受力分析、液压系统（精选9篇）
受力分析、液压系统 篇1
支架的受力分析与计算,是按理论力学中一个物体受几个力的作用下处于水平滑状态时,所受力和力矩之和为零的原理来进行分析和计算的。以当支架支撑后在处于平衡状态时,取整体或某一部分分离体也处于平衡状态,其合力和合力矩为零。即满足静力平衡的充分必要条件:为各力在x上的投影之和为零;各力在y上的投影之和为零;各力对某点取矩之和为零[1]。下面就根据这以理论对支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。
1液压支架的受力分析和计算
1.1底座和掩护梁的受力分析与计算
掩护梁受力分析如图1所示:
根据得力学方程式(1)、式(2)、式(3)、式(4):
整整理理得得::
1.2顶梁载荷分布
在把顶梁所受顶板的载荷求出后,就可以进一步计算出载荷在顶梁上的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同,载荷实际分布很复杂[2]。为了计算方便,假设顶梁与顶板均匀接触且载荷为线性分布。
设顶梁长为L,顶板的集中载荷为F1,其作用点距顶梁一端为x。L=3526mm,F=5581.43KN,x=1028.46mm,则x≤L/3时,载荷分布为三角形。如图2所示。
顶梁前端比压q2为0,顶梁后端比压q3为:
式中:q3—顶梁后端比压,MPa;B—顶梁宽度,B=1500mm;
代入公式(6)得:
1.3液压支架底座接触比压的计算
顶板对支架的巨大载荷经整台支架传到底板,在支架底座与底板接触处将具有一定的比压。由于底板岩性不同、含水量不同、凹凸不平、底座下有碎矸等因素,使底板具有不同的抗压强度[3]。底座对底板的比压值应小于底板的抗压强度,否则底座会陷入底板,造成移架困难,顶底板移近量增大,支架失稳以及支撑力降低等现象。
底座对底板的平均比压按式(7)、式(8)计算:
式中:q0—底座对底板平均比压;Ld—底座长度;Bd—底座当量宽度;F1、—底座对地板合力;
底座与底板接触面积计算,取Ld=2400mm;Bd=1500mm;L1=200mm;L2=100mm,h1=h2=300mm;
将数值代入式(8)得:
由式(7)得:
因为1.93MPa<3.8MPa,所以符合要求。
2结束语
通过对自动化支架的受力分析,我们已经计算出支架的承载能力,同时我们也了解了顶梁的载荷分布情况和底座的比压;这样使我们对所设计出来的自动化支架有了初步的检验,还为后面强度校核做了铺垫。由于我们是通过一定的方式简化了这一受力分析,然而在实际情况中,支架在井下的受力情况是非常复杂的,但是通过这简化受力分析过程中我们可以发现影响它承载能力的因素,如立柱的倾角、tanθ的值、摩擦系数、调高范围等,这样对提高自动更换支架承载能力提供了一些方法。
参考文献
[1]鲁忠良,景国勋,肖亚宁.液压支架设计使用安全辨析[M].北京:煤炭工业出版社,2014.
[2]林福严,郑庆国,冯峰,等.综放液压支架受力分析与测试[J].煤矿机械,2008(2):55-57.
[3]蔡毅.液压支架分析优化技术研究[D].武汉:华中科技大学,2012.
受力分析、液压系统 篇2
1.重力
产生：物体在地面上大学网或地面附近，由于地球的吸引而使物体受到的力但又不能说重力就是地球对物体的引力。
方向或者说是垂直于水平地面的。重力也不是恰好指向地球的球心
大小：根据二力平衡条件可知，物体受到的重力等于物体静止时对竖直悬绳的拉力或对水平支持面的压力。
作用点：重心。形状规则、质量分布均匀物体的重心在其几何中心。用悬挂法可以找薄板状物体的重心。重心不一定在物体上
2.弹力
产生条件：接触、发生弹性形变（接触力、被动力）
方向：作用在使之发生形变的物体上，与接触面垂直（点接触时，垂直于过接触点的切面），指向形变前的位置，一个物体形变产生的弹力不会作用于自身
常见的弹力：弹簧的弹力、绳的拉力、压力和支持力
大小：弹簧的弹力大小遵守胡克定律f=kx，劲度系数k（N/m）
3.摩擦力
产生条件：接触、接触面不光滑、有正压力、发生相对运动和相对运动的趋势（接触力、被动力，有摩擦力必有弹力）
方向：沿接触面，与相对运动或相对运动趋势的方向相反
大小：
（1）.滑动摩擦力f=μFN，动摩擦因数μ，FN指物体对接触面的正压力，其大小与接触面对物体的支持力等大.
（2）.静摩擦力f0、最大静摩擦力fm可由二力平衡条件求，fm略大于滑动摩擦力，在近似计算时，fm近似等于滑动摩擦力
摩擦力既可以做阻力，也可以做动力。
二、受力分析基本步骤.
受力分析是指分析物体实际所受力的情况，在对物体进行受力分析时要注意防止“漏力”和“添力”现象,按一定的步骤和顺序进行受力分析是防止“漏力”的最有效的.措施.一般情况下对物体进行受力分析可按照以下步骤：
1.明确研究对象，并把研究对象隔离出来.
2. 分析重力：地面附近的物体一定受到地球对物体的重力作用。
3.观察跟研究对象接触的物体，并逐个分析与这些接触物对研究对象的弹力、摩擦力（先分析弹力再分析摩擦力） 当很难判断是否受弹力、静摩擦力时，可根据假设法进行判断.
4.只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其它物体所施加的力.
5.为了使问题简化，将物体简化，将所有力的作用点都画在物体的重心上.（对杆进行受力分析时例外）
整体法
若研究对象是几个物体组成的，这时可以将这几个物体视为一个整体来对待，然后分析和求解某个力。
三.实例分析
1.分析满足下列条件的各个物体所受的力，并指出各个力的施力物体.
（5）沿传送带匀速运动的物体 （2）在力F作用下静止水（
1）沿水平草地滚动的足球
平面上的物体
V V
3）在光滑水平面上向右（
（6）沿粗糙的天花板向右（4）在力F作用下行使在
运动的物体球 运动的物体 F>G 路面上小车
2.对下列各种情况下的物体A进行受力分析
（3）静止在斜面上的物体 （2）沿斜面上滑的物体A （1
）沿斜面下滚的小球，
（接触面光滑）
接触面不光滑.
A
（4）在力F作用下静止在物块A （5）各接触面均光滑 斜面上的物体A.
3. 对下列各种情况下的物体A进行受力分析，在下列情况下接触面均不光滑.
v
（3）向上爬杆的运动员
（1）A静止在竖直墙面上 （2）A沿竖直墙面下滑
（6）在拉力F作用下静止
在斜面上的物体A
（5）静止在竖直墙面 （4）静止在竖直墙面
轻上的物体A 轻上的物体A
A进行受力分析（各接触面均不光滑）
B同时同速向右行（ 1）A、（2）A、B同时同速向右行使向 使向
（4）静止的杆，竖直墙面
光滑 A
（6
）小球静止时的结点
A
（7）沿电梯匀速上升
5.对下列物体作受力分析
A沿着斜面向上运动 以上A都处于静止状态 A沿着墙向上运动 A沿着水平面向右运动
6． A物体都静止，分析A物体的受力情况
7． 分析下列物体所受的力(竖直面光滑，水平面粗糙)
ABB
A
8.分析物体在水平面上物体A和B的受力
（图中A、B相对静止匀速向右运动）（图中A、
B相对静止加速向右运动）
分析A和B物体受的力 分析A和C受力
受力分析、液压系统 篇3
液压绞车是引进意大利技术, 并作为进一步改进的新颖产品。该产品拉力为5~3 500 k N, 规格齐全, 品种多样。其结构主要由液压马达 (低速或高速马达) 、液压常闭多片式制动器、行星齿轮箱、离合器 (选配) 、卷筒、支撑轴、机架、压绳器 (选配) 等组成。液压马达具有很高的机械效率, 起动扭矩大, 并可根据工况要求带不同的配流器, 还可根据用户需要设计阀组直接集成于马达配油器上, 如带平衡阀、过载阀、高压梭阀、调速换向阀或其他性能的阀组, 制动器、行星齿轮箱等直接安装于卷筒内, 卷筒、支撑轴、机架根据力学要求设计, 整体结构简洁合理并具有足够的强度和刚性。因而该系列绞车在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点, 在性能上则具有安全性好、效率高、起动扭矩大、低速稳定性好、噪音小、操作可靠等特点[1,2]。
值得一提的是, 液压马达高的容积效率和美国SUN公司优质的平衡阀解决了一般绞车都存在的二次下滑和空钩抖动现象, 使得该系列液压绞车的提升、下放和制动过程平稳, 带离合器的绞车还可实现自由下放。安装于配流盘上的集成阀组则有效地简化了用户的液压系统。由于该系列绞车具备上述优点, 故广泛应用于船舶、铁路、工程机械、石油、地质勘探、冶金等行业, 其优良性能得到了用户的认可。
图1是液压绞车机构简图。由图可知, 液压绞车主要由液压马达1、制动器2、行星减速器3、卷筒4和机架5等组成。其中, 卷筒是液压绞车动力传递的关键部件[3,4,5]。
1—液压马达2—制动器3—行星减速器4—卷筒5—机架
本文采用Pro/ENGINEER软件建立液压绞车关键零部件三维实体模型, 并对主要受力部件——卷筒进行有限元分析, 以便掌握其应力分布状态, 为优化设计提供一定的理论支持。
1 三维建模软件介绍
Pro/ENGINEER操作软件是美国参数技术公司 (PTC) 旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件[6]。Pro/ENGINEER软件以参数化著称, 是参数化技术的最早应用者, 在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位, Pro/ENGINEER软件作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一, 特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/ENGINEER采用了模块方式, 可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等, 保证用户可以按照自己的需要选择使用。
2 关键零部件建模过程
在Pro/ENGINEER中对液压绞车关键零部件进行建模, 主要使用的命令有:拉伸、旋转、剪切、扫描等。由于篇幅的限制, 本文省略了其建模过程, 仅给出建模结果。建模的零部件主要有:图2机架、图3卷筒、图4~6传动齿轮系统等。
3 卷筒的有限元模型与参数
由于卷筒是液压绞车的主要受力部件, 下面主要对卷筒进行受力分析, 根据模型的对称性特点, 仅建立1/2的卷筒模型, 同时为了加载的方便, 在受力分析时, 省略了卷筒表面的绳槽。卷筒的基本参数如下:
卷筒最小外径:D0=450 mm;
卷筒结构外径:D1=550 mm;
卷筒宽度:B=450 mm;
筒体厚度:δ=15 mm;
筒侧板厚度:t=15 mm;
钢丝绳直径:d=18 mm;
一层的圈数:z=25;
钢丝绳最大静拉力:T=50 000 N。
4 卷筒有限元模型的求解
模型建成之后, 选用Pro/MECHANICA来对卷筒进行强度分析, 可以实现和Pro/ENGINEER的完全无缝集成。Pro/MECHANICA STRUCTURE模块可以进行零件和装配模型的结构和优化分析。
4.1 材料属性
材料:ZG310-570;
弹性模量:185 GPa;
泊松比为:0.3;
密度:7.85×10-6kg/mm3;
屈服极限:310 MPa。
4.2 网格划分
使用Auto GEM来进行网格划分, 并在其设置选项中选择Tetra四面体单元类型及设定网格的各种参数, 划分的四面体单元20 492个。
4.3 约束与载荷
在卷筒与轴承的配合处选择全约束, 在对称面上选择圆周对称约束。施加的面载荷按下式进行计算:
5 有限元模型结果分析
图7为卷筒的应力云图, 从两个视角可以看出, 卷筒中部承受了较大的钢丝绳径向压力载荷, 最大应力达235 MPa, 从中部往两边逐渐减小, 由于在筒壁与侧边连接处做了圆角处理, 因此不存在应力集中的问题, 圆角处应力较小。
为了清楚地观察卷筒内外表面的应力分布情况, 在筒壁取两条线即内表面线和外表面线, 图8和图9为内外表面应力曲线, 由图可知, 在圆角处应力有所波动, 但是波动不大, 没有出现应力集中的现象;内表面的应力大于外表面, 外表面最大应力约215 MPa, 而内表面最大应力约235 MPa。
6 结语
本文首先运用Pro/ENGINEER建立液压绞车关键零部件, 包括机架、卷筒、传动齿轮系统等;然后在Pro/MECHANICA中进行卷筒的材料属性、网格划分、施加约束和载荷的设置;最后对卷筒的应力和变形进行求解。研究发现:卷筒中部承受了较大的钢丝绳径向压力载荷, 应力从中部往两边逐渐减小, 且内表面的应力大于外表面;由于在筒壁与侧边连接处做了圆角处理, 避免了应力集中的问题。本文的结论可以为卷筒的设计提供一种方法和理论参考。
参考文献
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[5]杨球来.大拉力自动张紧绞车的研制与应用[J].煤矿机械, 2011 (6)
微课受力分析教案 篇4
教学目标:
知识与技能：
1． 掌握对物体进行受力分析的一般顺序，能正确地作出物体受力图。
2． 理解并初步掌握物体受力分析的一般方法，进一步加深对力的概念和三种基本力的认识。3． 能通过对物体受力分析的操作，认识到物体不是孤立的，它与周围物体是相互联系的；同时培养思维的条理性和周密性。过程与方法：
通过分析与综合，进行逻辑思维训练，使学生能独立完成物体的受力分析，培养思维的条理和周密性。
情感态度与价值观：
使学生认识到自然界中的物体不是孤立的，它与周围物体是相互联系的。
教学重点：受力分析的方法和步骤
教学难点: 1.在受力分析时防止“漏力”和“添力”。
2.初步建立“隔离”的思想方法。
教学方法：讲授法
主要内容:
一、受力分析定义
把研究对象在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受的力的示意图，这个过程就是受力分析
二、受力分析的基本方法：
1.明确研究对象
在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体（整体）。在解决比较复杂的问题时，灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决。研究对象确定以后，只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力（既研究对象所受的外力），而不分析研究对象施予外界的力。
2.隔离研究对象，按顺序找力
把研究对象从实际情景中分离出来，按重力，弹力（支持力、压力、拉力），摩擦力，最后其它力的顺序逐一分析研究对象所受的力，并画出各力的示意图。
口诀：一重二弹三摩擦四其他
3.受力分析的重要依据，检查是否画错力，多力，或漏力(1)是否有施力物体
(2)是否符合该力产生的条件(3)根据物体的运动状态分析
三、例题讲解，感知受力分析。
例题1：（1）分析静止在水平地面上的物体A受力。
（2）B物体在水平地面上做匀速直线运动，分析B物体受力。
例题2：水平力F把重为G的木块紧压在竖直墙壁上静止不动，分析木块受力情况。
例题3：如图所示，分析斜面上物体的受力情况
例题4：分析传送带上物体的受力情况（水平传送带足够长）
例题5：倾斜传送带。物体与传送带保持相对静止。分析传送带上物体的受力情况
例6：有三个物体A、B、C静止叠放在上，C物
四：课堂小结：教师归纳本节课要点。
五、布置作业：练习小卷
六、板书设计
专题：受力分析
1.受力分析定义 2.受力分析方法：
（1）明确研究对象
（2）隔离研究对象，按顺序分析
（3）受力分析重要依据
水平桌面分析A、B、体受力。
受力分析、液压系统 篇5
本文研究的液压挖掘机回转马达为液压轴向柱塞马达。轴向柱塞马达是液压系统中重要的动力元件和执行元件, 广泛地应用于工业液压和行走液压领域, 是现代液压元件中使用最广的液压元件之一。此外, 由于轴向柱塞马达结构复杂, 对制造工艺、材料的要求非常高, 因此它又是技术含量很高的液压元件之一[1,2,3,4,5]。
轴向柱塞马达的柱塞表面与缸孔内表面之间构成一对摩擦副。这对摩擦副首先要起到密封的作用, 保证缸孔中的压力油液不会产生过大的泄漏;同时又要能承受一定的径向分力, 并保证柱塞能在缸孔中自由往复运动[6,7,8]。柱塞副受力分析是柱塞副结构优化设计的基础。为了正确选择柱塞副的材料, 就必须了解柱塞的受力、承受的最大[PV]值和承受的最大压力的部位, 所以需要对柱塞进行受力分析。而计算[PV]值对于柱塞缸体摩擦副的选材来说是非常重要的。计算出来的[PV]值必须小于选用材料的许用比功[PV]值, 否则设计是不合理的。
1 柱塞受力分析的数学建模
图一为柱塞的受力分析示意图。图一中, R1、R2是缸体对柱塞的侧压力;Fp是高压油对柱塞的作用力, 其值为。若假设柱塞和缸体材料的弹性模量均很大, 其受力产生的弹性变形均很小, 可忽略不计。缸孔由于弹性变形而产生的分布应力σ1和 σ2的长度设为l1和l2, 其合力设为R1和R2。F1、F2为侧压力R1、R2所产生的摩擦力;W是滑靴对柱塞的作用力。为简化计算, 在此忽略质量力等小量。
如图一所示, 由x, y方向的受力平衡可得:
列出力矩平衡方程:
按照应力三角形相似原理得到:
式 (3) 、 (4) 中, f为缸孔与柱塞之间的摩擦系数;l0柱塞的最小留缸长度, 单位mm;l为柱塞在缸体中的含接长度, 单位mm;d为柱塞直径, 单位mm;L为回转马达柱塞的几何长度, 单位mm。
l随转角的变化规律为:
式 (6) 中, R为柱塞分布圆半径, 单位mm;α 为斜盘倾角, 单位:度;φ 为缸体转角, 单位:度。
由式 (1) 至式 (5) 可以推出:
2 柱塞受力分析的仿真
表一为某型号液压挖掘机回转马达的相关计算参数, 运用MATLAB软件编写计算程序, 并代入相关参数进行仿真计算。
由MATLAB软件仿真计算得到R1、R2随缸体转角 φ 的变化曲线图, 如图二所示。柱塞的最大受力值为4408N, 位于缸体从上死点转动180 度的位置, 且R1远远大于R2, 即柱塞前端受力值要远大于后端。柱塞所受比压为:
由MATLAB软件仿真计算求出[P1]、[P2]的变化曲线图, 如图三所示。
由图三可知, 柱塞承受的最大比压值为41.8Mpa, 位于柱塞转到180 度时, 且柱塞前端承受的比压[P1]大于后端承受的比压[P2], 所以柱塞的前端部位比后端部位更容易磨损。柱塞前后端承受的[PV]值分别为:[P1V1]=2R1V/ (l1d) , [P2V2]=2R2V/ (l2d) , 其中V=2πn Rtanαsinφ/60。
由MATLAB软件仿真计算可得到柱塞承受比功[PV]值变化曲线图, 如图四所示。
从图四可以看出, 柱塞前端所承受的比功[PV]值要大于柱塞后端承受的比功[PV] 值, 最大比功[PV]值发生的位置并不在柱塞作用力最大缸体的下死点的位置, 而是在缸体从上死点转动大约130.2度左右的位置, 并且最大[PV]值为45MPa·m/s。
3 结束语
本文对液压挖掘机回转马达柱塞进行了受力分析, 主要得到以下结论:柱塞的前端受力、承受比压和[PV]值均大于后端, 因而柱塞靠近球头部分的磨损就相对大一些, 在对柱塞进行设计时应该考虑其强度要求以及耐磨性, 比如在柱塞表面可以增加镀层, 或进行强化处理, 或适当增加留缸长度、承压面积等。
摘要：本文以液压挖掘机回转马达柱塞摩擦副为研究对象, 建立了柱塞摩擦副的受力分析数学模型, 并进行了受力分析, 为柱塞副结构优化设计提供了参考。
关键词：回转马达,柱塞副,受力分析,[PV]值
参考文献
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[6]李壮云.液压元件与系统[M].北京:机械工业出版社, 2005.
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受力分析、液压系统 篇6
关键词：空心板,体外预应力钢锚块,布置方法,受力分析
1 工程背景
该人行天桥共分七跨, 主桥为3跨简支梁, 桥面宽2.1m, 跨径为3.5m+25.0m+7.5m, 北边引梯长3.8m, 南边引梯长6.0m+5.0m+6.0m。桥梁立面如图1所示。
2010年发现该桥25m先张法预应力预制空心板主跨段跨中下挠明显 (主跨现状如图2所示) , 后经检测中心对该桥进行了详尽的外观检测、无损检测。检查结果表明, 该桥桥面铺装整体状况较差;主跨空心板可能由于预应力损失、原设计梁高不足等原因产生可见下挠, 按照《城市桥梁养护技术规范》 (CJJ99-2003) 评定方法, 将该桥评定为D级 (不合格) 。
2 钢锚块构造特点
随后设计人员根据检测报告内容和现场普查结果, 决定对下挠明显的主跨采用体外预应力加固, 以提高其现有预应力度, 改善梁体整体受力性能和限制梁体进一步下挠。在锚固系统的材料及构造选型上, 主要基于以下两方面的考虑:
⑴空心板结构形式比较方正, 没有类似箱梁内部那样存在犄角及可观的锚块布置空间, 也没有类似T型梁腹板可以左右对称布置锚块;
⑵该桥为人行桥, 不存在车行桥那样车辆过桥引起振动明显。
基于以上两点, 设计上采用了自重较轻、传力方式明确的钢结构锚块作为预应力的锚固系统, 其成型如图3所示。
以下将主要对钢锚块锚固系统的构造尺寸、构件作用及有限元细部分析进行描述说明。
3 钢锚块构造形式
3.1 钢锚块各构件作用
钢锚块在两端底板设置, 其整体布束如图4所示。锚块采用钢板焊接拼装而成, 钢板材质为Q345B。本次预应力钢板锚块遵循构造简洁、各钢板受力明确的方向进行设计, 其中各钢板主要作用如表1所示。
3.2 构造尺寸选型计算
钢锚块各个构件的厚度、长宽等尺寸都需要经过前期的选型计算来确定, 来保证锚块的承载能力值 (抗力) 能够满足相应的钢绞线压力 (外力作用) 。此选型验算过程如表2所示。
4 钢锚块有限元细部分析
4.1 模型建立
以上的选型计算仅仅是验证了钢锚块在整体上对应一般的静力条件能够满足要求。但是对各构件之间的连接、钢板与混凝土之间的连接所表现出来的应力应变关系, 尤其是钢板与混凝土粘结及植入锚栓的抗剪能力是影响钢锚块布设面积等关键影响因素, 直接关系到钢锚块构造的可行性。考虑到结合应力扩散钢板的设置以及锚栓的位置定位对钢锚块选型的影响, 有必要建立实体有限元模型, 分析其受力特性, 从而摸索钢锚块底板型式布设规律。
取梁体一端的钢锚块, 利用有限元计算软件建立实体有限元模型, 样式如图5所示。其实体模型被划分成49274个实体单元, 节点57129个。
4.2 模型各细部分析
在以下应力图中, 主要考核在巨大的钢绞线锚板压力 (方向:主轴X-X) 作用下, 各构件和混凝土在主轴X-X方向上的应力分布、变化情况。以下将以钢锚块、板下混凝土两个主要构成进行详细论述。
图6表明:对于板下混凝土, 在外力作用下, 钢锚块底板中线往左的区域均为拉应力, 且得益于扩散钢板的设置, 混凝土面的拉应力呈现出:底板中线位最大、往左逐渐扩撒、大幅减少的趋势, 从而减少了施加预应力时出现拉应力在薄弱区域集中而产生裂缝的可能性。
图7表明:在外力作用下, 扩散钢板与底板结合位至底板中线这区域对浅层混凝土将产生较大的剪切应力, 而后向深层逐渐减少, 同时得益于扩散钢板的设置使得剪切应力能够往左、往深处消散得更加有效。
图8表明:在外力作用下, 承压板是底板巨大拉压应力转换的分界线, 也从而可以看出如何设置承压板的位置、后续顶板长度、前端扩散钢板长度等是有效疏导钢板拉压应力大小、流向的关键, 也是钢锚块尺寸设计取值的关键。
图9表明:在外力作用下, 承压板与底板间的焊缝位左侧会出现较大的拉应力, 因此该位置是钢锚块成型的关键质量控制点, 施工中务必做好焊缝质量保证工作。
5 结语
以上分别从作用、构造、整体的静力验算、细部的应力分析等4方面对案例中的钢锚块设计及应用进行了详细的叙述, 并从侧面验证了该设计的合理性。同时也提出关于此类钢锚块的建议:
⑴钢锚块与底下混凝土的有效结合程度, 是始终事关此种锚固方式成败的关键。而文中并未深入探讨对此的种种影响因素和有效分析方法, 作者也是处于前期探索阶段。因此在相关设计时应考虑足够的允许系数, 以保障钢锚块与底下混凝土粘结具有足够的抗力和抗倾覆稳定性。
⑵应力扩散钢板是钢锚块的一个重要的辅助构件, 可根据现场实际情况布置、形式多样, 其重要的一点是要降低钢锚块底板引起的巨大不利应力, 将其有效地向周边扩撒、疏导, 降低混凝土产生开裂的可能性。
⑶钢锚块形式多种多样, 本文中形式是比较简易的, 也是常用的基本形式。设计人员设计时应结合实际从总体上控制、在细节细部上做好保障, 才能使设计出来的钢锚块各构件受力明确、传力合理、安全可靠。
参考文献
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受力分析、液压系统 篇7
曳引式驱动电梯通过曳引钢丝绳牵引使轿厢和对重做相对运动,轿厢在井道中沿导轨上下运行。为了减小电梯因为钢丝绳断绳造成坠落的可能性,国标《GB7588-2003》规定钢丝绳最少应为两根,每根钢丝绳应是独立的,同时在悬挂钢丝绳的一端应至少设有一个调节装置用来平衡各绳的张力。在电梯的安装以及日常维护保养过程中,如果电梯各钢丝绳受力调节不平衡,就会导致其中的一根或几根钢丝绳受力过大,从而影响钢丝绳的使用寿命,加速该曳引轮绳槽的磨损。同时,在日常的检验过程中发现,对于个别钢丝绳受力偏大以及绳槽磨损严重的电梯,在进行空载曳引力实验时,对重装置完全压缩缓冲器之后,曳引机仍能提升空轿厢,曳引能力过大具有安全隐患。因此,精确地检测电梯各钢丝绳的受力状况并将各绳受力调节平衡对电梯的使用寿命以及使用安全有重要的意义。
目前,国内的检测机构在检测钢丝绳受力平衡状况时,通常用弹簧秤在水平方向对各条钢丝绳施加相同的力,再利用钢直尺测量各钢丝绳受力点的水平位移,最后推算出各钢丝绳受力偏差。这种方法操作难度大,测量精度低,而且在不同的点测量得到的结果偏差较大。本文利用应变检测应力的原理,以基于ARM的嵌入式系统为平台,设计了电梯钢丝绳受力平衡检测系统,为电梯钢丝绳受力平衡检测和调节提供了一种精确有效的方法。
1 系统设计
1.1 系统检测方法
曳引钢丝绳的两端要与轿厢、对重或机房的固定结构相连接。这种连接装置通常被称为绳头组合或者端接装置,如图1所示。钢丝绳通过浇灌锥套或自锁楔形绳套连接于轿厢或对重架的横梁上,弹簧用于缓冲工作中曳引绳的冲击负荷以及调节均衡各根钢丝绳的张力[1]。从该结构可以看出,如果将应变片粘贴于图1中的连杆上,就可以通过测量应变来获得每条钢丝绳的受力大小。测量时,将电梯空载静止于基站上并切断主电源,按照图1所示的方式粘贴应变片于连杆上,再把应变片与应变检测设备相连接,然后在电梯轿厢中放置额定载荷的砝码。此时,由于电梯载重量的变化,钢丝绳受力增加,粘贴在连杆上的应变片随着连杆应变的增加电阻发生变化,只要读取应变检测结果,就可以获得该载重量产生的力在各条钢丝绳上的分配结果,从而判断各钢丝绳受力的均衡性。
1.2 系统总体设计
根据应变检测的原理,该系统主要由应变片、应变检测电路、前置放大滤波电路、嵌入式信号采集系统构成,如图2所示。
2 应变检测及放大滤波电路
本系统采用全桥式双通道检测电路以提高检测的精度,在传统的单通道检测基础上加入了对电源供电电压的检测通道。在检测过程中,先对两个通道上采集的信号进行预处理,再传至处理模块。由于两个检测通道处于同一工作环境,所以可以认为外界干扰和器件参数非理想化对检测电路的影响对两个通道是相同的,利用该性质对电路进行补偿,最终可以实现检测电路转换函数的线性化和应变的高精度检测[2]。双通道应变检测电路原理如图3所示。
在图3所示测量电路中,R1和R4为电阻应变片,分别粘贴于同一根钢丝绳绳头受力连杆的两侧,因此电阻变化量ΔR1=ΔR4=ΔR,R2和R3为固定的精密电阻,其中R1=R2=R3=R4=R。由此通过近似可以得出U1=Eé4ëêR1ΔR1+R4ûΔR4ùú,U2=E。U1和U2通过放大得到U'1=k U1;U'2=k U2,将两路模拟信号通过一个模拟除法器3相除,得到Fi=R2ΔR。
模拟除法器AR3的实现如图4所示,该模拟除法器主要用到了LM741运放和一个模拟乘法器BG314。运放的正输入端是一个输入信号Ui,另一个信号输入端在模拟乘法器的输出端3,模拟乘法器的1输入端接收运放的输出信号,根据运放的虚短和虚断的原理,运放的正负输入端的电压信号相等,且流过电阻R13和电阻R15的电流相等,可以得到模拟除法器的计算公式:
,其中Ui和Ur是输入信号,K1是模拟乘法器的相乘增益。由此可得,再根据应力与应变的关系,钢丝绳受力:
中E为绳头连接杆的杨氏模量,ξ为应变,K2为应变片常数。双通道的信号经过除法运算,可以消除供电电压的波动对应变检测精度的影响。同时,双通道信号相同的发大滤波环节,削弱了电子器件参数非理想化以及外界干扰等因素对检测精度的影响[3]。
3 嵌入式信号采集系统
经过应变检测电路的处理,应变片在电梯轿厢加载额定载荷后的应变量就线性地转变为电压量Fi。Fi的采集采用基于S3C2410A的ARM9嵌入式测控系统,ARM具有比较强的事务管理功能,可以用来支持友好的人机界面以及运行应用程序等。
3.1 采集系统硬件设计
嵌入式应变信号采集系统的设计如图5所示,它主要包括CPU以及时钟晶振系统、存储系统、人机交互系统、应变信号A/D采样系统。其中CPU、时钟晶振以及存储系统组成了最小系统。
为了系统扩展的需要,本系统选择两片型号为HY57V561620的SDRAM组成32位64M的内存空间。其中,HY57V561620存储容量为4M×4bank×16位(32M字节),工作电压为3.3V,常见封装为54脚TSOP,兼容LVTTL接口,支持自动刷新(Auto-Refresh)和自刷新(Self-Refresh),16位数据宽度。S3C2410内置有SDRAM控制器,可以和HY57V561620直接连接而无需时序转换装置。SDRAM在系统掉电时,数据会丢失,所以必须将系统的软件固化在非易失性的NANDFLASH存储器上。系统选择型号为K9F1208UDM的NANDFLASH,存储容量为64M,S3C2410内置NANDFLASH的控制器,使NANDFLASH与CPU之间可以方便地直接连接[4]。
LCD和触摸屏由于其操作便捷的优点已经广泛应用于各种工业控制场合,在PDA和仪器仪表领域也有很好的应用。S3C2410内置的LCD控制器和触摸屏接口,可以方便地实现人机交互系统的设计。因此,本系统选择5.7寸24位真彩TFT液晶屏作为人机交互系统,其电源电压VDD典型值为3.3V/5V,并且LCD数据和控制信号的高电平输入电压Vih在2.3~5.5V范围内,低电平输入电压Vil则在-0.3V~0.9V范围内,为了对CPU起到保护作用,同时提高LCD输入电压,LCD与CPU之间通过3.3V转5V的电平转换器SN74AL-VC164245连接[5]。
A/D采样电路是本系统设计的重点,由于电梯钢丝绳的数量通常在3到8之间,因此本系统选择2片高精度、宽动态范围、△-∑型8通道24位的ADC芯片ADS1216实现8路的应变电压采样芯片。ADS1216主要包括模拟多路开关(MUX)、输入缓冲器(BUF)、可编程增益放大器(PGA)、两阶△-∑调制器、可编程数字滤波器、微控制器、16个状态控制寄存器、128字节RAM、串行SPI接口、连个8位DAC、两路可编程恒流源(IDAC)、内部参考电压产生器以及时钟发生器等工作模块[6]。它通过SPI接口与外界进行信息交换,因此可以方便地与S3C2410的SPI接口连接进行控制。图6为ADS1216与CPU连接电路图。
3.2 采集系统软件设计
系统程序是在ARM单片机开发调试工具即Embest IDE开发环境中编写完成的,主要包括启动程序bootloader、主程序、初始化子程序、LCD界面显示子程序、触摸屏中断处理程序以及参数设置及数据滤波运算程序。主程序框图如图7所示。启动程序bootloader涉及到对系统主要模块的配置、运行环境的建立、系统时钟、MMU等模块的配置。程序的初始化主要包括以下几个部分:Cache使能初始化、时钟管理初始化、端口的初始化、A/D采样芯片的初始化设置[7]。
触摸屏中断触发的三个子程序是钢丝绳受力采样的核心内容。参数子程序主要针对不同的电梯设置电梯的额定载荷、钢丝绳根数、电梯的钢丝绳悬挂比,程序根据现场的参数自动计算出电梯各钢丝绳的大概的受力状况,进而改变A/D采样芯片的电压采样范围,从而提高采样的精度。采样子程序就是控制A/D采样芯片进行采样,并读取采样结果,在采样数据稳定后,可以通过计算子程序判断各钢丝绳受力的均衡性,从而有针对性地调整钢丝绳的张紧程度。
4 检测测试
测试实验选择一台运行时间为10年左右的日立YPVF型号电梯,速度为1.75m/s,额定载重量为1000kg,该电梯使用5条公称直径为12mm的钢丝绳以1:1的悬挂比悬挂电梯轿厢和对重。根据电梯结构,测量位置选择在轿顶的钢丝绳绳头组合处,在电梯装满1000kg的额定载荷后,经过电梯轿顶绳头组合部位的应变检测后,得出5条钢丝绳的受力值。同时对该电梯曳引轮各个轮槽的磨损程度也进行了测量,由于曳引轮的绳槽采用半圆形带切口槽,如图8所示,因此测量切口的深度h作为磨损量的判断依据,h值越小磨损程度越严重。
检测的结果如表1所示。从检测结果可以看出,受力值较大的钢丝绳对应的绳槽磨损程度较大,这与理论分析的结果是一致的。以该实验电梯为例,只要在绳头组合上调节各绳的张紧程度,使各绳槽分担的力趋于一致,就可以降低个别绳槽的磨损速度,从而可以提高曳引轮的使用寿命。
5 结语
本文提出了基于ARM和应变测力的电梯钢丝绳受力平衡检测系统,应变检测部分采用了双通道的全桥检测电路,有效地减小电源电压波动、元器件参数不确定以及周围环境的干扰,电压采样部分采用基于ARM9的S3C2410A为核心的嵌入式采样系统,可以同时对8条钢丝绳进行数据采样。本文阐述了检测的原理以及硬件和软件的实现方法,同时通过实验验证了系统设计的可行性,为电梯维护保养和安装单位进行电梯钢丝绳张紧度调节,以及电梯检测部门进行钢丝绳受力均衡性检测提供了一种可靠而方便的解决方案。
参考文献
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受力分析、液压系统 篇8
农机具受力测试一般分为土槽测试和田间测试[1]两种。室内测试模仿田间工作、信号采集和传输都很容易实现,且重复性强[2],但农机具在田间作业时会遇到很多随机现象,室内测试不能完全模仿。比如花生收获机械,室内土槽很难真实模仿出生长在地下的花生根茎的全部情况,并受到测试距离的限制,有很大的局限性。农机具的田间测试能反映机具在田间工作时的真实情况,但在线测试有一定的难度。主要问题:一是农机具运行环境恶劣,对测试仪器的抗振和防灰尘等要求较高,而与农机具分离的测试仪器的测试距离受到一定限制;二是成型的专用测试仪功能单一,测试多为单项测量,不能同步连续测试与记录,不易反映出各项参数之间确切的相互关系,影响测试的科学性和准确性。本文所研究的农机具田间在线受力遥测系统采用PXI总线结构和高性能信号调理电路进行多种信号数据采集,最大限度地解决抗振、抗干扰和防灰尘等问题。采用无线传输模块传递采集数据,以提高测试距离;使用虚拟仪器技术进行数据存储、处理和分析等;利用公式节点等功能,根据测量任务设定数据之间的计算关系,以提高系统的实时性和通用性。
1 测力方法
空间力学测试需要对各个不同方向的力同时测 试,并进行计算。测试的重点在于测试量的同时锁定。本文采用悬挂杆测力法进行测试。
采用悬挂机构与拖拉机连接的农机具进行测试。用装有拉压力传感器的特制悬挂杆进行拖拉机与机具之间的受力情况测试。根据不同的悬挂方式,进行不同的综合分析计算。这种测力方法可直接计算出农机具拖拉机前后轮上的反力YA、YB和土壤作用在农具上的力PX、PY。拉压力传感器的输出直接与PXI应变数据采集卡连接。输出通过电压信号的传感器(如角度传感器是采用双轴倾角传感器SXI1320)直接进入通用数据采集卡。上位机发出采集命令后,内嵌PXI控制器发出采集命令。应变数据采集卡可同时对8个通道同时进行数据的转换和采集,如在下悬挂杆I(左右各1个)上有测力传感器1;在上悬挂杆II 上有测力传感器2;在提升杆Ⅲ(左右各1个)上有测力传感器3。这些测力传感器可测沿杆的轴向作用力,传感器的布局如图1所示。
拖拉机前后轮上的反力YA、YB和土壤作用在农具上的力PX、PY为
undefined
式中 F—作用在上杆上的力,由传感器2测得;
Q1—作用在下杆上的力(左右两下杆之和),由传感器1测得;
N—左右两提升杆上的力之和,N=N总-N。(N总=测力传感器3测出的力(左右两杆之和),N0为提升杆上由于悬挂装置本身的杆质量而引起的力,可在不悬挂农具时从测力传感器3测出);
GT—拖拉机的质量,包括悬挂装置的质量,但不包括农具的质量。
φ1,φ2—杆件在垂直面上的投影与水平面间的夹角;
α2—下杆与纵向垂直面间的夹角;
φ4—提升杆在纵向垂直面上的投影和垂直面上的投影与横向垂直面间的夹角;
φ3—提升杆与下杆之间的空间夹角;
S1,S2—下悬挂杆长度尺寸;
L—拖拉机重心与后轮中心距离。
undefined
式中 Gi—农具质量(不包括悬挂装置的质量)
2 数据无线传输系统设计
同一时刻的不同数据在数据存储器中连续存放,然后由单片机系统传输给计算机,以便进行数据的存储、分析和显示等工作。如果采用并行传送方式,不仅成本太高,而且无法适应田间远距离(几百米)传输。采用的方法是:基于RS232的无线传输模块,建立下位机与计算机之间的数据传输通道。首先,把数据按一定的协议传送到无线发送模块,由无线接收模块接收后,再传输到计算机;然后,由计算机处理系统根据系统协议进行信号的存储与处理。数据传输协议如表1所示,协议的第一个字符为起始符,之后为采集信号,每组信号包含6个数据,每个数据为8个字节,之间有分隔符分开,最后结束符表示这组信号结束,接着按相同的协议传输后面的信号。
被定义的数据经采集系统传入到无线收发系统。选用的无线传输模块为一对SRWF-106无线收发模块。它是一种即发即收的模块,可靠传输距离为1000m,只需提供5V电源,设置波特率等各种参数就可以正常工作。
3 基于虚拟仪器的数据处理系统设计
数据处理与分析结构框图如图2所示。与传统仪器相比,虚拟仪器具有许多传统仪器无法比拟的优点,用户可自行定义仪器的功能和结构,且构建容易、转换灵活,因此应用领域十分广阔。整个数据处理与分析系统的编程是用LabVIEW语言完成的。
4 结论
1) 无线传输数据的采集系统包括无线模块及其相应的电路系统,使农机田间作业信号可以在1km范围内准确地传输,实现了信号的在线遥测采集与处理。在线工作时的多路信号并行采集和串行发送,保证了测试信号的精确度。
2) 把虚拟仪器技术引用到农机田间在线测试中,利用LabVIEW软件开发了数据采集处理程序,使计算机的功能在田间测试中能够充分的发挥。利用虚拟仪器技术取代了笨重且复杂的仪器设备,实现了采集数据的动态显示,减轻了在线测试的工作强度,提高了测试精度。
摘要：农机具的田间测试能反映机具在田间工作时的真实情况。由于田间运行环境恶劣,对测试设备的要求较高。采用PXI总线结构和高性能信号调理电路进行多种信号数据采集,能够最大限度地解决抗振、抗干扰和防灰尘等问题。针对悬挂式农机机具进行受力田间在线测试时,使用拉压力传感器进行力的测量,双轴倾角传感器测量各相关夹角;采用PXI嵌入式处理器将采集的数据转换成串行数据经无线数据传输至上位机。数据处理采用LABVIEW进行系统设计,可以对悬挂式机具田间的工作情况进行实时检测。
关键词：悬挂式农机具,受力测试,遥测,传感器,PXI总线
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悬挑结构的受力分析 篇9
一、在应用悬挑结构过程中存在的不足
(一) 在这个工程中悬挑力学的稳定性的缺乏
我们在计算工程是否稳定时, 一般是先分析一个危险点, 只要危险点的相关指标达标, 那么整个工程其他的部分便是达标的, 我们在计算载荷时也是采取这种方式的, 实验证明我们的这种方法是可靠的, 但是问题是我们经常在计算时将一些危险点忽略, 或者在进行多层建筑时, 整个计算工作草草了事, 根本不按照国家的相关的标准进行计算, 导致了很多的硬度指标根本达不到国家的要求。以阳台为例, 他的很多抗扭强度是不够的, 或者他的安排方式是不合理的, 这些因为悬挑结构的不稳定造成的问题, 会为工程带来比较大的安全隐患, 导致了发生事故的概率大大增加, 这种情况我们应该避免。
(二) 工程管理水平不够且相应的知识缺乏
现在的建筑施工企业很多, 可是真正能够合理地应用悬挑结构的却不多, 很多工程在管理方面十分混乱, 而且最重要的是在相应的知识方面很缺乏, 导致在工程进行时, 各个危险的部位容易遗漏, 导致发生相应的安全事故, 这种现象越来越普遍。在悬挑结构当中, 主要的受力部位没有按规定布置, 而且相应的保护层也没法发挥应有的效力, 不按国家的规定, 随便找一个长度就完事, 这样导致的便是使强度大大降低, 安全性也大大降低。
(三) 施工的过程强度与安排不够合理
我们的建筑材料根据跨度的不同, 对于强度的要求是不同的。这个过程是以两米为划分点的, 在两米以内, 强度只要达到所要求的百分之七十即可, 但是如果超过了两米, 要求便会比较苛刻, 必须达到要求的强度才可以。强度与我们建筑的质量息息相关, 而建筑物的质量则和人们的安全息息相关, 很多建筑工程在拆模方面根本没有按照国家的相关规定进行, 他们只是一眛的追求所谓的进度, 将质量的安全性给忽略了。更有甚者, 在施工时, 压根没有弄明白施工的顺序, 虽然很多地方的强度达到了, 但是顺序的致命错误同样给人们的安全造成了一定的威胁。
(四) 在工程中使用的混凝土质量不过关
材料的选择在整个工程当中发挥着十分重要的作用, 所选择的混凝土不过关却希望工程整体的质量过关, 这是不现实的。现在很多施工单位, 在选择混凝土时, 用劣质的代替优质的, 或者选择那些不是正规厂家生产的混凝土, 在季节变换时, 因为热胀冷缩等等的原因, 对于混凝土, 是需要一定的保护的。但是很多施工单位彻底忽略了这个问题, 同样使工程的质量安全大大降低。
二、关于悬挑结构的加固措施
(一) 应用衬砌的方法加固
这种方式是要求满足一定的条件时才能应用衬砌的方式进行加固的。首先这种悬挑结构即阳台应该处于不是街面的地方, 这个阳台的变形超出了一定的范围, 当面对这样的情况时, 应用衬砌的方法是很实用的。这个方法很简单, 首先找到基础点, 一般我们应用挑梁作为基础, 然后在这个基础之上进行一定的加固。将阳台的凸出来的部分化为凹进去的。一项工程进行得如何主要取决于我们能否找到重点, 这个衬砌的重点便是基础扎实不沉降和砌体上部与挑梁下部填塞紧实, 应用这样的方式可以防止变形的进一步发展。因为, 我们应用的衬砌的方式使某些地方的受力改变了, 为此, 我们也要做出相应的调整。
(二) 用挖补的方式进行加固
因为阳台是我们最常见的悬挑结构, 所以我们仍以阳台进行解说。应用挖补是要满足一定的条件的。悬挑结构的根部的厚度不满足但是同时在其他的配筋足够时, 我们就可以应用挖补的方式进行加固。加固这种结构的做法是先应用相应的材料将相应的部位进行固定, 使它能够承受一定的重量。然后在这个基础之上, 先用钢钻将悬板根部砼打掉, 再挖去砼的底面重新倾斜支模, 清洗砼接口处, 刷上素水泥浆, 再用不小于C25的高标号细石砼补浇, 使新浇筑砼后悬板根部加厚。在应用挖补加固这种方式时, 需要注意的要点便是加固后的保护措施, 应用这种挖补加固的优点是可以将悬挑结构的根部的变形问题一次性解决。
(三) 应用斜拉的方式进行加固
用斜拉的方式进行加固对于结构也是有着比较大的选择性的。例如, 它对于结构的选择性表现在挠度上。所谓的挠度并不是一定的度数而是在中心线上偏移的位移。它实际上是一种对于梁的根部的一种加固的方式。他的做法是将斜拉筋与柱梁主筋焊接后再现浇砼保护加固钢筋, 斜拉加固钢筋与原挑梁主筋协同作用, 这样的做法极大限度地限制了变形的发展。而且, 在框架的方面加固时, 悬挑结构的宽度要符合一定的标准, 这个标准便是柱的宽度。两者相符的话, 可将柱侧和挑梁焊接处砼面层打掉, 露出主筋, 柱子端斜拉加固筋尽量焊接在主筋与箍筋交叉处相反处, 若两者的宽度相差的比较大的话, 则采取另一种方式。可在柱子主筋内侧钻孔, 柱侧斜拉筋末端攻上丝口, 先穿入孔中待挑梁处斜拉钢筋混凝土拉钢筋焊牢后, 再垫上丝板用螺母拧紧, 使斜拉加固筋产生预应力。整个过程都必须按照一定的规则进行, 只有按照国家的相应的标准, 才能保证整个工程的安全。
三、在整个设计中应该注意的地方
在进行这些加固时, 首先应该看看出现问题的架构属于什么情况, 然后才可以选择一种符合它的加固方式。在进行加固时, 我们应该注意, 因为这是二次加工, 所以我们没有相关的计算公式, 所以我们在设计时应该使强度尽量富余。另外, 这些结构不同于一次的加工方式, 所以在进行粗略计算时, 不能简单的按照一次性受力进行计算。一般这些受力是以一次性受力的极限作为基础进行计算的。而且, 我们在二次加固的过程中应该将受力尽量的减小, 使结构的安全性系数尽量提高, 千斤顶则是我们比较好的选择, 应用千斤顶将受力的能力提高。另外为了使新加的结构与以前的结构相互配合应该采取一定的措施进行改善。因为这样的二次型结构经常出现一开始受力良好, 在一定的时间之后便会发生大变形的现象。无论如何, 在进行工程设计时, 容易发生危险的地方我们都应该仔细思考再进行相应的安全性计算, 保证结构的安全。
四、结语