最优桥式设计理论研究（精选4篇）
最优桥式设计理论研究 篇1
0 引言
近年来,随着基础设施等公益性项目建设的投资规模不断增加,对起重机的需求也随之逐年攀升,因此,加强起重机的设计评审,不但能提高投资效率,也有助于在用户和生产商、设计师之间形成良性循环,使得起重机的生产制造安全性和经济性得到大幅提高。
设计验证评审是从第三方的角度独立地对产品的设计方案、材料选取、检验内容、工作环境等进行全方位的研究论证,对方案的合理性进行全方面的评价。通过设计验证评审,对设计方案进行优化完善,最终达到以下目的:(1)功能上满足用户需求;(2)安全性上符合国家规定,保证运行安全;(3)成本上杜绝盲目开发,避免人力、财力、物力的浪费。
设计验证评审需要的资料包括:(1)产品设计总图、零件图、设计说明书;(2)国内外同类产品对比资料;(3)相关国家标准、政策、法规;(4)市场调查报告。
1 起重机监督检验内容与方法
1.1 起重机械监督检验规程
《起重机械监督检验规程》是根据《特种设备质量监督与安全监察规定》所制定的,该规程中的技术指标和要求主要引用了《起重机械安全规程》(GB6067-1985)、《起重机设计规范》(GB/T3811-1983)和各类起重机国家有关标准的规定。若上述相关标准被修订,应以最新标准为准。
1.2 桥式起重机监督检验内容与方法
《起重机械监督检验规程》中对桥式起重机的检验项目有7项:(1)技术资料;(2)作业环境及外观;(3)金属结构;(4)大车轨道;(5)主要零部件与机构;(6)电气;(7)安全装置及防护措施。本文着重对第3项检验内容———金属结构的检验进行深入研究与探讨。
1.2.1 整体稳定性、塑性变形和裂纹的检验
主要受力构件不应整体失稳、严重塑性变形和产生裂纹。整体失稳时不得修复,应报废;产生严重塑性变形使工作机构不能正常运行时,如不能修复,应报废;在额定载荷下,主梁跨中下挠值达到水平线下S/700(S为起机的跨度)时,如不能修复,应报废;发生锈蚀或腐蚀超过原厚度的10%时应报废;产生裂纹应修复或采取措施防止裂纹扩展,否则应报废。
检验时可用钢直尺、测厚仪等工具或仪器测量,也可通过计算的方法确定其承载能力。
1.2.2 主梁上拱度和上翘度
新安装的桥式(包括电动葫芦桥)起重机的主梁上拱度为(0.9～1.4)S/1 000;电动单梁、电动单梁悬挂起重机主梁上拱度为(1～1.4)S/1 000。载荷试验后桥式起重机拱度应不小于0.7S/1 000,上翘度应不小于0.7S/350;电动单梁、电动单梁悬挂起重机主梁上拱度应不小于0.8S/1 000。
对箱型梁起重机检测主梁上翼缘板,桁架起重机检测轨道,工字钢轨道检测下翼缘中心。具体方法如下:
(1)钢丝法:用0.49 mm～0.52 mm的钢丝拉在主梁上,一端固定,一端拉有150 N的弹簧秤,将等高块放在端梁中部钢丝与端梁之间,测量跨中S/10范围内筋板处钢丝与主梁间的距离h,主梁上拱度F=H-h-Δ。其中,H为等高块高度,Δ为钢丝自重影响修正值(见表1)。
(2)水准仪法:将水准仪放在适当位置,调平,分别测量主梁跨中S/10筋板处、端梁中心(支腿)、悬臂端的标高并进行计算。
1.2.3 跨度偏差
对于新安装起重机,当大车运行出现啃轨现象时,应测量跨度偏差。采用可分离式端梁并镗孔直接装车轮结构的通用桥式起重机、电动单梁起重机、电动梁式(悬挂)起重机的跨度极限偏差Δs按以下原则确定:S≤10 mm时,Δs=±2 mm;S>10 m时,Δs=±[2+0.1(S-10)]mm。采用焊接连接的端梁及角型轴承箱装车轮结构的通用桥式起重机时,取Δs=±5 mm。
跨度偏差的检验方法如下:(1)用平尺卡住钢卷尺,另一侧拉150 N弹簧秤,测量同一高度处一侧车轮外端面与另一侧车轮内端面的距离,则跨度S等于实测距离加上钢卷尺修正值(见表2),再加上钢卷尺计量修正值;(2)采用精度不小于1.5 mm的测距仪,测量同一高度处一侧车轮外端面与另一侧车轮内端面的距离,测量3次取平均值。
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2 计算机辅助验证评审软件开发
基于目前广为使用的开发软件Visual C++6.0,使用MFC类库和VC++提供的可视化的应用程序开发工具,开发了桥式起重机的计算机辅助设计验证评审软件。主要包括评审软件界面的设计、数据库结构的设计、报告文件管理系统的设计、word输出评审报告等。软件所需参数共33个,可分为指标参数和被检参数两类。从设计的角度出发,该软件基于许用应力法对被检起重机的主要受力构件和危险截面以及危险点的强度、刚度和稳定性进行验证,最后输出验证评审报告。
2.1 软件的两类参数
2.1.1 指标参数
指标参数主要包括:起重量,吊钩组质量,跨度,小车在极限位置时主钩中心距大车轨道的距离,主钩起升速度,大车运行速度,小车运行速度,大车轴距,小车质量,小车轨距,起升高度,工作级别,轨道型式。
2.1.2 被检参数
被检参数有3项:主梁跨中截面参数,端梁跨中截面参数,端梁支承处截面参数。
主梁跨中截面参数有:主梁腹板高,上盖板厚度,下盖板厚度,主腹板厚度,副腹板厚度,下盖板宽度,下盖板外伸长度,上盖板外伸长度。
端梁跨中截面参数有:端梁腹板高,上盖板厚度,下盖板厚度,主腹板厚度,副腹板厚度,下盖板宽度,下盖板外伸长度。
端梁支承处截面参数有:端梁支承处腹板高,弯板宽度,弯板厚度。
2.2 软件的验证内容
软件的验证内容主要包括主梁和端梁的疲劳强度验证、稳定性验证和刚度验证。
2.3 计算机辅助验证评审流程
计算机辅助验证评审流程见图1。其中的“3S验证”即指强度、刚度和稳定性验证。
2.4 软件的使用及验证示例
该软件的操作界面见图2。使用软件的重点是参数的获得,验证结果的准确度取决于获取参数的数量和质量。主要的参数获取途径有两条:一是产品设计图纸和设计说明书;二是检验人员的现场测量。
2.4.1 验证参数输入
基于桥式起重机的特点,本软件在参数输入编辑框都设定有默认值,并且输入参数具有存储功能。使用者可以根据需要随时存储当前参数,下次打开软件的时候,出现在编辑框里的参数就是使用者所存储的参数,这样就大大简化了同类产品的检验过程。
在参数输入界面,软件利用C++中的OnPaint()绘图函数,在对话框内提供了足够多的动态示意图(如图3所示),显示各个参数的位置,以便于使用者的参考。
2.4.2 验证结果输出
验证结果输出界面显示有详细的计算结果,还有验证部位的示意图,软件还给出了验证结果评价:合格或不合格。检验人员可根据软件输出的验证评审报告(见图4)对被检产品的各个设计环节进行检验核查,真正做到源头控制,在起重机出厂之前就排除掉自身的安全隐患。
3 结论
计算机辅助验证评审系统的开发与应用,从更专业的角度协助质检单位对起重机进行检验,提高了检验效率,丰富了检验手段,切实维护了用户利益。在软件开发过程中,可融入安全性评价体系、经济性评价体系甚至是辅助设计功能。计算机辅助验证评审技术在起重机行业和国家质检部门的检验技术研发当中拥有良好的发展前景。
参考文献
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[2]霍黎萍,于海滨.加强设计开发评审确保产品开发质量[J].工业锅炉,2006(6):3-6.
[3]徐格宁.机械装备金属结构设计[M].第2版.北京:机械工业出版社,2009.
最优桥式设计理论研究 篇2
紧张而又辛苦的两个月毕业设计结束了。我们快要完成老师下达给我们的任务是时候，我仿佛经历一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿时心旷神怡，眼前豁然开朗。
毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
说实话，毕业设计真的是有点累。然而，当我们着手清理自己的设计资料，分析数据，得出的零件实物，仔细回味这七周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我们的倦意顿消，虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小胜利，然而它令我感受到自己成熟了许多，令我有一种“春眠方觉晓”的感悟。我们清楚的意识到，做毕业设计不是一件容易的事，但给我们更多的是收获。通过这次毕业设计我们深刻的体会到：做设计是苦活但要细心；实践动手做比空想强；三个臭皮匠比上一个诸葛亮，合作精神是强大的；老师是很好的资源，要向他挖掘。
毕业设计的顺利完成，首先我要感谢我的指导老师黄老师的帮助，感谢您提出宝贵的意见和建议，感谢您的细心指导和关怀。您默默的付出，告诉我们怎样按要求完成毕业设计相关的工作，认真的读每一个同学的毕业设计，然后提出最中肯的意见，再次向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是毕业设计得以完成的基础。
实践是检验真理的唯一标准，只有经得起实践的检验的想法、意识才是正确的。正所谓初生牛犊不怕虎，我们队员每个人心中都有自己的普罗米修斯，对设计方案有不同的看法，彼此都认为自己的方法是最好的。这是一次综合学习机械设计、电气设计、控制系统设计的设计过程。我了解和掌握了常用机械零部件、机械传动和简单机械设计过程和进行方法，同时培养了在正确的设计思想和分析问题解决问题的能力，特别是整体设计和零部件设计的能力及运用CAXA绘图，学到了很多知识。这为我们将来的发展提供了更多的机会。经过这次毕业设计，我深深地体会到严谨、认真、仔细、有耐心是一个机械工程设计人员必须具备的素质。
书是前人正确经验的总结，我们做毕业设计是离不开工具书的。它可以给我们很多有用的知识，帮我们解决一些难题。但写书的作者所写必定有一定的局限性，一，他写的设备跟自己实际工作中的不同；二，限于著书的时间背景不同于现在。经验的积累固然可以从书本上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己要从实际出发，多点动手去做，把前人的知识经验变成自己的力量。摸着石头过河是我们初学者必须要的精神，只有自己动手了，错误的会改正，正确的继续发扬，这样才符合毕业设计的要求。
俗语有所：众人拾柴火焰高。我们做毕业设计也需要发挥团队的精神的作用，队员之间互相合作，发挥相互的特长，这样会令设计工作顺利完成而省很多时间和精力，达到事半功倍的效果。观看一个车床加工出来的零件外形是简单直观的，看不出加工它在背后做的大量工作。做完这个毕业设计让我们深深的体会到：台上一分钟，台下十年工这句话的含义。做的过程我们需要查找大量的设计资料，计算每一步的数据，画大量的设计图，单凭个人的力量是很难快速而顺利地完成的。这就需要我们互相配合，擅长画图的，安排画图；做文件数据处理的，协调每个人做好工作等。我们一一分配工作，各自把自己的任务完成。还有，很多时候我们缺乏设计经验，大家互相交流，这就使问题得到很好的解决，同时让我们学到很多知识，正如前人所说：当两个人交换一个苹果时，得到的还是一个苹果；交换一种思想时，得到的是两种的思想或更多的思想。今天的企业管理更强调的是团队精神，不要个人的英雄主义，我们通过这次毕业设计深刻的了解到这一点，我们同学之间也得到的很好的交流。
人们说：美好景色在顶峰，人克服困难换来成功的喜悦才是最幸福的事。毕业设计做完了，画上一个完美的句号，也尝到成功的味道，但漫漫的人生路还需继续努力。面对日趋激励的就业形势，我们相信只要学好知识技术，以一种刻苦勤劳的精神对待工作，我们定会活出不平凡的人生。这次毕业设计的写作过程中可谓是获益匪浅，最大的收益就是让我培养了脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神。写作中，需要的是耐心，还要用心。每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，最关键是在困难面前，理顺思路，寻找突破点，一步一个脚印的慢慢来实现自己既定的目标。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成毕业设计之后体会到的。我想这是一次对意志的磨练，也是对我实际能力的一次提升，相信这对我今后走向工作岗位是至关重要的。
以上是我和我们团队的毕业设计心得，略表一二。
最优桥式设计理论研究 篇3
本文针对粉尘污染问题设计了一种专门应用于工程车辆底盘及车轮清洗的桥式洗车台, 在详细调研了客户的需求之后, 将洗车台整体分为三部分进行设计:机械结构、水处理和自动化控制。在机械结构方面, 基于PRO/E对桥式洗车台的外形、结构进行了设计, 再将3D模型导入ANSYS进行静态分析得出应力云图和应变云图, 根据分析结果看其是否满足强度要求, 并进一步对洗车台进行优化, 保证设计的准确性和可靠性。水处理方面, 对污水进行处理并循环利用, 以节约水资源。在自动化控制方面, 实现自动感应来往车辆来控制水泵的自动开关, 实现洗车台的全自动化控制。
2 桥式洗车台的设计
桥式洗车台, 是指不需要土建结构, 直接安装在地面上就可以使用的洗车台, 该类洗车台有以下几种优点:一是模块化设计, 方便拆装、搬运;二是不需要土建结构, 不会对安装现场造成破坏;三是人性化的水路设计, 洗车台能实现自动反冲洗, 防止淤泥的堆积。洗车台的设计主要包括三个方面:结构设计、水处理设计和自动化控制设计。
图1是桥式洗车台结构图, 其中1是上下斜坡;2是洗车平台;3是侧喷的管道及喷嘴;4是控制室, 用来放置水泵和控制柜;5是蓄水罐;6是过滤器。工程车辆由斜坡进入洗车平台, 洗车平台的侧面和底面装有喷嘴, 在高压水泵的带动下喷出高压水流, 对车辆的车轮和底盘进行冲洗。平台下方铺有角钢, 污水由角钢间的缝隙进入到下方的水箱, 再通过管道流入过滤器对污水进行沉淀, 且在污水中加入PVA、PAM提高污水净化的质量。最后, 过滤后的污水进入蓄水罐重新利用。洗车台的各项基本参数入表1所示。
2.1 结构设计与有限元分析
结构设计是洗车台设计过程中比较重要的环节, 其承重能力更是衡量洗车台的重要因素。本洗车台全部采用钢结构和焊接工艺, 结构易被破坏的部位主要集中在角钢和焊缝。因此, 本设计利用PRO/E对洗车台进行三维建模, 对焊缝进行简化, 将焊缝按固定处理, 材料选择为structural steel。将三维模型导入ANSYS软件中, 并对模型进行简化, 只保留两个角钢, 采用自动网格划分, 共划分为61801个单元和123579个节点。
经调查, 工程车辆满载后的质量在80t左右, 为了保证洗车台的强度, 本文将载荷设为100t, 设置底面为固定约束, 运行后得到的结果如图2所示, 其中左图为应力分布云图, 右图为变形分布云图。
由以上分析结果可知, 洗车台最大承重约为193MPa, 小于结构钢的受力极限235MPa。因此, 本洗车台整体满足强度和变形要求, 其薄弱环节位于角钢和工字钢的焊接处, 角钢边缘处变形最为严重。为了避免应力集中影响洗车台的承重能力, 我们在角钢之间添加了加强筋, 以保证洗车台的强度。
2.2 水处理设计
水处理设计包含两部分内容, 一是管道等过水设计, 二是对污水添加PVA、PAM以帮助污水絮凝沉淀。水处理整体思路为:首先在高压水泵的带动下, 蓄水罐里的水进入管道并由底面和侧面的喷嘴喷出, 形成高压水流对车辆进行冲洗, 喷嘴压力达40-80k Pa。冲洗后的污水由角钢间的缝隙进入平台下的空腔内, 再通过管道进入污水池。经加药系统加入PVA、PAM后进去涡凹气浮机进行絮凝沉淀, 絮凝沉淀后的污水进入机械过滤器过滤, 最后流入蓄水罐回收利用。
由以上分析可以看出, 本文设计开发的洗车台能满足水的循环利用, 且水的回收利用率达到80%到90%, 大大节约了水资源。
2.3 自动化控制设计
洗车台自动控制能满足对来往车辆的感应, 并自动控制水泵的开关, 其总体思路为:在洗车台前方和后方3m处分别设置红外线感应装置, 当有车辆经过时, 前方感应装置将信号发送给控制柜, 控制柜控制水泵的开启, 喷出高压水流, 当车辆清洗完成后离开洗车台时, 后方感应开关将车辆离开的信号发送给控制柜, 控制柜关闭水泵, 以防浪费水资源[5]。
结语
本文设计了一种专门针对工程车辆清洗的新型桥式洗车台, 在结构、水处理和自动化控制三方面进行了设计。根据图纸制造出实物, 成功应用于港口, 证明了该设计的合理性与正确性。综上所述, 本设计能满足自动清洗工程车辆的要求, 对控制粉尘污染有着积极的用作。
摘要：针对建筑工地、港口、煤矿等地工程运输车辆易夹带、抛洒泥土、矿砂等引起严重粉尘污染的现象, 设计了一种新型桥式洗车台, 专门用于清洗工程车辆的轮胎及底盘。在结构、水处理和自动化控制三个方面对洗车台进行了设计, 并将结构输入ANSYS进行静力学分析得到受力云图和变形云图, 根据分析结果对洗车台进一步优化以保证洗车台的强度和可靠性。
关键词：新型洗车台,结构设计,水处理,自动化控制,ANSYS
参考文献
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[3]王秀琳, 蒋根才.油罐车洗车机控制系统设计[J].PLC控制技术, 2008.
[4]赵旭.强化混凝一溶气气浮 (DAF) 工艺去除水中腐殖酸的研究[D].北京:北京林业大学, 2004.
最优桥式设计理论研究 篇4
作为空间结构中最有代表性的结构,单层球面网壳因其结构构造简单,造型丰富,重量轻,受力合理,已经成为大跨度空间结构中一种举足轻重的主要结构形式,在工程结构中得到了广泛的应用。与此同时,单层球面网壳的优化设计研究已经成为学界和业界研究的热点[1]。
目前对那些设计变量和约束条件较少和简单的小规模结构,其优化设计的研究比较充分,但对像单层网壳这样结构的优化研究却不多。这主要有三方面的原因:1)在对单层网壳进行有限元分析时,约束条件复杂。2)如果考虑几何非线性的影响,问题更为复杂。3)设计变量和约束条件都比较多,优化分析时不易收敛到最优解。文献[2]在单层网壳的优化过程中,虽然考虑到几何非线性的影响,但约束条件较少;文献[3]的优化模型虽有足够的约束条件,但其中的强度和稳定性约束条件不符合实际情况。
以单层球面网壳的用钢量为目标函数,按照满应力准则设计方法,通过有限元方法进行分析,对单层球面网壳工程设计中的各种参数进行优化。满应力设计是以结构构件达到满应力准则,使杆件材料得到充分利用的方法[4]。其设计思路就是对一个一定的结构形式,通过调整杆件的截面尺寸,从而使杆件的受力能力得到充分的发挥。具体表现如下:对已定型的结构在多种荷载作用下,使结构在总体荷载组合的情况下各杆件最大正应力基本达到材料强度设计值,即满应力状态,此时就认为使满足结构安全可靠条件下重量最轻。
选取结构的跨度、矢跨比、网格数(构件尺寸)、约束条件作为设计变量,通过对这些变量取不同的数值,以期得到该变量的最优设计数值。并参考JGJ 61-2003网壳结构技术规程和GB 50017-2003钢结构设计规范,来验证优化数据是否合理。
2 单层球面网壳的最优设计参数
2.1 优化思路
按照满应力准则设计方法,通过有限元方法进行分析,对单层球面网壳工程设计中的各种参数进行优化。选取结构的结构类型、跨度、矢跨比、网格数作为设计变量,通过对这些变量取不同的数值,以期得到该变量的最优设计数值,达到为工程实践服务的目的。为了使优化具有可比性,本文有关参数统一取值:均布静荷载取q=1.5 kN/m2,网壳杆件钢材密度ρ=78 kN/m3,钢材的弹性模量E=2.1×1011N/m2,约束形式为下弦周边固支。
2.2 网壳矢跨比与用钢量的关系
矢高对结构的受力状况有一定的影响,特别是对单层球面网壳结构,存在某一矢高能使结构受力极其合理,现取在相同跨度、网格数、约束条件同为下弦周边固支,以单层凯威特型球面网壳为例,对比分析不同矢跨比的用钢量。分析结果见表1,图1。
经分析可知,矢跨比在1/6～1/5这个范围内时,用钢量最省。即恰当的矢跨比取值对用钢量有着重要意义。
2.3 网壳跨度与用钢量的关系
由设计理论和实践经验可知,结构的跨度增大,可使结构的用钢量大幅增加。所以在结构选型时,要做好对比分析工作,满足结构要求的前提下尽量减小跨度,毕竟不管在哪种矢跨比的情况下,其用钢量都是随跨度的增大而增大的。采用了同矢跨比、同跨度、约束条件为周边固支、网格尺寸按照规范要求取定对用钢量进行分析。以单层凯威特型网格为例,对其用钢量进行比较分析,比较结果见表2。
2.4 构件尺寸(网格数)与用钢量的关系
根据发展已趋于成熟的混凝土薄壳结构理论进行初步分析,在单层网壳结构中,杆件大多是压弯杆,其承载能力要受到长细比要求的限制,所以,选择杆件的合适长度至关重要。现取跨度为40m、矢跨比为1/7的凯威特型单层球面网壳在不同网格划分情况下的用钢量进行分析,分析结果见表3。
由表3可知:网格划分情况不一样,其用钢量就有差别,又因网格尺寸有限制,所以在划分网格时就要不同跨度采用最优的网格划分方法。例如:跨度40m的,构件尺寸在2m～3m最节省用钢量;跨度60m的,构件尺寸在3m左右用钢量最为节省。
2.5约束条件对结构的用钢量影响分析
在以上优化计算过程中,不改变单层球面网壳的结构形式、网架跨度、矢跨比、网格(构件尺寸)都保持不变,仅仅改变结构的约束条件,其结构的用钢量不发生变化,所以约束条件对网架结构的最优设计参数没有什么影响,在对单层球面网壳结构进行优化设计时不用考虑约束条件对用钢量的影响。
3结语
1)不同的矢跨比会造成用钢量的不同,结构的矢高对其受力有一定的作用,特别对单层球面网壳结构存在某一矢高能使结构受力极其合理。根据所采用的设计方法可以得出,当矢跨比在1/6～1/5范围内时,结构的用钢量最省。2)网壳跨度与用钢量的关系比较明显,即跨度越大,其用钢量也随着增大。3)单层球面网壳的杆件大多是受压杆件,受压杆件受到长细比的限制,就影响到了单层网壳网格的划分,经对比分析,建议:跨度40m的,构件尺寸采用2m～3m;跨度60m的,构件尺寸采用3m左右。4)采用的方法就各种空间网格结构而言,可根据其特有的构成规律,通过改变其中的参数,然后加以处理,即可利用计算机进行设计,大大减少设计的工作量。
经过改变单层球面网壳的一个参数,其他参数不变,以用钢量为优化目标,通过对比分析计算,可得知各种参数的最优数据,以达到节省用钢量,减少造价的目的。因此,在实际工程设计中,应考虑各方面因素,采用最优参数,为工程实际提供最优设计。
参考文献
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