新设计技术在履带式液压吊管机设计中的应用.pdf

8 0 石油工程建设 2 0 1 0年 6月 王鲁君，马明来，陈 涛，高广林，王宝青 华北石油工程建设有限公司，河北任丘0 6 2 5 5 2 摘 要 履带式 吊管机是大口径长输管道施工的专用设备，采用传统的设计方法往往不可避免地产 生一定误 差 ，影响 了产 品的整 机性 能 。为此我 们在 7 0 t 履 带式液 压 吊管机 的设计过 程 中．应 用 了三 维实体设计、有限元分析 、运动学仿真等先进设计技术。对结构设计和受力计算方案进行优化 ，提 高 了整机 性 能 新设 计 出的 4 0 t 和 7 0 t 级 两种 规格 的 吊管机在 西 气 东输 二 线西段 、永唐 秦和 兰郑长 管道工程 中的应用．效果 良好 关键词 吊管机设计 ；三维设计；有限元分析 运动学仿真；应 用 中图分 类号 T E 9 7 3 ． 8 文献标 识码 B 文章 编号 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 0 0 3 0 0 8 0 0 2 0 引言 履带式 吊管机是大 口径长输管道施工 的专用 设备 ．采用传统的设计模式 和结构计算方法 ．往 往 不 可 避 免 地 造 成一 定 误 差 ．影 响 了产 品 的整 机 性能。为了使设计方案更合理 ，结构计算更准确 ， 我们在 7 0 t 履带式液压 吊管 机的设计过程 中．应 用 了三维实体设计 、有 限元分析 、运动学仿真等 先进设计技术 ．模拟施工现场各种工况下的受力 ． 对结构设计和受力计算方案进行优化 ．提高 了吊 管机 的整体性能 。吊管机加工装配完成后 ．进行 了静载 、动载性能试 验及可靠性工业试验 ，各项 性 能 指 标 均 达 到 了设 计 要 求 和 标 准 要 求 本 文 拟 对这些新设计 技术在 吊管机设计 中的应用进行介 绍 。 1 吊管机 的主体 结构 我 公 司 研 制 的 7 0 t吊管 机 主 要 由 四大 系 统 组 成 见 图 1 1 底盘动力系统 由改制 的推土机底盘组 成 。 2 起 重系统 由 A型起重臂杆和双卷筒液 压卷扬机组成 3 配重系统 由配重块和 四杆配重收放机 构 组成 4 控制系统 由双联高压齿轮泵 、多路换 向阀等部件组成的液压控制系统构成 轮组 图 1 DGY- 7 0型 吊 管机 示 意 2 吊管 机设计 新技 术 的应用 2 ． 1三 维设 计技 术 我们 采 用 了先 进 的 三维设 计 软 件 ．先设 计 出三维模 型 ．进 行力 学分 析 和校 核后 ， 自动转 换成 二 维 图纸用 于制 造 利用 三 维设计 软 件进 行设 计 成 图快 ．模 型 完成 后 ．对任 何 一个 部件 或 整 机 均可 从 三 维 空 间 的任何 一 个 角 度 观 察 ． 可 进行 爆炸 式分解 和 复原 ．对相 邻部 件 间可进 行 干涉检 查 ．显示 干 涉部 位 ．从 而在设 计 阶段 就 消 除 了部 件 尺 寸可 能 存 在 的相 互 矛 盾 问 题 该 软件 还具有 重量 和 重心 计算 、运动 部件 动作 演示 等功能 ，大大提高 了设计 效率 和设 计精度 。 与传统 的二 维设计相 比．设计进 度加快约 3 0 ％。 吊管机 的三维模 型见图 2 羊 卜 凳 第 3 6卷第 3期 鲁君等 新设 计技术 履带式液 吊管机设计 中的应用 8 l 图 2 DGY-7 0吊管 机 三 维 模 型 2 ． 2 有限元分析技术 对 吊臂 、配 重部 分 的杆 件等 重要 受力 部 件进 行 了有 限元 分析 ． ．计 算 过程 中 ，根 据 实 际 作 条 件 ， 对 吊管机 在一 定 的约 束 条件下 施 加载 荷 ，并 汁入结 构件 自重 ．分 析 软件 可将 整个 部 件 的受力 情 况片 J 不 同的颜色在部件表面显示 出来 ．从而可据此来调整 部件的结构和形状 ，使其合理化 ．并根据设定的安 全系数确定该位置的最大起吊质量。臂杆的受力分 析如 图 3所示 图 3 吊 臂 受 力 有 限 兀 分 析 2 ． 3 运 动 学仿 真技 术 2 ． 3 ． 1 配重 系统动力学及运动学仿真 配 重 系 统 南 配 重 和 四 杆 收 放 机 构 组 成 见 图 4 ，它是 吊管 机设 计 的一 个 要 点 。 为使 四杆 机 构 的各 杆件 及配 重 的长 度和 形状 达 到最佳 ，我们 先 是编制 了计算软件 ，在规定的约束条件下 配重块 几何尺寸 、上下支臂及支架的长度和重量 、转动惯 量 、质心等输入任何一组数据 ，即可计算出四杆 机构整个收放范 同内各杆件的受力变化曲线 通过 比较得 出理想 的初算数据后 ．再 利用专用 软件建 模 ．采用 运 动学仿 真 软件 对 四杆 机构 上下 支臂 两 铰 点受 力 与角度 的变化 及上 下 支臂 与配 重 的铰 点 的移 动速度 、加速度变化进行动态力学仿真分析 ．最终 得出最佳的结果 。 图 4配重结构示意 翻 线 2 ． 3 ． 2 整机 稳 定 性运 动仿 真 管 道施 工 现场 环境 比较复 杂 ．吊管机 作业 稳定 性 是设 计考 虑 的首 要 因素 因此 ．在设 计过 程 中利 运动仿真技术对 吊管机在静态 、动态T况下 ．对 配重 质 心横 纵 坐标一 角 度 、整 车质 心横 纵 坐标一 角 度 、整 车质 心横 坐 标一 载 荷 、1 0 。 横 向坡上 整车 质 心 横 坐标 一 载荷 、 1 0 o 纵 向坡 上 整 车质 心 横 坐标 一 载 荷等 变化 曲线 逐 一进 行 分析 ．最 终得 出吊管 机安 全工作线。图 5为吊管机的 l 倍 、1 ． 2 5倍 、1 ． 2 9倍 安全系数工作线 幅 度 ， 1 0 mm 图 5 吊管机的 1 、1 ． 2 5 、1 ．2 9倍安全 系数 “1 - 作线 3应 用 效果 由于采 用 了先 进 的设 计 手 段 和 力 学分 析 技 术 ． 我们设 计 的吊管机 的性 能较 同类 产 品更 加优越 。 同时 ．由于设计 的准确性 和效 率较传统 的方法 明 显提 高 ．使得我们在一年 内成功地 开发 出 4 0 t 和 7 0 t 级 两种 规 格 的 吊管机 ．在我 公 司 承担 的 西气 东 输 二线 西段 、永唐 秦和 兰郑长管 道T 程 中应 用 ， 效 果 良好 作者 简介 王鲁君 1 9 6 3 一 ，男，山东莱州人 ，教授 级 高级 工 程 师 ．1 9 8 4年 毕 业 于 西 安 石 油 学 院 ，硕 士 ，现 从 事 炼 油化 3 7 _ 装置 、 长输 管 道和 油 田地 面建 设 工程 技 术 管理 工 作 。 收稿 日期 2 0 0 9 0 5 1 4 O 0 O O 0 0 O O O 0 ㈣ ㈣ ㈣ ＼