4.3.2.1 保持架三维建模

Solidworks软件是一款基于Windows开发的三维CAD软件，它是融建模、结构分析、二维工程图、装配设计和协同工作等功能于一体的大型通用三维CAD软件。此软件操作界面较为人性化，操作难度较小，且可实现的功能多样化。软件主要包括零件建模、装配体装配和工程图转化等部分。在接下来的设计研究中将基于Solidworks进行对抛石管保持架的整体建模。

1）三维模型建立分析

为了得到尽可能准确的模拟真实的试验工况和工作环境，减少其仿真分析误差，所以三维设计模型需要尽量贴近真实结构。为此按照所设计装置的1∶1比例进行建模，首先建立抛石管保持架的三维模型。同时，为了减少计算的工作量，缩短计算周期，以及方便之后在ANSYS Workbench中进行网格划分，在不影响模拟实验模型的准确性的前提下，在使用Solidworks建模时，可对一些板件结构进行一定的简化。

2）保持架结构组成及各部件三维模型建模

由于本设计装置为由钢板、角钢等焊接而成的焊接件，其除了与抛石管接触的地方装有HARDOX材质的耐磨板外，其他构件都是Q345D钢材，Q345D是中国常用的低合金钢板。和德国的S355J2，美国的ASTM A529MGr50是同一级别，化学成分略有差异，机械性能相同。因为其优良的机械性能及较高的性价比广泛用于国内港口大型设备。

在建模时可按照工程图中的零件件号进行零件建模，最后组装成装配体。由于是焊接件，在ANSYS Workbench中导入模型可省略添加内部各个部件间的配合关系，可默认其为同一构件。由于在三维软件装配图中各部件间相关面重合，故省略焊缝。

抛石管保持架由上箱梁、下箱梁、套筒、侧梁、支撑角钢、翻转机构、固定机构、滑轮底座、连接法兰等部件组成，其主要组成结构如图4-69所示。

图4-69　抛石管保持架总体结构图

1—支撑角钢；2—上箱梁；3—下箱梁；4—固定机构；5—滑轮底座；6—连接法兰；7—套筒；8—翻转机构；9—侧梁

抛石管保持架可以将抛石整平船抛石管限制在保持架中的限定路径中，由各截面上安装的导向轮提供限位。侧梁上焊接有四块HARDOX材质的耐磨板，当抛石管底部抛石整平头与水下基床相接触摩擦时会产生一个垂直于侧梁的拉/压应力，其作用力的作用部分为此四块耐磨板。滑轮底座下安装由四个用于抵消装置重力的滑轮，其滑轮通过钢丝绳与外部绞车相连接，钢丝绳提供给抛石管保持架一个垂直向上的力，力大小与保持架重力持平，以减少重力对抛石管保持架约束部位的影响，另外还安装有两个滑轮用于引导溜管槽的方向。上箱梁和下箱梁之间的结构安装有一个翻转机构，其焊接在装置上且背面有八块肋板加以强化，外部有一旋转轴与其上销轴孔相配合，由液压马达提供驱动力，通过开式齿轮传动，将保持架和抛石管旋转90°至水平/垂直状态；旋转轴通过花键和法兰与保持架连接，在抛石工况下，保持架会通过钢丝绳改向的作用，伸出船舷外；在回收抛石管工况下，随翻转机构同步动作，将抛石管和抛石整平头收回至船舷内。固定装置上有一小销轴孔，当保持架处于水平固定或垂直固定的情况下，绞车会拉动侧边滑轮上的钢丝绳以防止抛石管（包含保持架和抛石整平船）倾覆，另外操作人员会将其通过液压装置伸出一固定轴与抛石管保持架下端固定装置销轴孔处固定，当保持架需要移动时固定轴撤离。操作人员可以在船上小车处的操作平台进行工作，完成整套抛石整平的工作。

3）抛石整平船抛石管保持架整体建模

通过查询企业前期类似项目的参考及对该项目实际情况的考量，企业前期提供暂定的主要设计参数见表4-4。

表4-4　设计参数整合

（续表）

(www.daowen.com)

装置的研究设计过程为：首先，根据暂定的设计参数先进行大致框架尺寸的确定；其次，参考前期项目图纸进行整体装置的改进及进行Solidworks三维整体大致框架模型的建模；再次，当整体建模完成后将该装置从细节优化后拆解为各个焊接板件、角钢等钢材进行分离，得到其各个部件的大小及形状；最后，通过重新进行分别的零部件建模，组装成完整的三维装配图导出。

4.3.2.2 抛石整平船抛石管保持架主要部件分析

1）上、下箱梁模型

上箱梁结构主要由上盖板、下盖板、支撑肋板组成，其侧面装有多个滑轮，侧边两个小滑轮的作用为当抛石管保持架处于水平状态下滑轮上装有的钢丝绳会拉住保持架防止其倾覆。两个大滑轮的作用为提供导向作用，实际并不受力。上箱梁上盖板上还装有导向轮（图4-70未表现）来实现对抛石管的导向功能。上箱梁三维模型如图4-70所示。

图4-70　上箱梁三维模型

下箱梁主要由上盖板、下盖板、支撑肋板组成。下箱梁三维模型如图4-71所示。

图4-71　下箱梁三维模型

2）翻转机构模型

翻转机构焊接在上、下箱梁之间且背面有八块焊接肋板加以强化，外部有一旋转轴与其上销轴孔相配合，由液压马达提供驱动力，通过开式齿轮传动，将保持架和抛石管旋转90°至水平/垂直状态；旋转轴通过花键和法兰与保持架连接，在抛石工况下，保持架会通过钢丝绳改向的作用，伸出船舷外；在回收抛石管工况下，同步动作，将抛石管和抛石整平头收回至船舷内。翻转机构三维模型如图4-72所示。

图4-72　翻转机构三维模型

3）侧梁模型

侧梁上焊接有四块HARDOX材质的耐磨板，当抛石管底部抛石整平头与水下基床相接触摩擦时会产生一个垂直于侧梁的拉/压应力，其作用力的作用部分为此四块耐磨板。侧梁内部还焊接有多块强化肋板。侧梁下端装有连接法兰，法兰通过螺栓连接保持架和溜管槽。侧梁三维模型如图4-73所示。

由于在三维软件装配图中各部件间相关面重合，故省略焊缝。

图4-73　侧梁三维模型