（机械工程专业论文）轮轨式提梁机主框架三维建模及有限元分析.pdfVIP

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 摘要 根据铁路中长期发展规划，我国铁路客运专线建设已经开始。随着武广、郑西高 铁的开通，铁路建设必将进入一个高速发展的阶段。客运专线的大规模建设，为铁路 科技创新工作创造了巨大空间，提供了广阔舞台，同时也对工程设计旌工、机车车辆、 通信信号、列车控制、调度指挥、旅客服务等重点领域的技术创新提出了新的更高要 求。 本文以海南东环铁路建设为背景，采用计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技 术对轮轨式提梁机金属主框架结构进行三维设计和有限元分析。首先，在s o l i d w o r k s 环境中创建提梁机金属主框架各个组成零件的三维模型并且进行装配；然后，使用 s o l i d w o r k s 的无缝插件c o s m o s w o r k s 对于创建的提梁机金属主框架结构进行有限元分 析。 由于采用了计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技术，使企业由原来的串行作 业改为并行作业，并建立一种新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期， 提高劳动生产率。参数化、变量化技术的应用可以减少重复工作，提高工作效率。 关键词轮轨式提梁机；s o l i d w o r k s ；c a d ；c o s m o s w o r k s ；有限元分析 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t a c c o r d i n gt om e d i u ma n dl o n g - t e r md e v e l o p m e n tp l a no fc h i n e s er a i l w a y ，t h e e x c l u s i v e r a i l w a yp a s s e n g e r l i n eh a sb e e nb u i l t w i t ht h e h i g hs p e e dr a i l o f z h e n g z h o u x i a l la n dw u h a n g u a n g z h o uh a v i n gb e e np u ti n t ob s e ，r a i l w a yc o n s t r u c t i o n i sb o u n dt oe n t e ras t a g eo fr a p i dd e v e l o p m e n t t h el a r g e - s c a l ec o n s t r u c t i o no fe x c l u s i v e r a i l w a yp a s s e n g e rc r e a t e sah u g es p a c ef o rs c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o no f r a i l w a ya n dp r o v i d e sab r o a ds t a g e a tt h es a m et i m e ，t e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o no ff o c u s a r e a s ，s u c ha se n g i n e e r i n gd e s i g na n dc o n s t r u c t i o n ，r o l l i n gs t o c k ，c o m m u n i c a t i o ns i g n a l ，t r a i n c o n t r o l ，d i s p a t c h ，p a s s c m g e rs e r v i c e h a sb e e n p u tf o r w a r d w i t hn e w l yh i g h e r r e q u i r e m e n t s o nt h eb a c k g r o u n do fh a i n a ne a s tc e n t r a lr a i l w a yc o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rd o e s t h r e e d i m e n s i o n a ld e s i g na n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sf o rw h e e l r a i l t y p eg a n t r yc r a n e s m a i nm e t a lf r a m ew i t hc o m p u t e r - a i d e dd e s i g na n dc o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n ga n a l y s i s t e c h n i q u e s f i r s t l y ，t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo ft h ec o m p o n e n tp a r t so fg a n t r yc r a n em a i nm e t a l f r a m ei sc r e a t e da n da s s e m b l e di nt h es o l i d w o r k se n v i r o n m e n t n e n ，f i i l i t ee l e m e n t a n a l y s i si sd o n ef o rt h eg a n t r yc r a n e sm a i nm e t a lf r a m es t r u c t u r ew i t hs e a m l e s sp l u g i n c o s m o s w o r k so fs o l i d l w o r k s o w i n g t o c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n a n d c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n ga n a l y s i s t e c h n i q u e s ，t h eo p e r a t i o n s o fe n t e r p r i s e sh a v eb e e nc h a n g e df r o ms e r i a li n t op a r a l l e l ，a n d an e wd e s i g na n dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ym a n a g e m e n ts y s t e mh a v eb e e ne s t a b l i s h e dt os h o r t t h ep r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l ea n di m p r o v el a b o rp r o d u c t i v i t y p a r a m e t r i cd e s i g na n dv a r i a b l et e c h n o l o g ya r ea p p l i e dt or e d u c ed u p l i c a t i o na n d i m p r o v ee f f i c i e n c y k e yw o r d sw h e e l t r a c kt y p eb e a mh o i s t e r ；s o l i d w o r k s ；c a d ；c o s m o s w o r k s ；f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s 西南交通大学曲南父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：毒长啼凡 日期： c r l o 、& 指导老师签名：孑乙彳口一 日期：加，护一，易 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 采用计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技术对产品进行三维设计和有限元分 析，基于s o l i d w o r k s 和c o s m o s w o r k s i 具实现产品设计分析一体化。建立一种新的设计 和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高产品设计质量。同时参数化、变量 化技术的应用可以减少重复工作，提高产品设计工作效率。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 馘阻 日期：沙1 口、f 、7 占 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究的背景和意义 第1 章绪论 按照中长期铁路网规划：至u 2 0 2 0 年，全国铁路营业里程达到1 0 万公里，主要繁 忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到5 0 ，运输能力满足国民经济和社会发 展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。建成1 2 万公里以上的客运专线，车 速目标值达到每小时2 0 0 公里以上的“四纵“四横 及环渤海地区、长江三角洲地区、 珠江三角洲地三个城际客运系统。完善路网布局，提升既有能力，逐步实现客货分线， 改变我国铁路网布局不合理的态势。 为满足我国时速3 5 0 k m h 、2 5 0 h 的铁路客运专线预制场内3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 双线整 孔箱梁的起吊、转移、以及向运梁车装梁等工作，需要起重量9 0 0 吨以上的提梁机。因 此研韦0 9 0 0 吨提梁机是铁路建设紧迫需要解决的课题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 提梁机研究现状 1 2 2 1 提梁机分类提梁机按行走方式可分为：轮胎式和轮轨式。对于提梁机的选择， 首先要考虑预制场的规模，同时结合预制场的布置、工期、投资来确定。一般来说， 采用轮轨式提梁机优于轮胎式提梁机，但使用时需要布置大量轨道，地基处理费用高， 且不可回收：轮胎式提梁机地基处理费用较轮轨式要少，不产生地基处理费用，有利 于长期发展。因此，在选择时应综合考虑设备造价和地基处理费用。c 柏， 随着，郑州大方桥梁机械有限公司，上海港机重工有限公司，上海同新机电控制 技术有限公司等企业自主研发的9 0 0 t 的桥梁架运设备在各大工程中投入使用，结束了 9 0 0t 级提架运桥梁装备依赖进口的局面。 1 2 2 2 常用提梁机种类目前用于高铁建设的架桥机主要有以下几种： 1 m g 4 5 0 型轮轨式提梁机 两台m g 4 5 0 型轮轨式提粱机共同抬吊片9 0 0 t 箱梁，运梁车单向装车运梁，场地 占用多，设备造价比单台m d e 9 0 0 型轮轨式提梁机高3 0 ，施工效率较低，9 0 。转向需 要4 0 m i n 。 2 m d e 9 0 0 型轮轨式提梁机 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 该机型目前应用较多，运梁车只能单向装车运梁，场地占用多，施工效率一般， 9 0 。转向需要1 5 m i n 。 3 d l t 4 5 0 型轮胎式提梁机 两台d l t 4 5 0 型轮胎式提梁机共同抬吊一片9 0 0 t 箱梁，运梁车单向装车运梁，场 地占用少，施工效率较高，9 0 。转向需要5 m i n ，经济性低，费用为单台m d e 9 0 0 型轮 轨式提梁机的两倍。 4 d l t 9 0 0 型轮胎式提梁机 该机型根据其主金属结构的不同，可分为b 、c 两种形式，其中b 型运梁车单向 装车，c 型可实现运梁车的双向装车运梁，工作效率均很高，9 0 。转向只需3 r a i n 即可 完成，但两种型式的提梁机的费用都是m d e 9 0 0 的两倍左右，经济性较低。 1 2 2c a d 及c a e 技术的应用与研究现状 为适应市场竞争和产品更新换代的速度，计算机技术被大量引入产品开发的全过 程。在产品开发过程中，计算机技术的应用大致可以分为两个方面：是监控各种硬 件设备在生产过程中正常运行，包括监控各种设备、仪表、仪器在加工过程中按预定 计划运行，及诊断部分常见故障；二是辅助设计人员参与产品开发周期的各个阶段， 它包括数字化设计和数字化制造。 1 2 2 1 数字化技术的含义数字化是采用数字化技术对传统的技术内容和技术体系 进行改造的过程。数字化设计就是通过数字化手段建立一套基于数值计算方法、计算 机软硬件技术、网络传输技术、信息处理技术的专门支持产品开发和生产的全过程的 设计方法和相关技术。设计过程的数字化包括c a c d ( 计算机辅助概念设计、c a g m ( 计 算机辅助几何建模) 、c a e ( 计算机辅助工程) 、p d m 等。5 1 1 2 2 2 数字化技术的作用 1 数字化技术提高了产品信息交换水平数字化技术使产品的需求、设计、制造、 管理等信息能够通过网络传递、共享。数字化技术可以将产品开发的各个环节有机的 结合起来，让设计与制造这两个环节更加紧密，从而使产品研发进入到了“并行工程 时代 ，有利于产品创新。m 1 2 数字化技术改变了设计师的工作方式数字化技术的应用可以帮助设计师从设 计到生产等多方面对方案进行整体考虑，从而大大减少设计中的循环和反复。m 1 2 2 3c a d 技术的应用及发展现状c a d ，即“c o m p u t e r a i d e dd e s i 四计算机辅 助设计”。这是一种利用计算机辅助设计师进行快速产品设计的技术。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页 曼量曼皇曼曼量曼皇i i ii _ i ；_；i 皇曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼皇 c a d 技术思想起源于2 0 世纪5 0 年代。近6 0 年来，随着计算机硬件的不断发展，这 项技术融合各个学科的知识，被各个行业采用，成为一种高新技术。 c a d 技术推动了几乎一切领域的设计革命，成为加速工程建设、缩短产品开发周 期、提高产品质量、降低成本、增强企业的市场竞争能力与创新能力的一项关键技术。 该技术最早应用在机械行业。机械c a d 是将人的主导性和创造性放在首位，充分发挥 计算机的优势，主要应用于二维绘图、图形及符号库、参数化设计、三维造型、工程 分析和设计文档以及生成报表等。掌握机械c a d 技术可以大大缩短绘图时间，提高分 析速度，促进设计工作的规范化、系列化和标准化。 目前，在我国c a d 技术也得到了广泛的应用，并取得了很好的经济效益。我国应 用c a d 技术的情况，大致可以分为四个层次： 1 基于计算机绘图、产品三维建模的应用层次。在这个层次，设计师基本上甩掉了 图版，产品设计质量得到一定的提高，研发周期缩短。 2 基于计算机辅助工程分析( c a e ) 技术进行产品性能设计的应用层次。这个层次 的特点是利用有限元分析、优化设计等分析工具，将产品形态设计与工程分析技术相 结合，以达到提高产品质量的目的。 3 基于产品数据管理的( p d m ) 的c a d 应用层次。这个层次上，企业基本实现了 部门级文档管理、产品结构管理与工作流程管理。 4 基于企业信息化的c a d 应用层次。在这个层次实现了c a d c a e c a p p 等c a x 集 成，还实现了c a x p d m e r p 的集成，达到了全企业的信息交换与共享。这是c a d 技术 应用的深化，是现今制造业信息化的主要内容。 1 2 2 4c a e 技术的应用及发展现状随着c a d 技术的发展，人们意识到，仅局限于计 算机绘图方面的应用是不够的，设计应该包括产品的外型设计、功能设计、结构设计 等。因此c a e c a m ，p d m 等技术也随之发展，并广泛应用。 c a e 主要指用计算机对数字化产品进行性能和安全可靠性分析，对其未来的工作 状态和运行行为进行模拟，以便于尽早发现设计缺陷，并证实产品功能的可用性与性 能的可靠性。 c a e 技术的研究始于2 0 世纪5 0 年代中期，c a e 软件出现于7 0 年代初期，8 0 年代中 期c a e 软件在可用性、可靠性和计算效率上已基本成熟。国际上知名的c a e 软件有 n a s t r a n 、a n s y s 、a s k a 、m a r c 、m o d u l e f 、d y n 3 d 等。在近十多年是c a e 软件的商品化发展阶段，其理论和算法日趋成熟，已成为航空、航天、机械、土木结 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 页 构等领域工程和产品结构分析中必不可缺少的工具，同时也是分析连续过程各类问题 的一种重要手段。现在，c a e 软件现已可以在各种操作系统平台上运行。 1 3 研究的主要内容和方法 1 3 1 研究的主要内容 本文针对提梁机行业存在的成本高、效率低等问题，结合我国工业化和信息化并 行发展的特点，以m e 4 5 0 + 4 5 0 型9 0 0 t 轮轨式提梁机为研究对象，内容包括以下几个 部分： 1 以提梁机主框架结构为研究对象，研究参数化建模的特点和技术，对约束和参 数进行分类分级，按自顶向下和自下而上相结合的设计思想，建立提梁机主框架模型； 2 在所建模型的基础上建立力学模型，进行力学仿真，以验证设计的合理性及可 行性；利用此参数化模型经过一定的简化建立有限元参数化模型，设定约束、载荷， 并验证了利用模型及高效的有限元分析软件对多种危险工况下的工作装置进行有限元 分析的可行性。 1 3 2 研究方法 本文在研究方法上主要采用了计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 及计 算机辅助工程分析( c o m p u t e r a i d e de n g i n e e r i n ga n a l y s i s ，c a e ) 技术，使用s o l i d w o r k s 及其无缝链接软件c o s m o s w o r k s 完成提梁机虚拟样机主框架三维建模及其结构的有限 元分析。 至室圣塑奎茎三堡竺圭璺窑圭耋堡鎏圣圣i 至 第2 章轮轨式提梁机总体方案 21 轮轨式提梁机概述 211 轮轨式提梁机的应用 9 0 0 t 轮轨式提粱机适用于国内时速3 5 0 k m h 、2 5 0 k m d h 的铁路客运专线预制场内 3 2 m 、2 4 m 、2 0 m 整孔双线箱梁的起吊、转移、以及向运粱车装粱等工作，可以辅助完 成架桥机和运粱车的安装以及预制场内钢筋骨架和模板的吊装。 21 2 轮轨式提梁机的一般功能 提粱机采用职门型结构，满足运梁车纵向从提粱机下穿行要求，裟车时不受运梁 车长度限制。提粱机考虑首次应用于哈大铁路客运专线施工，满足铁道部专业设计院 啦及林同炎桥梁设计公司设计的2 0 m 、2 4 m 、3 2 m 跨箱粱吊装要求起升高度按1 2 米 设计，满足预制场“存2 过i ”的双层存梁要求。 提梁机采用轮轨式，可咀在纵、横向轨道l 走行，在预定转向位置完成9 0 度转 向，满足提升、搬运预制场所有粱体的要求。 22 轮轨式提梁机的结构 轮轨式提梁机包括：主框架、大车走行机构、支撑及转向机构、升机构、副钩 电气控制系统、液压系统、司机室、安全装置、电气安全装置、电气系统保护装置 其它安全装置、动力系统、钢轨等结构。 k 一 1 主框架2 起升系统3 支撑及转向机构4 大车走行机构5 爬梯栏杆 6 副钩7 发电机组8 液压系统9 电控系统 图2 1提粱机结构图 其中主框架是由6 节主粱和8 套主粱接头、4 节支腿横粱和2 套横粱接头、4 节支 腿立柱组成的双门型结构，是提梁机的整体受力结构，满足运粱车纵向驶入装粱要求。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第6 页 毋；唇 支腿立柱截面主梁截面支腿横梁截面 1 支腿立柱2 主梁3 支腿横梁 图2 2 提粱机结构简图 本文就是对主框架各部分结构进行三维建模设计及有限元分析的。 2 2 1 主梁 结构型式：钢箱梁，双梁中心距为7 0 米 重量：1 4 0t 材质：q 3 4 5 c 外形尺寸( 长宽x 高) ：4 0 o x 8 6 x 2 8m 单件最大重量：2 2 t 单件最大尺寸( 长x 宽高) ：1 2 5 x 1 6 x 2 8m 作为提梁机的主要承载结构，由两根4 0 o m 长的箱型梁组成，高2 8 m ，宽1 2 5 m 。 箱型梁采用q 3 4 5 c 低合金结构钢焊接而成，接头采用l o 9 级m 3 0 高强度螺栓以及内、 外节点板拼接。 在主梁的顶部外侧，提供了到起升机构操作区域的人行走台和栏杆。 2 2 2 支腿 结构型式：钢箱梁，由支腿横梁和支腿立柱组成，支腿立柱横向中心距为1 6 o 米。 材质：q 3 4 5 c 重量：1 3 0 t 单件最大重量：1 8t 单件最大尺寸( 长宽高) ：9 0 x 2 o x 2 8m 支腿横梁和支腿立柱形成门形结构，横梁与主梁在同一高度，采用法兰螺栓刚性 连接，支腿立柱与支腿横梁采用法兰螺栓刚性连接。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第7 页 支腿上安装有操作室、电控柜等电气系统，横粱上安装发电机组和起升机构的卷 扬机，还设有爬梯以方便操作及检修人员上下。 2 23 大车走行机构 每侧支腿底部安装有1 6 完全相同的驱动台车组成提粱机的大车行走机构。驱动台 车幸要由箱体、变频电机、车轮、夹轨器、传动轴以及缓冲器等部件构成。台车轴距 o8 5 m ，轮距12 。重载走行速度0 50 m r a i n ，空载走行速度0 1 0 m m i n 。 台车内侧设有夹轨器，在提粱机不工作时可将其与轨道刚性连接并卡固，以防 提梁机在轨道e 自由移动。 台车外侧装有两组缓冲器，与大车行走轨道端头的止轮挡块形成安全防撞装置， 图2 - 3大车走行机构 224 支撑及转向机构 每个支腿立柱位置设置一根支撑油缸和一根转向油缸和一台液压泵站。支撑油缸 安装在支腿横梁中间，大车走行均衡梁通过铰座与支腿横粱端部连接铰座与支腿横 梁之间设置平面铰机构，在转向油缸作用下能够完成大车走行均衡梁和走行轮箱的整 体转向。 望里圣塑查茎三堡堡圭型塞兰耋篁篓塞矍! 圣 一基 图2 4支撑厦转向机构 2 25 起升机构 起升机构由卷扬机、吊粱小车、钢丝绳、专用吊具等组成。 2251 卷扬机四台卷扬机安装在主粱顶部两端。每台卷扬机由机座、减速器、卷筒、 制动器、电机等组成。电动机通过弹性联轴器经齿轮减速器直接带动卷筒转动。 2252 吊梁小车提梁机包括两台吊粱小车，支撑在主粱上纵向位置可调，吊粱小车 上安装定滑轮组，通过钢丝绳缠绕动滑轮组和吊具形成起升机构。吊粱小车底部安装 华龙滑板支撑在主梁项轨道上，通过纵移油缸的推拉作用完成纵向调整对位。 2 253 钢丝绳 生产厂家瑞士威路配( v e r o p e a g ) 公司 钢丝绳型号 v e r o p r o8 钢丝绳直径 由2 8m r f l 捻向右旋交互捻 外表光面润滑 执行标准欧洲钢丝绳e n 标准 公称抗拉强度 2 1 6 0 n m m 2 单绳拉力1 2 8 ，0 0 0n 虽小破断我荷7 8 36 k n 破断安全系数6 1 2z54 吊杆与吊具吊具与动精轮组铰接，保证纵向转动调整。每个吊具上安装两根 吊杆，吊杆的规格和材质如下： 吊杆数：8根 吊杆直径：1 0 0 r a m 吊杆中心距：纵向1 0 0 0 m m ，横向3 6 6 0 m m 3 4 0 0 m m 吊杆材质：d g 3 0 c r 2 n i 2 m o 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第9 页 安全系数 5 6 吊杆上、下端螺母与吊具、垫板之间设置球铰垫片，以改善吊杆的受力条件和安 装方便。 2 2 5 5 钢丝绳平衡系统钢丝绳经卷扬机出来后通过导向滑轮进入定滑轮组，在上下 滑轮架之间做2 x 2 4 次穿绕，并固定在主钢梁上，吊具连接在动滑轮上。 混凝土箱梁由4 个提升滑轮组提升，其中两个采用一根钢丝绳缠绕，另外两个采用 两根单独的钢丝绳缠绕。可以保证箱梁载荷的均衡分布( 四点起升、三点平衡吊装系 统) 。每个滑轮组承受1 4 的总载荷。 图2 5起升机构钢丝绳缠绕示意图 2 2 6 电气系统 门式提梁机共有3 个机构：起升机构、大车运行机构、大车转向支撑机构。起升 机构、大车运行机构采用交流变频电动机驱动，变频调速装置为日本三菱公司a 7 4 0 系列产品。起升机构与大车运行机构共用一台4 5 k w 变频器，通过接触器实现起升机 构与大车运行机构的切换；起升机构主要由四台卷扬机组成，分别由四套4 5 k w 变频 器拖动，可实现卷扬机的单台单动、两台联动和四台联动功能。 提梁机配套的电气控制系统的主要低压元器件均选用长城公司的产品。 提梁机所有机构都在司机室内的联动操作台上操作。用p l c 作为电气系统的控制 核心，根据实际使用要求，提梁机有3 种使用工况，通过转换开关选择机构，然后在 所选机构下再选择相应功能，从而可实现机构的互锁，避免误操作带来的隐患。 2 2 6 1 电气系统参数 序号名称 电动机数量驱动装置型号数量 1 起升机构 y z p 2 2 5 l 卜63 7 k - 4 f r 一 一7 4 0 - 4 5 k - c i4 2 大车运行机构y f g e ji o o l 2 4 - 4 5 1 6f r 一 一7 4 0 一4 5 k c h4 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第10 页 皇曼曼詈舅曼舅舅曼曼曼曼曼曼曼ii ： 。1i ! i i= i - - - 曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼 装机总功率约2 9 0 k w 。 2 2 6 2 控制面板联动台 左、右两操作台下部四个转换开关可分别选择运行机构和功能，选择功能后通过操 作主令开关实现动作。 2 2 6 3 供电系统动力系统采用瑞典v o l v op e n t a 公司t a d l 2 3 2 g e 型3 0 0 k w 发 电机组，安装于刚性支腿下横梁外侧平台上。供电电源为三相五线3 8 0 v a c ，电源经发 电机送到电控柜。 电源系统分成三个部分：动力电源、控制电源和照明电源。控制和照明电源均修 器b 2 ，为主梁内维修提供照明。p l c 供电电源由一台3 8 0 2 2 0v a c 变压器b 0 提供， 以防错相损坏p l c 。 动力电源的通断受主电源接触器k m 0 控制。 照明电源受接触器5 k m l 5 k m 2 控制，作为夜间工作照明灯具、空调及司机室内 部等用电设备的电源，独立于动力电源，确保提梁机动力部分检修时，照明正常。 本门式提梁机可在右联动台上用急停按钮切断各机构的动力电源，实现整机紧急 停车： 联动操作台上分别安装了电源指示信号灯，用于监控动力电源是否缺相。 另外，整机设有相序保护器，以防相序的变化造成误动作。 电源上电顺序：操作设备前，操作人员应检查设备上是否有人，设备周围是否存 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第11 页 在影响运行的障碍，确定安全后，方可运行设备。 首先闭合所有空气开关并将所有控制手柄置于零位，关闭司机室门限位和天窗限 位，然后启动电源。 钥匙开关y s k 置于允许位置一合控制电源启动按钮9 s b 一电源指示灯h l l 、h l 2 、 h l 3 点亮一l 刚o 吸合各运行机构主回路得电。断电顺序与此相反。 2 2 6 4p l c 控制系统p l c 作为门式提梁机电气控制系统核心，实现全部逻辑关系和 联锁功能，其输入用于检测各机构状态和外部保护信号，起升、大车操作手柄的档位 信号是对应于调速装置的速度给定信号，输出是根据输入信号按照定逻辑关系给出 的，用于控制各机构的运行。p l c 检测一些重要环节的执行元件如主电源、起升制动 器、大车运行等接触器状态，反馈这些触点用于检查对应系统和机构是否正常运行。 2 2 6 5p l c 控制系统主起升机构主起升机构采用四台4 5 k w 变频器分别驱动四台卷 扬机的变频电机，各台卷扬机的变频电机上采用带编码器反馈的闭环控制，以提高电 机速度和转矩的控制精度、响应速度。 2 2 6 6p l c 控制系统大车运行机构本机构由1 6 台交流电动机对称驱动的，由2 台 变频器控制1 6 台交流电机。大车减速、制动时，变频器将惯性能量通过制动单元和电 阻吸收掉，以达到平稳减速和制动。 大车运行机构控制系统由联动台上3 - 0 3 ( 正向、反向各3 档) 主令控制器实施控 制。操作手柄具有零位保护，有三档速度切换，低速( 2 5 m r a i n ) 、中速( 5 o m m i n ) 、 高速( 1 0 r n m i n ) 。重载时，只能投入前面二档速度；空载时，可以投入到高速速档。 2 2 6 7 天车运行机构天车运行机构作为落梁时调整和变跨时使用，具有以下功能： ( 1 ) i 天车一油缸一点动伸出缩回； i i 天车一油缸二点动伸出缩回； i i i 天车一两油缸联动伸出缩回 ( 2 ) i 天车二油缸一点动伸出缩回； i i 天车二油缸二点动伸出缩回； i i i 天车二两油缸联动伸出缩回 两天车四两油缸联动伸出缩回 ( 3 ) i 大车左侧支撑油缸伸出缩回； i i 大车右侧支撑油缸伸出缩回； ( 4 ) i 大车左侧走行一转向油缸伸出缩回； i i 大车左侧走行二转向油缸伸出缩回； 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第12 页 ( 5 ) i 大车右侧走行一转向油缸伸出缩回； i i 大车右侧走行二转向油缸伸出缩回： 2 2 6 8 大车支撑转向机构液压电气控制系统在每侧支腿上和两天车上各设液压 电气控制系统一套，各部分单独配置控制电箱及就地操作盒。天车油缸微调、联动系 统可在司机室集中操作；转向机构工作时先启动油泵电机，当油压稳定后通过就地操 作盒点动支撑油缸电磁阀及转向油缸电磁阀，在空载时能够将大车走行机构转向9 0 度， 从而实现在纵横向轨道之间进行行走模式转换。满足预制场不同跨内箱梁的起吊、转 移以及为运梁车装梁等工作。 2 2 6 9 检测控制仪表风速仪( 司机室内) 用于输出大风预警报和超风速报警，超风速时输出控制联动操作台上的蜂鸣器鸣 响，提醒司机采取相应的措施。 2 2 6 1 0 照明在两主梁上设四处金属卤化物光源，供夜间作业照明使用。单台光源 功率为4 0 0 w 2 2 0 v 。在扶梯上设两个6 0 w 2 2 0 v 防水防尘灯，供夜间扶梯照明。 2 2 6 1 1 主要保护功能( 1 ) 供电系统：缺相、欠压、短路 ( 2 ) 起升机构 夺装置失效和故障，如相序、缺相、欠压、过流、等 夺超载、超速 今过载和短路 制动器抱死 夺零位自锁 夺上、下限位 ( 3 ) 大车运行机构 令装置失效和故障，如缺相、欠压、过流、过热等 夺过载和短路 冷零位自锁 冷夹轨器限位 令左、右终端限位 2 2 7 液压系统 提梁机液压系统包括：4 台转向支承液压泵站、4 根支承油缸、4 根转向油缸、2 台天车纵移泵站、4 根纵移油缸以及控制阀组、管路及辅件组成：支承液压泵站操作方 式采用电控就近控制；每台吊梁小车纵移泵站配两套电控制系统，一套安装在司机室， 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 3 页 一套就近安装，方便现场调整。 2 2 8 司机室 司机室视野开阔，安装在刚性支腿两立柱中间的横梁上，视野高出大车走行轨面7 米。 2 2 9 安全装置 2 2 9 1 电气安全装置总电源空气开关装有漏电保护模块； 大车走行急停按钮5 个，位于司机室和大车走行下横梁的四个角处； 大车走行下横梁的四个角处设4 个警示灯； 起升行程限位( 最高) 、大车走行纵横限位； 起升载荷限制器； 卷扬机设置液压推杆制动器和钳盘式制动器； 防超速装置； 防撞装置； 风速风向仪； 大车停车夹轨装置。 2 2 9 2 电气系统保护装置过载、过流、短路保护、监测指示灯和互锁装置； 过电压、欠电压保护； 机械、电气互锁机构( 防止误操作) 。 2 2 9 3 其它安全装置提梁机设置爬梯、栏杆、走台等各种安全辅助设施，方便施工 及检修人员上下并确保安全。 2 2 10 动力系统 动力系统采用瑞典沃尔沃遍达公司( v o l v op e n t a ) t a d l 2 3 2 g e 型3 0 0 k w 发电 机组，安装于刚性支腿下横梁外侧平台上。 2 2 11 钢轨 提梁机在预制场布置有横移和纵移轨道，纵横向轨道在纵移通道位置垂直交叉。 预制场轨道布置平面示意如下： 彗耋耋皇奎茎三堡至圭至茎圭兰! ! 尘圣薹：至 紊嵩满 善攀黔晔 广订_ _ r 厂i _ 1 型坠纠i 匿2 - - 6交叉轨道处理方式 221 2 提梁机装车施工及粱场布置图 提粱机能够满足向运粱车装梁的工作要求，装车时运梁车进入提梁机下方，通过 提梁机调整粱体位置精确落放在运粱午上( 如下圈示) 。运粱车载粱开走后，提粱机才 能横向走行。 图2 - - 6提粱机装车示意图 提粱机用来完成预制场内粱体的吊装、转移、装车等工作，要求梁场的布置能够 满足提粱机纵、横移走行的通道要求。具体布置参考下图。在制粱台座和存粱台座之 间布黄纵移通道，作为提梁机和运梁车纵向走行的道路，在该通道上完成提梁机原地 9 0 度转向，并且向运粱车装梁。 堑垦耋塑奎茎三至堡圭塑薹兰耋堡丝塞篓! i 圣 23 产品开发制造流程 在产品的数字化开发过程中，需要x t 产品信息和过程信息的相关数据进行管理， 这就是产品生命周期管理( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ，p l m ) ，它包括几个阶段： 需求分析和定义、概念设计、详细设计、生产制造、删试评估、使用、维护训练、销 毁等阶段。这是一个循环而产品的改型换代需要经历无数个循环。 需求分析 维护训练 详细没计 生产制造 r 虚拟j 测试评估 使用一 图2 - 6产品开发制造流程 在s o l i d w o r k s 中生成设计之后，需要确保设计在现场中能够有效地发挥作用。 如果缺乏分析工具，则只能通过昂贵且耗时的产品开发周期来完成这一任务。产品开 发周期通常包括以下步骤： l _ 使用s o l i d w o r k s 软件生成模型。 2 生成设计的原型。 3 现场铡试原型。 4 评估现场测试的结果。 5 根据现场测试结果修改设计”“。 这一过程将一直持续，直到获得满意的解决。分析可帮助您完成以下任务： 1 在计算机上模拟模型的测试过程来代替昂贵的现场测试，从而降低费用。 2 通过减少产品开发周期数量来缩短产品上市时间， 3 快速测试许多概念和情形，然后做出最终决定，这样，您就有更多的时间考虑 新的设计从而快速改进产品。 节 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 6 页 第3 章轮轨式提梁机主框架三维设计建模 3 1 三维c a d 软件s oi id w o r k s 简介 s o l i d w o r k s 公司为达索系统( d a s s a u l ts y s t e m e ss a ) 下的子公司，专门负责研发 与销售机械设计软件的视窗产品，目前达索的c a d 产品市场占有率居世界前列。 s o l i d w o r k s 采用w i n d o w so l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，即对象连接 与嵌入技术) ，以w i n d o w s 为平台而设计的款“基于w i n d o w s 的c a d c a e c a m p d m 桌面集成系统”。o l e 不仅是桌面应用程序集成，而且还定义和实现了一种允许应用 程序作为软件“对象”( 数据集合和操作数据的函数) 彼此进行“连接”的机制，这种连接机 制和协议称为部件对象模型。先进的p a r a s o l i d 内核以及良好的与第三方软件的集成技 术，提供了强大的二维三维混合设计系统。s o l i d w o r k s 这个软件是采用自上而下的设 计方法，可动态模拟装配过程，它采用基于特征的实体建模，自称1 0 0 的参数化设计 和1 0 0 的可修改性，以s o l i d w o r k s 为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动 分析、工程数据管理和数控加工等。该软件的应用，使得产品设计从“三维模型”到 “三维产品”成为可能，这不仅更符合人的设计思维，同时缩短了产品研发周期，提高 了生产效率。目前，该软件在全球1 0 0 多个国家使用，涉及航空航天、国防、机械、 交通、电子通讯、日用品等众多行业。 3 1 1s o ii d w o r k s 软件的特点 强大的功能、易学易用和技术创新是s o l i d w o r k s 的三大特点，使得s o l i d w o r k s 成 为c a d 主流软件之一。 s o l i d w o r k s机械设计自动化软件是一个基于特征的参数化实体建模 设计工具，它具有w i n d o w s 的图形用户界面易于掌握的优点。我们可 以创建完全关联的三维实体模型，带有或不带有约束；可以利用自动的或用户定义的 关联来捕捉设计意图。 3 1 1 1 基于特征的设计建模就象装配体是由许多单独的零件组成的一样， s o l i d w o r k s 中的模型是由许多单独的元素组成，这些元素被称为特征。我们在零件中 创建的第一个特征为基体。此特征为生成其它特征的基础。基体特征可以是拉伸、旋 转、扫描、放样、曲面加厚、钣金法兰。然而，大部分基体特征为拉伸。 s o l i d w o r k s 中的特征可以分为草图特征和直接生成特征。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 7 页 l 一 - - i i_ii。ia 。曼曼曼曼皇曼皇皇 基于二维草图的特征，通常该草图可以通过拉伸、旋转、扫描或放样转换为实体。 直接创建在实体模型上的特征，如：圆角和倒角。s o l i d w o r k s 软件在一个被称为 设计树的特殊窗口中显示模型的基于特征的结构。设计树不仅可以显示特征创建的顺 序，而且还可以使你很容易地得到所有特征的相关信息。 3 1 1 2 参数化的设计建模参数化用于创建特征的尺寸与关系可以捕捉并存于模型 中。这不仅可使设计者捕捉设计意图，而且还能够使你快速而容易地修改模型。 1 驱动尺寸驱动尺寸是指创建特征时所用的尺寸，包括与草图几何体相关的尺 寸和与特征自身相关的尺寸。 2 关联关联是指平行、相切、同心等信息，以前这类信息是通过特征控制符号 在工程图中表示的。通过在草图中捕捉关联，s o l i d w o r k s 使你能够在模型设计中完整 捕捉设计意图。 3 实体建模实体模型是c a d 系统中所使用的最完全的几何模型类型。它包含 了完整描述模型的边和表面所必需的所有线架和表面几何信息。 4 全相关性s o l i d w o r k s 模型与它的工程图及引用它的装配体是全相关的。对模 型的修改会自动反映到与之相关的工程图和装配体中。同样，你也可以在工程图和装 配体中作出修改，这些修改也会反映到模型中。 5 约束s o l i d w o r k s 支持约束，例如平行、垂直、水平等几何关联。 3 1 2s oiid w o r k s 软件的功能 从零件建模、曲面建模、板金设计、到装配设计以及工程图绘制，从有限元到动 态仿真，s o l i d w o r k s 提供的功能覆盖了从设计到分析直到优化的完整生产流程。 1 零件建模，s o l i d w o r k s 提供了基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄 壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品设计。通过对特征和草图的 动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维 草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。 2 曲面建模，可以使用放样和扫描生成复杂的曲面，可以方便地对曲面进行剪裁、 扩展，还可将曲面缝合到一起。 3 钣金设计，直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边 线切口等钣金操作变得非常容易。可以直接按比例放样折弯、圆锥折弯、复杂的平板 型式的处理。 4 有限元分析，s o l i d w o r k s 是世界上第一家将结构分析的功能嵌在c a d 环境中的 软件公司。c o s m o s 模块使得使用s o l i d w o r k s 软件的设计和工程队伍可以直接对设计的 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 8 页 零件进行有限元分析，对产品的性能进行评估，而不必花大量的时间和金钱制造昂贵 的样机。 5 装配设计，创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。大幅度提 高大型装配体的设计效率。 6 工程图，s o l i d w o r k s 可以不必绘制任何直线或圆弧即可得到可用于生产的详细 工程图，得到的工程图完全关联工程视图和物料清单在您每次修改零部件或装配体设 计时会自动更新。 3 2 基于s o lid w o rk s 设计建模技术 3 2 1 零件三维建模的方法 在使用s o l i d w o r k s 设计零件时，从草图到模型都是三维图元，可以使用三维模型 生成二维工程图，或集合相应的三维零件生成三维装配体，同时通过三维装