新型支架（共8篇）
新型支架 篇1
1 开发背景
煤炭工业的高速发展在确保为国民经济各行业提供品质洁净、数量充足的煤炭的同时,还要提高煤炭资源利用率,保护人类赖以生存的地球环境少受污染。然而,我国不少地方煤炭开采还处在相对落后的水平,对煤柱及边角煤炭资源回收利用不足,大量宝贵的煤炭资源被废弃,造成能源浪费和经济损失。究其原因,主要是缺乏合理、安全、高效的回收工艺和装备。新型旺格维利采煤工艺能够方便快捷地实现煤柱和边角资源的高效回收,提高资源回收率,是一套科学合理、绿色环保的先进采煤方法。新型旺格维利采煤工艺及装备具有机械化水平高、安全性高、功耗低、适应性强、施工组织简单、作业效率高等突出优点。
新型旺格维利采煤工艺的特点如下:①可采宽度≥15m,并可开采三角区等不规则煤炭资源;② 巷道及设备布置简单,投入少;③实施安全、简便,功耗小。
2 新型旺格维利支架的总体设计方案
新型旺格维利采煤工艺是在大型煤柱或小块段资源的两侧开设两条巷道,分别用于进风兼运输和回风,然后再在这两条巷道之间每隔一定间距掘出(近似)垂直的巷道,并由此巷道向两帮扩宽以回收煤炭。新型旺格维利支架在扩宽的巷道内支撑顶板和侧帮,为落煤、装煤、运煤提供安全空间。新型旺格维利支架每两架为一组,每组一前一后,中间用液压千斤顶连接,千斤顶伸缩时两架相互借力推移实现自移。一般每个回收工作面布置3组共6架新型旺格维利支架,中间的一组适当超前布置以加强顶板三角区的支护,两侧各布置一组支护扩宽巷道的顶板及两帮,为扩宽巷道的落煤、装煤作业提供保护。图1为旺格维利采煤工艺巷道、设备布置图。
该套支护装备(6架)均为两柱掩护式液压支架,6架支护设备分为3组。中间一组主要起支撑巷道中部顶板及推煤、挡煤作用;左侧一组负责支撑新扩宽巷道左侧顶板,支护左侧煤壁和推煤;右侧一组负责支撑新扩宽巷道右侧顶板,支护右侧煤壁和推煤。
3 新型旺格维利支架的结构参数
3.1 旺格维利支架主要结构组成
新型旺格维利支架由底座、顶梁、掩护梁、前后连杆、伸缩梁、推移杆及掩护梁、顶梁侧护板、电液控制系统等组成。中间一组支架的两侧侧护板可翻转升起加大顶板支护面积,左、右两侧两组支架靠近中间的侧护板也可翻转升起加大顶板支护面积,靠近侧帮的侧护板适当加长,增强了护帮能力,3组支架前部还带有推煤板和挡煤板。
3.2 旺格维利支架控制系统
新型旺格维利支架控制系统由无线遥控装置、本安电源、隔离器、1台服务器、6台控制器及相应的连接线缆组成,见表1。其中每台控制器均连接有压力传感器、行程传感器及电磁驱动器。由于机械连接及现场使用安全性的要求,架间电缆的走线必须经过前端支架的挡煤板后侧,支架间电气连接方式如图2所示。支架部分的控制器需要在掘进设备处进行127V交流供电(粗线所示)。无线接收器及解码板与服务器间进行通信,并控制所有的支架控制器(细线所示)。本安电源、隔离器及控制器在支架上的安装位置和具体细节根据支架结构确定。
3.3 新型旺格维利支架的主要技术参数
新型旺格维利支架的主要技术参数见表2。
因巷道开挖后有锚杆锚索支护,液压支架作为辅助支护,巷道平均支护强度= 工作阻力/支护面积=0.33 MPa。
3.4 液压支架主体结构件有限元受力分析
3.4.1 支架型式及加载数据
(1)支架型式:ZY5500/24/52两柱掩护式支架。
(2)分析依据:MT312-2000《液压支架通用技术条件》。
(3)根据MT312的要求,利用有限元分析软件对支架各主要工况进行模拟加载(见表3),以检验主体结构件的强度。
3.4.2 分析过程
通过三维绘图软件建立支架主体结构件的立体图模型,并简化为支架的受力分析模型,对立体图模型进行网格划分,然后根据MT312-2000 标准要求的各工况放置垫块,在支架各对应位置施加标准要求的力,对支架进行内加载,通过软件运算得出受力图。将几个危险断面与材料屈服强度进行对比,安全系数为:顶梁柱窝断面n=1.4;掩护梁前连杆断面n=3.5;前连杆n=2.2;后连杆n=2.8;底座柱窝断面n=1.4。
支架Φ280双伸缩立柱中缸安全系数计算:
(1)当支架工作在卸载状态时,支架立柱安全阀卸载压力为44.66MPa,中缸压力ps=87.57MPa,缸体壁厚δ=30mm,中缸体内径D=200 mm。按中等壁厚缸体计算公式δ=PsD/(2.3[σ]- Ps)Ψ(其中 Ψ为强度系数,对于无缝钢管 Ψ=1),求得中缸体壁材料许用应力[σ]=292 MPa。
目前国内通用的立柱缸体材料为27SiMn,抗拉强度σb=980 MPa。根据n=σb/[σ]求得中缸的安全系数n=3.35。
(2)当支架在试验状态时,按照MT312型式试验要求,取1.5倍的额定工作压力计算,此时中缸压力为131.4 MPa,安全系数为2.237。
综上所述,主要结构件安全可靠。
4 结束语
在开发过程中根据工作面的地质情况设计了该套支架总体方案、主要技术参数,根据总体方案设计总装图并进行受力分析计算和强度校核。按照图纸评审后的要求对图纸进行完善和标准化,并按照图纸进行样机的试制。试制后送国家支架检测中心进行压架检测并取煤安证。最后进行了井下工业性试验,对支架的支护性能和采煤工艺的适应性进行了验证。
新型支架 篇2
摘要：无落地支架技术是应用在公路桥梁施工中的一种模板系统。其主要是为了尽量减少施工对地面交通的阻碍，依靠钢模的刚度和强度，将混凝土、模板、盖梁钢筋以及施工中的各种荷载传递到立柱中，改善了以往落地支架对地面交通的阻碍。本文对无落地支架的优点、无落地支架的设计及具体应用等问题作了详细的分析和系统的阐述。
关键词：无落地支架技术；公路盖梁施工；设计；应用
在公路盖梁施工中一般有两种支架方式，一种是落地满堂支架，另一种是无落地支架。施工时要想尽量减少施工对地面交通的阻碍或是施工现场不易搭建脚手架时，便常采用无落地支架技术（简称无支架技术）。无支架技术主要是在盖梁下预埋支架、型钢或是抱箍支座，并用贝雷梁架或是工字钢梁在高空中搭建平台，来承担模板和盖梁的重量[1]。
一、无落地支架的优点
（一）组装效率提高
组装模板越大，无支架技术的优势就越明显，因为其每次拆、装时需要操作的部件较少，再者各连接部位都是按照快速进行拆、装来设计的，除初次组装时间较长，后续的拆卸和组装时间相对传统支架组装来说都较短，对于高度越高的盖梁，其优势会更明显。
（二）无需占用交通用地
这种新型无落地支架技术，不仅减少了传统支架安装的人工和费用，还改善了以往落地支架对地面交通的阻碍问题，解决了狭小施工区域对施工带来的影响。随着经济的发展和城市化的深入，该种支架技术在交通繁忙、人口密集的城市施工中的应用会更加广泛。
（三）使用寿命较长
在正确操作和维护的前提下，钢模板的使用寿命能够达到上百次，而且稳定性较好，使用比较完全，为施工企业带来了更多的经济效益，并且使用该模板会大大改善混凝土表面的质量，使用该模板成型的混凝土表面平整度会更高。
二、无支架技术的设计和具体应用
（一）工程概况
上海沪清平高速公路（沪清-外环立交），主要连接沪清平高速公路、延安高架桥、虹桥机场以及外环线，是四层互通式的一座立交桥。该公路桥梁在进行盖梁施工时，绝大部分施工仍使用传统的落地满堂支架，但JW匝道盖梁施工时，由于施工四周五米之内有建筑物和非机动车道，施工场地极为狭小，要在如此小的施工场地架设高达十几米的落地满堂支架，难度极大。为确保施工的顺利开展，就必须要尝试性的设计并使用能够减小占地面积的无支架技术。
（二）无支架技术的设计和应用
1、支架组成
该无落地支架主要是由上、下支架、主梁、连系杆、斜撑以及落架设备（保护支撑、30吨千斤顶）等主要构件构成。整个支撑体系的关键支撑部位是下支架，该施工中，其距离盖梁底部5.1米。下支架通过四根螺杆将支架所承受的载荷传递到立柱当中，以立柱自身具备的抗压强度来实现对支架的承托。主梁设计使用全长13米的工字钢（40#），其能够很好的抵抗由于各种载荷所造成的弯矩。能够保持盖梁底部的良好线性；连系杆设计使用单片槽钢（16#），其能够有效防止施工中倾斜受压失稳问题；斜撑设计使用双拼槽钢（16#），其能够增强支架横向稳定性能，并能提高支架的整体刚度[2]。
2、支架安装
支架设计完成之后，要进行安装工作，安装流程为：预留孔设置--上下梁安裝--上支架和连系杆连接--主梁吊装、就位--主梁和斜撑地面连接--下支架和斜撑连接--斜撑与连系杆连接--设置保护撑、合理调整千斤顶--隔栅、底模板铺设。一是预留孔设置。其是整个安装过程的关键，因为一旦出现预留孔设置偏差，就会使上、下架无法安装，整个支架安装工作也就无法展开。因此，在进行安装施工时，应首先对四个预留孔的位置进行放样确定，确保位置设置的精确性。然后将四根热轧无缝钢（壁厚3毫米，内径160毫米）分别预埋，应控制管位偏差在20毫米以内，控制管中心距偏差在5毫米以内，将四根钢管管用钢板两两连接，并将其与立柱的主筋进行焊接，以避免立柱混凝土施工过程中对其造成影响，产生偏位。其次是上下支架的安装。立柱混凝土施工结束后，待模板拆卸完成后对预留孔及孔间距进行全面检查，确保偏差在可控范围后再进行上、下支架安装。安装前，要在支架和立柱混凝土之间用软物隔离，以防止施工时支架对混凝土表面造成破坏。调整支架的水平间距，待满足设计要求后，拧上螺杆的螺母，并作为水平向限位。安装完上支架后，可将斜撑与其连接，并将落架的千斤顶按设计要求定位，并调整至设计标高[3]。再次是主梁吊装。主梁设计使用全长13米的工字钢（40#），在吊装之前首先要在地面与斜撑进行连接，连接时要在地面搭建台架（约1.5米），用起重机将主梁吊至台架上，由作业人工调整水平间距，待满足设计要求将斜撑与主梁连接，然后进行主梁吊装。主梁吊离地面，待斜撑自由下垂时，将斜撑的自由端进行销接并收紧，待间距控制在三毫米时再起吊。下放主梁时，应进行准确定位，并缓慢下放，避免立柱混凝土与主梁发生碰撞，造成破坏。最后是支架节点连接和搁栅铺设。主梁吊装完成后，进行支架节点与斜撑的连接。该项施工是整个安装施工的难点，一是支架加工精度要求极高，受支架尺寸等的限制，若精度不够，则会直接造成节点连接困难甚至无法连接；二是此时的主梁横向不稳定，易失稳。因此，在收缩斜撑时要做到缓慢和精细，销接时，为满足需要对自由端进行调整时，不应用力过猛。支架主体安装完成后，为了承托盖梁的底板重量，需在主梁间铺设隔栅，其选用的材料为钢槽（16#）。
3、支架在盖梁钢筋施工时的情况
在进行盖梁钢筋施工时，可通过设置沉降观测点的方式对支架刚度情况进行观测，一般是在盖梁支架安装、钢筋绑扎、模板安装以及混凝土浇筑等施工分别完成后进行观测，并对主梁两端的沉降量进行计算。
4、落架
落架施工与安装施工的流程正好相反：解除连系杆、斜撑、上下支架的连接--放松千斤顶、拆除保护支撑--抽出隔栅和模板--拆除主梁、斜撑吊装--拆除上、下支架--填补预留孔。
结语：
无落地支架技术是一种新型的支架技术，其使用能够有效的减少施工对交通的阻碍。通过大量实践表明，无落地支架施工技术对缩短施工工期、提高工程整体施工质量和企业经济效益具有重要的意义。无落地支架技术的出现和使用，解决以往传统支架所不能解决的问题，该技术在以后的公路桥梁施工中，必将会被广泛使用。
参考文献：
[1]王林俊.新型无落地支架技术在公路盖梁施工中的设计与应用[J].科学之友，2012，05：76-78.
[2]尹富秋.无落地支架施工技术在高墩盖梁上的应用[J].中国市政工程，2012，03：77-79+109-110.
新型前列腺放疗支架的研制 篇3
关键词：支架,放疗支架,前列腺放疗支架
0背景
前列腺癌 (prostatic carcinoma, prostatic cancer, 英文简写为PCA) 是男性生殖系统最常见的恶性肿瘤, 发病随年龄而增长, 其发病率有明显的地区差异, 欧美地区较高。据报道在男性仅次于肺癌, 是癌症死亡的第二位。我国以前发病率较低, 但由于人口老龄化, 近年来发病率有所增加, 同时由于对前列腺癌的诊断方法的不断改进, 如酸性磷酸酶的放射免疫测定, 前列腺液的乳酸脱氢酶的测定, 经直肠的超声显像, CT检查以及前列腺穿刺针改进等, 使前列腺癌得以早期诊断, 也使前列腺癌的发现率有所增加。
根据前列腺癌的分期, A1、B1、B2期临床均建议实施前列腺切除术或放射治疗, C期虽然临床尚无统一治疗意见, 但有数据表明在患者无淋巴结转移和远处转移且全身情况较好的情况下, 采用组织内放疗及体外放疗或联合内分泌治疗亦有很好的疗效。临床发现前列腺癌对化疗敏感性不高, 临床治疗效果不明显, 而外部放射治疗对人体的伤害性又较大, 因此临床迫切需求一种有针对性的放射治疗手段。
永久性的粒子种植可以作为单一治疗或结合外照射治疗局限性的前列腺癌, 目的在于提高早期局限性的前列腺癌局控率, 相比外照射而言可降低毒性反应, 同时提高生存率特别是无前列腺特异性抗原 (PSA) 复发的生存率 (PSA-RFS) 。放射性粒子植入治疗前列腺癌的目的在于局部控制肿瘤生长, 尽可能减少肿瘤周围正常组织和器官的并发症。放射性粒子植入治疗前列腺癌的优点主要体现在三个方面:可比外放射治疗给予前列腺更高的吸收剂量;对膀胱和直肠的放射损伤比外照射轻;持续低剂量率照射。
临床研究表明, 放射性粒子在植入后容易引起移位, 放射剂量的分布也随之发生变化, 有证据[1,2,3]表明放射性粒子如果移位至冠状动脉还可导致急性心肌梗死, 移位到肺脏可导致放射性肺炎, 放射性粒子还可移动至椎静脉丛。临床使用者非常期待可以在现有的普通支架基础上结合近距离放射治疗的技术, 采用与放射性粒子相同的放射性同位素, 设计一种可以将放射性同位素覆盖在普通支架一端形成照射源, 然后植入人体实现体内放疗的支架产品。
1 产品研制
1.1 NiTi材料的医学基础研究
由于人体环境对植入物的耐腐蚀性和生物相容性要求非常苛刻, 在NiTi记忆合金材料出现以前, 通常用作人体植入物的金属材料主要有三大类, 即NiCr系的不锈钢材料 (SUS304、SUS316、SUS316L、SUS317L) 、CoCr系合金 (Haynes、Vitallium) 和钛合金 (纯钛、Ti-6Al-4V等) 。虽然NiTi合金材料内的Ni离子对人体有刺激和致癌作用[4], 由于NiTi材料表面的钝态保护膜和金属化合物的作用, 材料中含有的有毒元素对人体的副作用大大降低。
NiTi材料的生物相容性系统研究始于上世纪70年代, Cutright、Castleman等人将NiTi材料埋埴于动物体内研究了生物组织反应[5,6]。经过研究发现, NiTi材料的生物相容性和CoCr合金材料相同, 用作理想的人体植入材料非常有前景。其后, 材料界和医学界配合对NiTi材料的生物相容性作了大量的基础研究工作。
值得一提的是, 国内对NiTi材料在医用领域内的探索和应用研究起步较早, 基本与发达国家同步。细胞毒性试验、遗传毒性试验、致癌性试验、致敏性试验、溶血性试验、急性全身毒性试验等相关试验结果[7,8,9,10]表明, 全部达到医用材料的有关标准。
在这些研究的基础上, 国内率先将NiTi材料应用于临床的医学领域是人体口腔。由NiTi材料拉制的NiTi丝成功地应用到了口腔领域, 即目前常见的正畸丝、推簧[11,12]。其后, 骨科领域亦将NiTi材料应用于临床, 其中包括:形状记忆合金脊柱矫形板 (棒) 、接骨板、锔钉等[13,14,15,16,17,18,19,20]。所有这些产品的临床应用文献报道均反应NiTi材料具有良好的生物相容性, 在随访期内没有观察到明显的毒性和其他显著的不良反应。
1.2 NiTi支架的临床应用现状
支架介入治疗是将支架植入体内, 作为支撑结构以治疗血管或非血管管腔狭窄、梗阻、局部病变或术后并发症所引起的再狭窄的一项临床治疗技术。作为介入医学 (IVM) 的一个重要分支和球囊扩张术的补充方法, 这项微创技术 (MIS) 在近几十年来大量成功的试验和临床研究基础上, 在X射线诊断技术、超声诊断技术、计算机断层摄影技术 (CT) 、核磁共振技术 (MRI) 、计算机数字减影技术 (DSA) 等检测技术的最新发展及支架本身结构和材料的改进基础和研究上, 已广泛用于医学领域的各个方面, 用以治疗前列腺尿道[21,22]、食管[23]、胆管[24,25]、气管[26]以及血管狭窄[27,28]和冠状动脉病变[29,30,31]。
1.3 支架的设计因素
支架被植入管腔主要的作用是机械性的扩张和支撑作用, 多年来, 各领域的专业技术人员一直在努力改进支架的结构及材料以达到最佳的机械和生物性能。现阶段应用的支架结构形式大致可分为自膨式 (Wallstent支架) 、球囊扩张式 (Strecker支架、Palmazschatz支架、Gianturco-Roubin支架) [32]两种。支架表面一般为带有氧化膜层的裸露支架, 或采用电化学镀层方式覆上一层其他金属的镀层支架, 或覆盖一层医用高分子材料的涂层支架。多方式多工艺制造的支架给临床带来非常大的选择余地, 他们互相补充, 但每一种类型的支架都有其最适用的专业领域[33]。
影响支架性能的主要因素有机械性能和生物性能。机械性能主要表现在:支架植入后能有效支撑狭窄病变部位, 弹性和径向支撑力不对管腔曲率产生明显的影响, 且不会对管腔内壁产生永久性的创伤。机械性能还表现在:支架植入后易于取出, 在应用于血管内治疗血管狭窄时, 其内壁粗糙度必须达到要求, 以降低血栓在支架植入处的再次形成。支架的生物性能主要表现在:支架对管腔壁的刺激, 对人体的致癌性、全身毒性、急性毒性、致敏等影响。
1.4 放射性同位素的选择
临床资料表明[34]无论是125I粒子还是103Pd粒子, 在无PSA复发的局控率 (PSA-RFLC) 上没有明显的差别。在Cha[35]等报道的配对试验中, 125I粒子植入治疗的5年PSA-RFS为87%, 103Pd粒子植入治疗为86%, 这两组患者治疗前的PSA水平、Gleason分级没有明显差别。因此, 这两种放射性同位素在批量生产时均可使用, 但综合考虑放射性同位素的半衰期与生产周期的联系, 选用半衰期为60.2天的125I比选用半衰期为17天的103Pd更合理。
1.5 支架的结构设计
前列腺近距放疗NiTi支架的结构主要是:包括如图1所示的普通前列腺NiTi支架 (1) 、医用高分子放射膜 (2) 、医用高分子膜 (3) 、回收线 (4) 。在普通前列腺NiTi支架 (1) 的外表面一端涂覆上含有放射性同位素的医用高分子材料或在普通前列腺NiTi支架 (1) 一端的丝材上全部或部分涂覆上含有放射性同位素的医用高分子材料, 普通前列腺NiTi支架 (1) 剩余部分涂覆不带放射性同位素的医用高分子材料, 该种材料可以选用医用硅胶、医用聚胺酯、医用硅橡胶。普通的前列腺NiTi支架为形状记忆合金丝手工编织或记忆合金管激光雕刻制成。用于医学临床使用的放射性同位素一般可选用:125I、103Pd、32P、90Sr/90Y、188Re/186Re、198Au、192Ir或137Cs, 放射活度一般根据患者病情选择。考虑到临床应用效果在本文第1.4小节已对恰当的放射性同位素进行了描述。支架的横截面为圆形。起近距放疗作用的医用高分子放射膜 (2) 覆盖于普通前列腺NiTi支架 (1) 的一端。医用高分子膜 (3) 用于覆盖医用高分子放射膜 (2) 未覆盖的部分, 回收线 (4) 设于支架的一端, 采用高强度手术缝合线设置。
本品前列腺近距放疗NiTi支架使用了形状记忆合金材料生产制作支架, 并采用医用高分子材料部分或全部涂覆于支架表面。由于记忆合金材料的记忆功能, 本品能够非常方便地通过介入或腔镜手段置入人体患病部位, 取出时利用回收装置钩住回收线 (4) 并将本品拉回至套管内得以取出。由于本品采用的镍钛记忆合金及医用高分子材料均为在临床广泛使用的材料, 支架置入后与组织的生物相容性非常好。与医用高分子材料溶合的放射性同位素在其活度趋于零的时候, 可将本品从人体植入部位取出。使用溶剂溶解掉失效的放射性高分子材料后, 可再次制作本品。
上述图1、图2中所列序号表示:1为普通前列腺NiTi支架, 2为放射性高分子膜, 3为医用高分子膜, 4为用于回收本品的回收线, 5为膀胱组织, 6为前列腺组织, 7为本品前列腺近距放疗NiTi支架, 8为尿道。
1.6 支架的制造工艺
采用恢复温度为30˚C～37˚C, 直径为0.1mm～0.2mm记忆合金丝材在专用编织模具或支架编织设备上编织成本品 (1) 普通前列腺NiTi支架的半成品, 将带有本品 (1) 普通前列腺NiTi支架半成品的编织模具置入电阻炉进行成型热处理。冷却后取下本品 (1) 普通前列腺NiTi支架半成品固定于定型模具上, 再次置入电阻炉进行定型热处理。冷却后将本品 (1) 普通前列腺NiTi支架套于涂覆模具, 将预处理好的放射性高分子液体涂覆于 (1) 普通前列腺NiTi支架外表面一端, 或在普通前列腺NiTi支架 (1) 一端的丝材上全部或部分涂覆上含有放射性同位素的医用高分子材料, 干燥后即可得到本品前列腺近距放疗NiTi支架。
制作本品前列腺近距放疗NiTi支架的另一种实施方式, 定型热处理后无需将本品 (1) 普通前列腺NiTi支架套于涂覆模具, 直接使用预处理好的放射性高分子液体涂覆于 (1) 普通前列腺NiTi支架一端的合金丝或部分合金丝上, 干燥后即可得到本品的另一种形式, 即在 (1) 普通前列腺NiTi支架的丝材上全部或部分涂覆上含有放射性同位素的医用高分子材料的前列腺近距放疗NiTi支架。
临床使用时, 先将本品前列腺近距放疗NiTi支架置于冰水中, 待其软化后置入输送装置。通过在X射线或内窥镜的观察下在病灶部位释放放疗支架。本品之激光雕刻形式的前列腺近距放疗NiTi支架需使用球囊扩张的方式置入。
待放射性同位素在其活度趋于零的时候, 需对放射支架进行冷却处理, 待其软化支撑力下降后, 利用回收装置钩住回收线 (4) 并将本品拉回至套管内得以取出。
2 结论
有文献表明, TIPPB (粒子种植技术) 与前列腺根治术、三维适形放疗有着同样高的局部控制率, 但与PSA水平、Gleason分级等预后因素有明显的相关性。如果治疗前PSA水平≤4ng/L, 总的4～10年PSA-RFLC范围为48%～100%;4
新型支架 篇4
严重灾害或战争中大量伤病员主要采用担架后送。担架伤员约占伤员总量的80%以上,且到达救护所需要实施医疗处置的伤员很多,其中需要进行中小处置如清创、更换敷料等处理的占了较大的比例,直接在担架上操作会给急救医护人员带来体位不适,换乘又会使伤员增加二次损伤的几率,而手术或处置室中的手术台或诊疗床装备数量有限。为提高担架伤员救治效率,研究了一种新型担架支架,工作状态如图1所示,装备可直接接驳通用担架,形成现场急救、检伤分类、术前准备、留置观察等直接处置担架伤员的简易医疗救治平台,提高伤员的救治效率。
新型担架支架其主要承力部件由2个X型支架及4支相同的横撑组成,如图2所示,均由铝镁合金管材弯制而成。基于担架的尺寸、操作高度及功能要求,承力部件的长度及折弯角度尺寸已经确定,因此,管材的截面惯性矩即尺寸参数对担架支架的安全可靠性及质量具有决定性的影响。在保证可靠性前提下寻求最小装备质量,确定担架支架管材最适截面尺寸,避免为保证某些设计要求而盲目增加设计裕度,没有现成的经验公式或理论可供直接计算[1]。另外,担架支架的实际结构及载荷的传递情况较为复杂,在数值仿真时载荷及约束无法准确施加。本研究通过变换位移参照系,简化担架支架主要承力部件载荷、约束的施加,并对其进行整体建模。以质量最小化为优化目标,约束装备的最大内应力与最大位移,采用基于易于收敛的序列二次规划(SQP)数值优化设计方法[2,3,4],寻求担架支架管材最适截面尺寸,对优化后的结构进行强度、刚度及稳定性数值计算,与试验结果进行对比,并分析偏差产生的原因。
2 担架支架的约束、载荷分析及理想化
2.1 载荷分析及计算模型的整体建模
担架支架主要承受担架及伤员的垂直向下载荷,要求额定承载能力为1 100 N,加载1 h后担架面下降小于10 mm,安全系数大于3。担架支架主要的承力部件为2个X型支架及支腿部2根横撑,X型支架本身由3个部件组成,将承载载荷传递到地面形成平衡支撑。在这种复杂的载荷及力传递状态下,分别对每一部分进行建模、计算,其结果将难以准确,也无法计算装备整体稳定性。因此,本研究对担架支架主要承力部件2个X型支架及支腿部2根横撑进行整体建模,总载荷分为4个等份施加在上部4个支撑柱上,如图3所示。
2.2 基于变换参照系的约束分析及计算模型简化
以地面为位移参照系,担架支架装配体之间实际约束十分复杂,包括了地面对支腿部2根横撑的部分自由度的约束,以及X型支架关节对2根支撑杆的部分约束,且担架支架关节处的质点对地面也存在位移,导致了需约束处的自由度数量、方向与位置不能确定,无法正确施加约束,数值分析无法进行。采用变换参照系的方法,将位移参照系变为担架支架X型支架关节处,这时支架在关节处的质点位移为0,可方便确定约束状态。在变换参照系的情况下,除去所受额定载荷外,还增加了地面对支架的垂直向上的支撑力,支撑力大小与额定载荷相同。根据以上分析,将关节对支撑杆的约束施加到相应的位置上,建模时可将关节略去。结合2.1一节的分析结果,对模型进行整体参数化建模,根据经验,首先假定优化对象外径尺寸d为32 mm,壁厚h为3 mm。模型及约束、载荷施加如图3所示。
2.3 模型的理想化
由图2主要承力部件可以看出,担架支架的计算模型实际是由受约束的杆系组成的,然而,与最短的支撑管的长度相比,由于管材的直径相对较大,把体系简化为桁架模型将产生错误的计算结果。但是其壁厚参数与最短支撑管尺寸相比相对较小,可将体系理想化为薄壳模型,利用Mechanica中的壳单元进行有限元分析,共形成24个壳对,大大提高计算机计算效率。
3 对担架支架模型的工程分析
3.1 前置分析
前置分析需要在建模、约束及载荷施加后赋予模型材质及进行网格划分。担架支架使用的是某牌号的铝镁合金材料,该材质的泊松比为0.3,杨氏模量为70 GPa。共划分三角形和四边形壳单元网格457个,节点377个。网格划分如图4所示。
3.2 后置处理
在Mechanica中新建静态力学研究项目,采用多通道自适应方式寻找收敛结果,多边形最高逼近阶次为9,计算出Ф32 mm×3 mm模型的应力及结构位移如图5及图6所示。
由数值仿真结果可以看出,最初设计的外径32 mm,壁厚为3 mm时,支架模型的最大内应力为22.6 MPa<[δ]=60MPa,最大内应力发生在长支撑管约束处。在变换坐标系的情况下,支架模型的两端受载荷作用处均有位移,最大位移发生在如图6所示位置,相对于地面位移参照系,模型的最大位移为1.14 mm,此时计算模型的质量为3.42 kg。
4 担架支架的优化设计
4.1 优化设计的数学模型
式中,x1、x2分别为铝镁合金管的外直径以及壁厚;目标函数W(X)为模型的总体质量;σj(X)为结构主要部位的复合应力,共J个;[σ]为材料许用应力;分别为xi的上、下限。
4.2 设计变量的取值范围
设计变量的取值东范围见表1。
mm
4.3 基于SQP的优化设计过程和强度、刚度的试验校核
在Mechanica中建立优化研究,在前述的材质、约束和载荷下,以最小质量为优化目标,同时满足支架最大内应力不大于许用应力60 MPa,确定铝镁合金管截面的最适尺寸。Mechanica计算出铝镁合金管的最佳外径为28.75 mm,最佳壁厚为1.89 mm,依照设计规范进行数据的圆整后,确定管尺寸为Ф30 mm×2 mm,此时支架模型的质量为2.36 kg,最大内应力满足前设条件,其应力及位移的云图如图7和图8所示,其最大内应力为33.5 MPa,依然出现在长支撑管约束处,安全系数为5.37;对地面的最大位移为1.6 mm。随后,对样机进行额定载荷负载试验,结果形变为2 mm,符合设计刚度要求,与计算值1.6 mm接近(见表2)。形成偏差主要原因可能是实际担架支架为多部件装配体,部件之间装配空隙累加,经载荷压实后这些空隙尺寸造成与计算值之间的偏差。
注:变形测试结果2 mm,去掉载荷后残余变形为1 mm;符合设计要求
5 优化后担架支架整体稳定性校核
细长型支撑架在受到轴向压力作用时,虽然强度、刚度符合要求,但可能在远未达到材料屈服强度时出现突然失稳,导致结构破坏而丧失工作能力。因此,对担架支架进行整体稳定性校核是十分必要的。以静力分析为基础,在Mechanica中计算担架支架的三阶失稳模态,并确定机构稳定性安全系数,见表3。模型最低一阶失稳系数为19.5,最低失稳载荷为2 340kg,远大于担架的额定承载,因此在正常工作状态下,担架支架不会出现失稳破坏可能性。图9及图10分别表达了支架的一阶、二阶失稳模态(形变放大100倍),其变形的方向与部位均不相同。
6 结语
本研究针对担架支架工作的典型工况,在变换参照系的情况下,简化了载荷、约束的施加,对担架支架主要承力部件进行了整体建模,以其内置的有限元模块Mechanica为基础,以质量最小化为优化目标,约束装备的内应力与最大位移,通过数值计算方法确定设计变量取值,采用序列二次规划(SQP)数值优化的方法,对担架支架铝镁合金管材截面尺寸进行了优化设计,在满足应力应变约束的条件下,减轻了担架支架的质量。对优化后的结构进行了强度、刚度及稳定性数值仿真校核,均满足设计要求。利用Pro/Mechanica进行优化设计不失为一种很有效的设计方法,可用以完成类似复杂结构的产品设计。
摘要：目的:对新型担架支架的主要结构参数进行优化设计与数值仿真。方法:通过变换位移参照系,简化担架支架主要承力部件载荷和约束的施加,并对其进行整体建模。以质量最小化为优化目标,约束装备的最大内应力与最大位移,采用Pro/Mechanica中序列二次规划(SQP)数值优化设计方法,寻找担架支架管材最适截面尺寸,并对优化后的结构进行强度、刚度及稳定性数值计算。结果:新型担架支架的优化结果能够满足设计要求。结论:利用Pro/Mechanica进行结构优化是一种很有效的设计方法,可为类似机构提供设计指导。
关键词：担架支架,优化设计,数值仿真,Pro/Mechanica
参考文献
[1]宁洁.汽车后送伤员附加装置结构优化设计研究[J].医疗卫生装备,2003,24(9):11-12.
[2]Zhu Zhi-bin.A new SQP method of feasible directions for nonlinear programming[J].Appl Math Comput,2004,148:121-134.
[3]高自友.非线性约束下的SQP可行方法[J].应用数学学报,1995,18(4):579-590.
[4]Proengineer wildfire help,V5.0[CP/CD].Needham MA,USA:PTC,2009.
一种新型家用投影仪安装支架 篇5
1 支架的结构
支架主要由轴用弹性挡圈1、固定端2、旋转端3、隔套4、销轴5、角度锁定机构6等组成, 详细结构见图1。
固定端与旋转端通过销轴装配成旋转机构, 轴用弹性挡圈用于销轴的轴向定位。为防止固定端与旋转端间有相对旋转运动时产生金属摩擦噪声, 在两者间装配有聚四氟乙烯材质隔套以消除这种噪声。角度锁定机构装配到支架的固定端上。
在固定端不动的情况下, 旋转端可以实现相对于固定端的角度调整。当锁定机构中的销轴被弹起时, 旋转端可以实现其与固定端间90°的工作角度;通过锁定机构中的销轴对旋转端上不同定位孔的锁定, 旋转端与固定端间可以实现180°及其它的工作角度, 见图2。
2 支架的功能实现
实际应用时, 固定端通过锚栓固定到房间的侧面墙壁上, 投影仪装配到旋转端上。通过锁定机构使旋转端与固定端间形成不同的工作角度, 进而实现投影仪在侧面墙壁和顶棚墙壁的不同位置或不同角度进行投影, 见图3。
3 支架的特点
新型投影仪安装支架具有如下特点:
(1) 能够辅助投影仪实现多位置投影;
(2) 体积小, 节省安装空间;
(3) 可以隐藏在投影仪背面, 较为美观;
(4) 结构简单, 成本低;
(5) 此支架结构可以扩展到其它有多角度需求的支架设计。
摘要：本文主要介绍了一种新型家用投影仪用安装支架, 这种支架主要由固定端、旋转端和角度锁定机构等部分组成。实际应用中, 固定端装配到房间的墙壁上, 旋转端与投影仪进行连接, 旋转端可以相对于固定端进行绕轴旋转运动, 通过角度锁定机构对绕轴形成的旋转角度进行定位, 进而辅助投影仪在家中不同的墙壁上进行多位置投影, 以满足人们不同姿态的观看需求。
关键词：投影仪,安装支架,多位置投影
参考文献
[1]成大先.机械设计手册第2卷 (第四版) [M].北京:化学工业出版社, 2002, 4-157
新型支架 篇6
换向阀是液压支架三大主要控制元件之一, 也是单台支架所需数量最多的阀类元件。根据支架各千斤顶的动作要求, 用多片中位机能为Y型的三位四通换向阀组合来实现。由于液压支架的液压系统所用介质是乳化液, 该介质粘度低, 几乎接近于水的粘度, 所以液压支架换向阀很难做成像油介质所用的采用间隙密封方式的换向阀, 一般采用接触式密封方式, 常用的有硬对硬 (钢对钢) 、钢对塑料、钢对橡胶等结构。目前, 煤矿开采要达到高产高效, 要求支架完成降、移、升循环的时间控制在8s到12s, 对换向阀提出了高压大流量及频繁换向时达到较高可靠性和寿命的设计要求。目前国内支架换向阀最大流量已达到400L/min。
近些年, 随着高端液压支架的国产化脚步加大, 郑煤机液压电控公司成功的开发出电液控制阀。其自动化程度高、换向精度高。可以实现临架控制, 更适应于复杂的煤井。具有广阔的市场前景。下图 (I) 为我公司自主研发的流量为400L电液控制阀组。
电液换向阀是电液控制阀中重要的组成部分, 但其中位机能仍为三位四通换向阀。所以, 研究该换向阀, 仍具有现实意义。在分析研究换向阀时, 通过计算机采用CFD方法更能快捷、经济地分析换向阀的性能。从而获取最佳的设计。
1 换向阀的结构
随着煤矿高产高效对液压支架的升、降、移架速度要求越来越高, 即对液压支架的工作阻力和所配置的各种千斤顶的缸径和阀的流量提出了新的要求, 即缸径大、阀的流量大, 支架工作阻力大, 为此大流量换向阀应运而生。由于过去这类阀的零件较多, 生产的工艺复杂, 且采用软密封, 密封件在受到大流量高压液体的冲击下易于损坏。
1阀杆2阀套3阀座4活塞5端堵
该阀的结构特点是:设计采用插装式、硬密封。在密封副处阀芯表面采用淬火HRC40-50。
2 该换向阀的工作原理
图II所示, 该阀的工作原理是:由电磁先导控制小流量液体进入阀杆右端面所处内腔, 由于压力作用, 推动阀杆左移, 从而使液体经P口后经阀套 (件2) 12-φ4.5孔进入阀杆 (件1) 内腔流出。此时泵站的液体经P口与立柱下腔相通。实现升柱。
当阀杆右端面所处腔无压力时, 由于弹簧力作用, 阀杆处于右方。此时, 液体从阀杆左腔流入, 经12-φ4.5孔推动活塞 (件4) 向右移动, 从而实现液体由O口流出。实现立柱下腔液体通过O口流入泵站。实现立柱降柱。
3 建立系统的数字模型
3.1 为完整模拟整个阀体内部流场流动情况, 采用三维建模, 阀口开度为2.3mm。其完整模型如图 (III) 所示:
3.2 由于液压支架用乳化液是油乳化油与95%的水混合而成, 流体的属性与水类似, 因此, 以水作为流场仿真介质。
3.3 模拟条件设置
已知条件:进口压力32MPa, 流量400L/min入口
直径:15mm
出口直径:15mm
进口:采用进口总压 (32+0.71147=32.71147MPa)
出口:采用速度入口 (-37.7256)
4 仿真结果分析
4.1 压力场分析
(1) 如图 (II) :件1阀杆左端出口平均压力为23.70MPa, 与进口P处压差为8.3M Pa;
(2) 如图 (II) :件1阀杆与件3阀座接触小孔处由于产生低压区, 并形成漩涡, 产生能量损失。
4.2 速度场分析结论:
结论:
(1) 如图 (II) :件2小孔处节流口处的速度最大, vmax=80m/s, 出口平均流速vavg=37.7256m/s。
(2) 如图 (II) :流体在阀杆内孔右端流场处于低速或静止状态。
5 结论
5.1 液流通过该阀内部通道时, 由于加工工艺上的要求导致结构较为复杂, 因此流态多变。通过CFD模型, 可以更形象观察流态变化。
5.2 通过CFD模型结构, 对该阀内部结构进行优化, 在近几年矿下使用中, 性能稳定, 待到用户肯定。
5.3 CFD方法, 将是今后设计液压元件中一种新的方法。
摘要：本文对液压支架用的换向阀进行了详细的模型。通过利用计算机流体软件CFD, 对换向阀内的液流进行了压力与速度的分析。这是理论分析所无法达到的。为以后进一步改善该阀的性能提供了有用的依据。该研究过程中所采用的方法对研究其他同类元件同样具有参考价值。
关键词：液压支架,大流量换向阀,硬密封,CFD方法
参考文献
[1]戴绍诚.《高产高效综合机械化采煤技术与装备》.煤炭工业出版社1998.8.
[2]同济大学理论力学教研室.《理论力学》.同济大学出版社, 2001.
新型支架 篇7
脚手架是一种空间架体结构,用来支撑物体或供施工人员攀爬和围护使用的。我国目前建筑施工中脚手架大致有扣件式脚手架、碗扣式脚手架、盘扣式脚手架、门式脚手架等几种。但在应用过程中,上述脚手架都存在一定的局限性。如扣件式脚手架的优点是解决了随意连接的问题,缺点在于横竖杆交接节点的抗下滑承载力极低,规范要求不小于8 k N,安全系数低,事故率高,再者是施工中丢失、损坏严重,加大施工成本;碗扣式脚手架的优点是插片不会从上下碗扣中脱离。缺点在于节点片状物受力性能差,重量大、框度大、安装繁笨,随意连接性能差,铸铁件易碎;盘扣式脚手架的优点是盘上可有8个连接件,有斜拉杆,搭建方式灵活多样,缺点是节点特别重,且必须有销插足,框度大,成本高,重量重,承载力低;门式脚手架优点是搭建方式简单易行,小规模施工无需专业的搭建设计计算,广泛应用于室内装修和非高大建筑等施工中,缺点是组合没有其他脚手架灵活,竖向受力杆断面小,不适合支撑体系,占用空间较大给物流带来困难,导致运输成本增高。
这些脚手架虽然各有不同,但共同的不足是安全性能和稳定性较差,装拆不够快捷,不能省工省时,不能满足施工进度的要求。随着社会的发展和建筑行业的不断进步,一些规模大、施工难度大、进度要求快的建筑工程不断涌现,在工程实践中,一种新型脚手架———键插接式钢管支架应运而生。该脚手架自应用以来,与目前市场上正在应用的各种脚手架相比较,可谓一枝独秀。为此,笔者结合具体工程实际经验,谈谈新型模板支架———键插接式钢管支架的做法及产生的效益,供同行们参考。
1 键插接式钢管支架
1.1 工程概况
山西省心血管医院门急诊楼,位于山西省太原市漪汾桥西,工程为框架结构,总建筑面积23 779.2 m2。其中地下1层建筑面积2 705.4 m2,地上11层,建筑总高48.75 m,地下2层为库房、配电室、水泵房、冷冻站、药库等,地上建筑1层为门急诊,上部为各类病房及各科诊室。该工程由太原一建承建,施工内部支撑架体经评审及招投标,采用键插接式钢管支架。
1.2 键插接式钢管支架的特征特性
节点由插座、插头组成,插座上设有燕尾销,插头上设有燕尾槽,燕尾销里窄外宽、上窄下宽,燕尾槽和销相对应,里窄外宽的斜度大于静摩擦角,上窄下宽的斜度小于静摩擦角,便于自锁,如图1所示。
2 键插接式钢管支架的技术体系
1)立杆。由直径48 mm钢管和插座焊接而成。即在支撑杆中按一定步距套入1个~4个插座加以焊接,插座是立杆和横杆的连接件。长度规格有2 450 mm,2 550 mm,2 600 mm(见图2)。
2)竖向接长杆。是在立杆的下端加焊一小段约10 cm的直径57 mm的套管,竖向接长杆在立杆上端,二者承插安装。长度规格有600 mm,700 mm,1 000 mm,1 300 mm(见图3)。
3)横杆。尺寸为500 mm,700 mm,1 000 mm,1 200 mm,1 400 mm,将插头的背面嵌入水平管内焊接,槽口向外,插头与立杆上的插座互相吻合,插头的深度略大于插座高度(见图4)。
3 键插接式钢管支架支撑体系的组成
键插接式钢管支架支撑体系组成见图5。
组装顺序是将立杆、横杆和顶杆组成网络式脚手架,立杆下部放好垫块,将U形托和早拆柱头按照方案位置插入立杆中,在早拆柱头或U形托上安装主龙骨和次龙骨,最上面是模板。
4 键插接式钢管支架的创新性与先进性
4.1 创新性
1)架体连接的节点采用燕尾槽承插式连接,连接无间隙,静摩擦角适中,锁紧能力强;
2)受力断面为块状结构,不同于碗扣架的片状结构,而且最小受拉、受压断面都大于6 cm2,最大受力面积12 cm2(轮扣最大受力断面2.4 cm2,最小受力断面0.8 cm2;盘扣最大受力断面1 cm2,最小受力断面0.8 cm2);
3)受力面由两侧且双向斜面组成,不同于其他脚手架的单一斜面,结构简单,连接性能好;
4)自主研发自动焊接设备,保证焊接质量,且效率比手工焊接高3倍以上;
5)架体格构设计人性化,施工便捷。
4.2 先进性
1)牢:横竖杆交接节点的抗下滑承载力不小于120 k N,比碗扣架的50 k N大2.4倍,比扣件架的8 k N大15倍;抗拉,抗压,抗剪,抗扭,抗旋转能力都强于其他同类产品。
2)稳:成型尺寸精准,节点连接无框度,属半刚性节点。
3)巧:连接件体积小,是碗扣架的2/5,扣件架的1/3,重量是碗扣架的42%,扣件架的38%。
4)固:不怕摔碰。
5)多:可兼容其他脚手架功能,非常适合早拆支架,用于剪力墙结构。大模板施工时,标准层可节约横杆2/3、立杆1/3。
6)快:组装、拆除速度比碗扣架快2倍~4倍,比扣件架快20倍。
7)好:施工便捷、速度快,杆件损耗可忽略不计。
8)省:省工、省力、省时、省运输、省成本。
9)缩短工期,文明施工。
5 键插接式钢管支架主要技术性能指标
1)插座竖向抗滑焊接强度在荷载条件200 k N下无位移。
2)插头在插座上的抗下滑强度在荷载条件40 k N下无位移。
3)水平方向轴向受拉在荷载条件20 k N下无位移。
4)水平方向轴向受压在荷载条件20 k N下无位移。
5)支架立杆承受竖向荷载在荷载条件30 k N下位移2 mm。
6 键插接式钢管支架与其他脚手架的性能比较
根据表1对各类支撑架的剖析,键插接式钢管支架的确可称得上国内领先水平的模板支架,是同类产品的更新换代产品。
7 结语
键插接式钢管支架体系已在山西省心血管医院门急诊楼等工程项目上进行了应用,取得了良好的经济效益和社会效益,充分发挥了该体系技术先进、经济合理、安全适用、操作简单、安拆速度快等优点,大大降低了施工成本,加快了工程进度。该科技成果经住建部科技发展促进中心评估,认定为“架体连接的节点采用燕尾槽承插式连接,锁紧能力强,连接性能好”“该体系……构造简单,受力性能好,装拆方便,牢固可靠”“该体系经济效益和社会效益明显,符合节能环保要求,总体技术达到国内领先水平,具有推广应用价值”。目前,该体系已经形成我公司的企业标准,准备加工后成为山西省的地方标准,以便更广泛的推广和使用。
摘要：结合工程实例,介绍了键插接式钢管支架的技术体系及组成要素,阐述了该支架的主要技术性能指标,并将其与其他脚手架作了对比,指出键插接式钢管支架具有一定的创新性和先进性。
新型支架 篇8
搞建筑的人都知道, 工地离不开模板, 模板离不开支架。
传统的模板支架多为木结构, 这种支架因工艺复杂, 须由成手木匠制作, 每平方米工钱高达三四百元。虽然这种木支架总体成本并不是很高, 每平方米只有30元, 但最多只能重复使用3次, 相当于每平方米10元费用。
而新型建筑模板支架设备金属钢制, 普通工人即可拼接安装, 一天的工钱只有80元左右, 显而易见比成手木匠要低很多。更重要的是, 这种新型建筑模板可以重复使用300次左右, 按每平方米90元计算, 使用300次之后每平方米不到1元, 足足省了10倍还多。
不比不知道, 一比吓一跳。新型建筑模板支架不但经济实惠, 还拥有实用方便等更多的优点, 比如说, 拆装方便, 可长可短, 不像木结构支板, 第二次使用时因需要和大小规格不同, 只能截取使用, 既耗工时又造成浪费。
总而言之, 新型建筑模板正以其强大的优势取代传统的木质模板支架, 受到建筑商和包工头的欢迎。
出租新型模板支架, 建筑工人出租半年利润是成本的两倍。
张根生在建筑工地做小工有十多年了, 和工友们一起盖起了一栋栋高楼大厦。眼看着那些包工头和建筑商都赚得流油, 他嘴上不说心里可真是眼红。一直琢磨着自己也干点啥, 不能打一辈子工, 挣一辈子小钱儿。
机会总是为有准备的人预备的, 一次, 张根生在杂志上发现了一种新型建筑模板支架设备的宣传广告, 这种新型模板支架为金属结构, 可拆装, 重复利用次数高, 用起来稳固安全。张根生在工地啥活都干过, 知道模板支架从前都是用木头做的, 造价高, 浪费也大, 是工程很大的一笔开销, 即使是金属的精密度极低, 让建筑商们很头疼。现在这种新型模板支架让他眼前一亮。怕事情没准儿, 他找了一位熟悉的包工头, 两人一边喝酒一边研究这个新型模板支架, 最后都认为这个项目肯定能行!
张根生拿出自己的全部积蓄两万元, 又从工友那里借了一万, 然后进了一批货。打听到市里有几家较大的工程正要开工, 他带着说明书和样品, 天天跑市场。半个月时间, 他和3家建筑商取得了联系, 最后有一家答应试用新型建筑模板。试用一周后建筑商感到很满意, 和张根生签下了半年的租用合同。