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一、桁架式起重机的三维建模
由于具有节约材料、结构简单、受力明确以及迎风面少的特点，桁架式起重机很受港口起重机制造企业的欢迎。但由于其大量使用型材焊接而成，在三维设计和出工程图方面工作量比较大。为了提高设计的效率及便于今后分析，可以在零件环境下，基于SolidWorks的焊接功能，利用多实体进行设计，其设计流程如下。
见：http://lib.3ddl.net/news_pws/focus/134521.html
二、产品的设计验证
对于桁架式起重机，传统的设计方法是对其进行强度、刚度和稳定性计算，以保证起重机的安全可靠。要达到安全设计，比较可靠的办法就是做试验，但是需要大量的试验经费，且研发周期不能满足高速发展的社会需求。这就有必要找到一种快捷的数值模拟计算方法，比较精确地模拟起重机的实际工况。
SolidWorksSimulation是一个与SolidWorks完全集成的设计分析系统，它提供了单一的屏幕解决方法来进行应力分析、频率分析及扭曲分析等。凭借着快速解算器的强有力支持，用户使用个人计算机就能快速解决复杂计算问题。
对于起重机，主要承受其本身自重、风载荷、运行冲击载荷及起吊重物的重量。通过理论分析可以确定采用结构线性静态分析，由于整机结构系统均由梁结构组成，故采用梁单元。梁单元是把框架分解成很小的直杆，并应用相似的变形到每个直杆。每个直杆有两个节点，每个节点有6个自由度。例如图6所示的框架结构，采用梁单元可以划分为网格结构，如图7所示。
图6框架三维模型
图7横梁单元网格结构
在计算刚度时，小车的自重和载荷以集中质量单元的方式加载在相应的节点上。基于这种方法，对模型进行了如下几种工况的分析。
1.工况一
小车位于门机跨中，固定刚性支腿和柔性支腿，即对两腿的支撑处进行了6个自由度的完全约束。
以理想状态计算，材料为Q235，其力学特性分别为：材料密度ρ=7.85x10-6kg/mm3，弹性模量E=2.1x105MPa，泊松比ν=0.3，剪切模量G=8.1x104N/mm2，许用应力177MPa。承受60t的载荷（方向垂直向下），其分析结果如图8和图9所示。结果显示，整机最大等效应力值为107MPa，小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方，满足强度和刚度要求。
图8小车位于门机跨中，承载60t的整机位移分布图
图9小车位于门机跨中，承载60t的整机应力分布图
2.工况二
小车位于门机跨中，刚性支腿固定，柔性支腿约束X方向和Z方向，Y方向自由（以小车走向为X方向，大车走向为Y方向，垂直地面的方向为Z方向）。承受60t的基本载荷（方向垂直向下）和2t的冲击载荷（方向沿Y向），两个载荷的位置都位于主梁跨中。材料属性与工况一相同，其分析结果如图10所示。结果显示，整机最大等效应力值为110MPa，小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方，满足强度和刚度要求。
图10小车位于门机跨中，承载60t+2t的整机应力分布图
3.工况三
小车位于门机跨中，刚性支腿固定，柔性支腿约束X方向和Z方向，Y方向自由（以小车走向为X方向，大车走向为Y方向，垂直地面的方向为Z方向）。承受60t的基本载荷（方向垂直向下）和2t的冲击载荷（方向沿方Y向），冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性与工况一相同，其分析结果如图11所示。结果显示，整机最大等效应力值为292MPa，大于材料许用应力177MPa，位于柔性支腿和主梁交接处。这种工况等效于控制系统已经出现问题，大车两腿没有一起运动，造成了扭转，呈现应力过大，如图11所示。
图11小车位于门机跨中，承载60t+2t的整机应力分布图
4.工况四
小车位于门机跨中，刚性支腿和柔性支腿均固定（以小车走向为X方向，大车走向为Y方向，垂直地面的方向为Z方向）。承受60t的基本载荷（方向垂直向下）、1.2t的冲击载荷（方向沿X向）和自身的重力载荷g，冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性与工况一相同，其分析结果如图12所示。结果显示，整机最大等效应力值为128MPa，小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方。满足强度和刚度要求。
图12小车位于门机跨中，承载60t+1.2t+g的整机应力分布图
5.工况五
小车位于门机跨中，刚性支腿和柔性支腿均固定（以小车走向为X方向，大车走向为Y方向，垂直地面的方向为Z方向）。承受60t的基本载荷（方向垂直向下）、1.2t的冲击载荷（方向沿X向），冲击载荷位于柔性支腿与轨道的接触处。材料属性与工况一相同，其分析结果如图13和图14所示。整机最大等效应力值为108MPa，小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方，满足强度和刚度要求。
图13小车位于门机跨中，承载60t+1.2t的整机应力分布图
图14小车位于门机跨中，承载60t+1.2t的整机位移分布图
三、结论与建议
通过上述计算表明，此桁架起重机装置的强度、静刚度及动刚度在控制系统没有问题的情况下均满足设计要求；如果控制系统出现问题，将会导致起重机结构的破坏。所以要避免这种情况的发生。SolidWorks为设计人员提供了设计与分析验证一体化的解决方案，解决了过去长期困扰工程技术人员计算分析困难的问题，帮助设计人员在设计的同时完成工程分析及计算，不但节省了材料用量，还能将设计结果成功把握。
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