基于多自由度的桥起吊具设计及有限元分析

叶永伟，叶连强，任设东，钱志勤

          (浙江工业大学 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，浙江 杭州310014)
    针对实际作业中由于传统桥式起重机吊具的单一性导致无法实现多自由度吊装而降低工作效率的问题，提出了一种新型桥式起重机吊具设计方案。通过对比传统吊具结构，设计了多自由度吊具旋转机构，实现了多方位吊装；利用ANSYS软件建立有限元模型，对吊具进行动静态分析，静态分析保证了吊具的应力和挠度符合设计要求，动态分析保证了作业过程中避免发生共振现象。分析结果表明，该吊具符合设计和动态性能要求，为实际的生产设计提供了依据。

    近年来，随着工业的发展，桥式起重机、岸边集装箱起重机等大型起重机械的设计水平在飞速提高,快速、高效越来越成为衡量起重机性能高低的重要指标。因此，如何提高起重机的工作效率已成为设计人员普遍关注的问题［1］。

    吊具是起重机的重要承载构件，也是最广泛使用的取物装置，其性能直接影响到起重机作业的整体性能。传统吊具设计只把安全性作为最重要的因素，其他的重要因素考虑不足，因此在实际作业中，其单一性大大降低了吊装的工作效率。

在现代生产设计环境中，把安全性作为最重要的因素是远远不够的，还有其他很多因素需要考虑，比如吊具的灵活性、多功能性和工作效率。如何在保证安全性的前提下提高整机的工作效率，适应多样的作业环境，这就需要一种新型的吊具结构设计［2-3］。本文设计了一种多自由度旋转结构的新型吊具，并通过对吊具进行静力学特性分析，获得应力挠度云图，研究其变形和应力分布；然后再对吊具进行动态特性分析，包括模态分析和谐响应分析，确定现有结构固有频率和发生共振的危险频率，为实际的生产设计提供依据。

1吊具设计

1.1吊具的比较

a.传统电磁吊具。

    传统的电磁吊具，在搬运重物时只能实现在平面内同一方向平移（如前后方向或左右方向），吊具在平面内无法实现某一角度的旋转。其结构简图如图1所示。

1—电磁吊梁;2—电磁铁;3—筋板;4—吊钩悬挂结构

图1传统电磁吊具结构简图

    在实际车间或仓库作业中，往往货物的体积、质量相对都比较大，而且不一定按规律的顺序和方向整齐摆放，因此这就要求吊具种类的多样性。当起重机吊运货物时首先需要考虑安全性，把握好货物重心对单一功能吊具尤为重要，当重物摆放有一定的要求时（如旋转90°或某一角度），单一的传统吊具作业则需要更多的作业人员，同时效率也不高。

b.新型电磁吊具。

    新型电磁吊具上端是平衡梁，它与起重机吊钩固定连接，下端电磁吊梁通过轴连接，可进行旋转，相对于平衡梁形成任意角度。在车间或仓库中，任意处重物都能方便起吊运送。新型电磁吊具结构简图如图2 所示。

1.2吊具整体结构设计

1.2.1吊具整体结构

    在车间或仓库中，桥式起重机吊具未作业状态.......

作者简介：叶永伟（1964—），男，浙江义乌人，浙江工业大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为制造业信息化关键技术研究、数字化设计与研究。
（文章来源《机械设计与制造工程》如需详细资料请联系江苏机械门户网025-83726289）