì)某主梁的計(jì)算，撓度計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的最大誤差僅為13.7%，驗(yàn)證了所建立的有限元模型的準(zhǔn)確性，應(yīng)用該平臺(tái)可在檢測(cè)前快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行有限元分析，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行分析，進(jìn)而為實(shí)際檢測(cè)提供指導(dǎo)措施，提高檢測(cè)效率和檢測(cè)精度。

[1]秦東晨，齊玉紅.基于 ANSYS 的 30 t 橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械,2011,39(5):46-49.

[2]王愛(ài)紅,徐格寧,楊萍橋, 等.式起重機(jī)起升載荷分布擬合與檢驗(yàn) [J].機(jī)械強(qiáng)度,2011,33(6):921-926.

[3]王建正，魏雙慶，張崇，等.橋式起重機(jī)產(chǎn)品平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013, (1): 126-129.

[4]杜文正，謝政，童國(guó)林.基于粒子群優(yōu)化算法的橋式起重機(jī)PID控制參數(shù)優(yōu)化[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2013, 21(2): 371-374.

[5]葉偉,童一飛,李向東.基于模糊優(yōu)選模型的橋式起重機(jī)節(jié)能評(píng)價(jià)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2014,25(12): 1630-1634.