【正文】 術(shù)，在自用設(shè)計(jì)規(guī)范和流程的框架下進(jìn)行部分專題研究 : 1）、根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論建立一個(gè)合理、實(shí)用、計(jì)算量小的平面貨架的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型。以不破壞原有設(shè)計(jì)的 基本原理和基本結(jié)構(gòu)特性，產(chǎn)生和原有設(shè)計(jì)相似的新產(chǎn)品，可快速、安全、高質(zhì)量、低成本地生產(chǎn)新產(chǎn)品以滿足不斷變化的市場需求。目前，國內(nèi)的貨架設(shè)計(jì)行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)思想上明顯滯后于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平， 主要存在的問題有：①貨架設(shè)計(jì)仍以手工設(shè)計(jì)為主，計(jì)算機(jī)僅僅作為一個(gè)繪圖工具，沒有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的功能。目前，只有一些物流設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，如太原剛玉物流2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 44 頁 工程有限公司、湖州德馬物流有限公司和 相關(guān)的 科研院進(jìn)行這一些方面的工作，無論在基礎(chǔ)上，在軟件工具，或是應(yīng)用情況上，相對于國際先進(jìn)水平還有相當(dāng)大的差距，特別是設(shè)計(jì)方案的參數(shù)化、分析和優(yōu)化工作開展很少，亟待解決。 目前 ， 國內(nèi)對立體倉庫的需求不斷增加。20 世紀(jì) 50 代初，美國出現(xiàn)了采用橋式堆垛起重機(jī)的倉庫， 50 年代末到 60 年代初出現(xiàn)了司機(jī)操作的巷道式堆垛起重機(jī)。至今，世界上己有將近 5000座自動(dòng)化立體倉庫，數(shù)量最多的是日本，其次是美國。 自動(dòng)化立體倉庫是指在不直接進(jìn)行人工處理的情況下自動(dòng)地存儲(chǔ)和提取物料的系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)綜合管理控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加上多層貨架、堆垛機(jī)及其配套的運(yùn)行設(shè)施、托盤、貨箱等聯(lián)合組成。 1963 年美國首先在倉庫業(yè)務(wù)中采用計(jì)算機(jī)控制，建立 了第一座計(jì)算機(jī)控制的立體倉庫 [2]。歷史和現(xiàn)實(shí)已 充分證明，使用自動(dòng)化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 本課題的目的 本課題的目的是物流倉儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化系統(tǒng)開發(fā)的參數(shù)化建模與總體設(shè)計(jì)，用 SolidWorks 建立物流倉儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化模型，開發(fā)程序計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有零部件和總裝的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與工程圖生成。②貨架設(shè)計(jì)過程是一個(gè)系列化、參數(shù)化的過程，國內(nèi)的貨架設(shè)計(jì)還不具有參數(shù)化數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的效果，造成大量重復(fù)性的勞動(dòng)，影響設(shè)計(jì)效率和速度。 課題主要研究內(nèi)容 本課題要解決的問題是彌補(bǔ)當(dāng)前對立體貨架設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)簡化設(shè)計(jì)的不足，主要工作是設(shè)計(jì)規(guī)范的分析與自用規(guī)范和設(shè)計(jì)流程的形成，部分專題研究，熟悉掌握物流倉儲(chǔ)設(shè)備立體貨架設(shè)計(jì)計(jì)算方法，熟練掌握 VB 軟件對 SolidWorks 的二次開發(fā)技術(shù)，用 SolidWorks 建立物流倉儲(chǔ)設(shè)備立體貨架參數(shù)化模型，開發(fā)程序計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有零部件和總裝的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)與工程圖生成。 2）、建立立體貨架的實(shí)體模型。這些工具的應(yīng)用表明己經(jīng)開始將利用現(xiàn)代信息技術(shù)來改進(jìn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，標(biāo)志著自動(dòng)化立體倉庫和貨架設(shè)計(jì)與制造數(shù)字化設(shè)計(jì)的開始。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 44 頁 第二章 立體貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 貨架設(shè)計(jì)規(guī)范總結(jié)及自用設(shè)計(jì)流程規(guī)劃 貨架設(shè)計(jì)的基本規(guī)范 根據(jù)查閱的文獻(xiàn)資料，整理現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法，依 據(jù)《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CECS23:90），可以將貨架的基本設(shè)計(jì)規(guī)范歸結(jié)為 : 1) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 :鋼貨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CECS23:90）的規(guī)定、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GBJ17— 88)、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 (GBJ18— 87)、及《鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》等的要求。 3) 荷載及荷載效應(yīng)組合 :貨架結(jié)構(gòu)上的荷載可分為恒荷載、貨架活荷載、豎向沖擊荷載、水平荷載以及可能有的風(fēng)載、屋面活荷載 (或雪載 )和地震作用。 貨架設(shè)計(jì)要求：每個(gè)貨閣最大承載質(zhì)量 2021kg。截面小于L型 45?4 或 L 型 56?36?4 的角鋼 (對于焊接結(jié)構(gòu) )，或截面小于 L 型 50? 5 的角鋼(對螺栓連接 )。 6） 實(shí)體建摸與數(shù)據(jù)導(dǎo)入 ： 建立貨架立體 SolidWorks 模型后 ，用 VB 編程驅(qū)動(dòng)。倉庫的進(jìn)出口裝有光、電或磁原理識別裝置和記錄裝置，以便對進(jìn)出倉庫的貨物進(jìn)行識別和登記、識別標(biāo)志。高層貨架多采用整體式結(jié)構(gòu)，一般是由型鋼焊接的貨架片 (帶托盤 )，通過水平、垂直拉桿以及橫梁等構(gòu)件聯(lián)接起來。位于滑道出庫端的第一個(gè)貨物單元被出庫起重機(jī)取走之后，在它后面的各個(gè)貨物單元便在重力作用下依次向出庫端移動(dòng)一個(gè)貨位。在己有的貨架或工作場地上建造一個(gè)中間閣樓以增加儲(chǔ)存面積。 (7)移動(dòng)式貨架 移動(dòng)式貨架易控制，安全可靠。 (8)敞開式移動(dòng)貨架 敞開式移動(dòng)貨架其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)于貨架底座內(nèi)，操作盤設(shè)于貨架端部，外形簡潔，操作方便。 (10)旋轉(zhuǎn)式貨架 旋轉(zhuǎn)式貨架設(shè)有電力驅(qū)動(dòng)裝置 (驅(qū)動(dòng)部分可設(shè)于貨架上部，也可設(shè)于貨架底座內(nèi)。揀貨路線短，揀貨效率高。采用方便的托盤存取方式，有效 配合叉車裝卸，極大提高作業(yè)效率。 橫梁式貨架的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 21所示 : 圖 21橫梁式 貨架的結(jié)構(gòu)圖 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 44 頁 鑒于橫梁式貨架結(jié)構(gòu)典型，設(shè)計(jì)簡單，使用廣泛，本課題在研究中將選取橫梁式貨架作為研究對象。所以，貨閣的橫梁和立柱之間只能采用剛結(jié)點(diǎn)連接，即貨架的正面采用鋼架結(jié)構(gòu)。如支座移動(dòng)，溫度改變，材料收縮和制造誤差等引起的結(jié)構(gòu)位移和變形，不會(huì)在靜定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力。 承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用 Q23 Q34 Q390、 Q420 鋼，其質(zhì)量應(yīng)符和現(xiàn)行 國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》 (GB700— 88)。 恰當(dāng)?shù)卮_定貨位凈空間尺寸是立體倉庫設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 貨架基本參數(shù)要求 :貨架總高 18000mm，貨架厚度 1500mm，貨閣寬度 2500mm，貨閣高 2021mm，最低貨閣距地面為 200mm， 2排 8層 40 列 (合計(jì) 640 個(gè)貨位 )，巷道寬度 2021mm，每個(gè)貨閣最 大承載質(zhì)量 2021kg。貨物不從背面出入庫，為了合理利用空間，橫梁式貨架一般以背靠背形式出現(xiàn)。 3)豎向沖擊荷載 ： 存放貨物時(shí)沖擊力，取靜荷載的 50%，并考慮托盤三點(diǎn)支承的因素。 貨架結(jié)構(gòu)應(yīng)按上述荷載效應(yīng)的最不利組合設(shè)計(jì)，但考慮到貨架僅在堆垛時(shí)的有突加載荷，故在這一章里我們主要以靜力學(xué)計(jì)算為主。故只受到軸力 F 作用，方向如圖 24 所示。 根 據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50017 一 2021 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式，得： fAN??? () 式中 ： N—— 軸心力 。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 44 頁 c b b b bal托盤橫梁i j 圖 26橫梁的受力分析 圖中， a=200mm， b=500mm， c=150mm、 l =2500mm。 mb —— mF 至結(jié)點(diǎn) j 的距離 。計(jì)算如下： ( 5 5 5 5 5 5 ) 75 58 75 583 39 53 k N? ? ? ? ? ? ??? （ ） ( 5 5 5 5 5 5 ) 75 58 75 583 39 53 k N? ? ? ? ? ? ? 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 15 頁 共 44 頁 （ ） 此時(shí)可以通過所得結(jié)果解出支座的反力，該反力即貨架立柱一個(gè)結(jié)點(diǎn)的軸力。 Q235 服從胡克定律從而可以利用先行疊加原理來計(jì)算。 []? —— 許用應(yīng)力，根據(jù)《鋼貨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CECS23:90N）的第 條鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按表 21 采用 。 根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50017— 2021 第 44 頁 0 []li???? （ ） 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 44 頁 式中 ： ? —— 構(gòu)件的長細(xì)比，對于僅承受力載荷的桁架為自重產(chǎn)生彎曲的豎向平面內(nèi)的長細(xì)比，其它情況為構(gòu)件最大長細(xì)比 。則計(jì)算長度為： 01 186 25 223 50l l m m?? ? ? ? （ ） 查表得 ： 柱、桁架的容許長細(xì)比 [ ] 150? ? 所以，截面的回轉(zhuǎn)半徑 i 為 : 0 22350 149[ ] 1 5 0li m m?? ? ? （ ） 近年來，諸多貨架生產(chǎn)商采用較為流行的一種立柱是截面類似 ? 形狀的冷彎薄壁型鋼 (見圖 29)，并稱之為 ? 鋼。 模擬條件 ： 型鋼上下兩端皆為剛接，力邊界條件各孔的下半部受面荷載?1O00N。提高彎曲剛度的一般措施是 ： （ 1） 改善結(jié)構(gòu)形式、減小彎矩?cái)?shù)值 ；（ 2） 選擇合理的截面形狀。而不同形狀的截面，盡管面積相同，但慣性矩卻不一定相等，所以2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 44 頁 選取形狀合理的截面增大慣性矩的數(shù)值，也是提高彎曲剛度的有效措施。 從式中可看出 maxM 與Ｗ成正比，Ｗ 越大越有利。為了充分利用材料，應(yīng)盡可能把材料置放在離中性軸較遠(yuǎn)處。但是各種鋼材的彈性模量 E 大致相同，所以為提高彎曲剛度而采用鋼強(qiáng)度的鋼材，性價(jià)比并不明顯。 所以橫梁的最大彎矩為： 3m a x 4 9 . 8 1 0( 2 ) 1 . 1 5 3 . 7 5 6 73M F a b k N m?? ? ? ? ? ? （ ） 由此可得根據(jù)式 ()計(jì)算出抗彎截面系數(shù) W如下 : 3 53m a x63 .7 5 6 7 1 0 1 .8 3 2 5 1 0[ ] 2 0 5 1 0MWm? ??? ? ? ?? （ ） 根據(jù)抗彎截面系數(shù)查表可以選取冷彎等邊槽鋼 (GB6723— 1986)、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼 (GB6723— 1986)、和 冷彎型 空心矩形 鋼 （ GB6728— 2021） 如圖 212： 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 44 頁 圖 212 冷彎等邊槽鋼、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼、冷彎型空心矩形鋼 等型材，利用模擬分析軟件 SolidWorks Simulation 進(jìn)分析比較 。 m。其與立柱的連 接采用插拔形式，與橫梁的連接采用焊接，由于堆放貨物的瞬間屬于動(dòng)荷載，故掛片與橫梁應(yīng)至少三面圍焊，所有圍焊處必須連續(xù)施焊，形式如圖 213 所示。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 共 44 頁 圖 215 框間拉桿 柱腳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 柱腳與立柱的連接，采用插拔式結(jié)構(gòu)， 柱腳和柱腳螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與選取，參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行選取的，柱腳根據(jù)立柱的截面尺寸設(shè)計(jì)為 200x160x20mm。 圖 216 柱腳 建立實(shí)體模型 根據(jù)以確定的尺寸，應(yīng)用 SolidWorks 軟件，建立實(shí)體模型，貨架結(jié)構(gòu)中的基本單元如下圖 217。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 27 頁 共 44 頁 圖 35 短梁的整體圖 （ 4） 貨架的斜梁整體圖 36。 圖 310 框間拉桿 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 29 頁 共 44 頁 （ 8） 貨架的 柱腳 整體圖 311。 2) 畫驅(qū)動(dòng)橫梁的草圖 2，為了使橫梁與立柱完全定義，草圖與立柱的關(guān)系要預(yù)先計(jì)算好。 4) 畫驅(qū)動(dòng)短梁 的草圖 4，為了使短梁與立柱完全定義，草圖與短梁的關(guān)系預(yù)先計(jì)算好。 6) 插入零部件 —— 橫梁，橫梁與立柱和草圖 3 裝配，使之完全定義。最后添加方程式 D1凸臺 拉伸 1斜梁 .part=D2草圖 14，其余斜梁裝配同理，貨架兩邊各裝配兩個(gè)斜梁。 11) 線性零部件陣列托盤支撐桿、托盤和橫梁。由于VB驅(qū)動(dòng) SolidWorks 時(shí) 容易錯(cuò)，即過定 義或欠定義。 2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁 共 44 頁 第 四 章 VB 對 SolidWorks 二次開發(fā)程序設(shè)計(jì) SolidWorks 二次開發(fā)技術(shù) SolidWorks 二次開發(fā)平臺 SolidWorks 提供的強(qiáng)大的二次開發(fā)接口 —— SolidWorks 的 API(Application Programming Interface)應(yīng)用編程接口，是基于 OLE Automation 的編程接口，其中包含了數(shù)以百計(jì)的功能函數(shù)，這些函數(shù)提供了程序員直接訪問 SolidWorks 的能力。隨著 SolidWorks 軟件版本的不斷升級及二次開發(fā)技術(shù)的成熟，其應(yīng)用的范圍也將越來越廣。 圖 41是 SolidWorks API 對象的一個(gè)詳細(xì)梗概，它并不代表對象的起源層次或唯一的來去途徑 [11]。利用它，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的最基本的操作，如生成、打開、關(guān)閉、結(jié)束文件、重排圖標(biāo)和窗口、設(shè)置當(dāng)前激活文件、生成2021 屆畢 業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 33 頁 共 44 頁 屬性定義，也可以對 SolidWorks 的系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。 每種文件類型有它自己的 API 對象及相關(guān)的一 套函數(shù)。 AssemblyDoc 對象提供了一些執(zhí)行裝配體操作的函數(shù)，例如，添加新的零部件、添加配