【正文】 ； 剛架則不同，它是通過剛結點來維持幾何不變性的。 最常見 的橫梁式貨架，由于堆垛的需要，不可能在貨架的正面加斜桿，那樣將無法正常地堆垛貨物。為了保持貨架之間的穩(wěn)定性，可以在貨架之間加背撐 (立柱背撐 )，采用剛結。同時也可以降低其他非荷載因素的影響。同時，斜桿鉸接形式使桿件截面設計趨于簡單，若采用超靜定結構，只有預先假定截面尺寸才能求出內(nèi)力，然后 再根據(jù)內(nèi)力重新設計桿件截面，若設計截面與假定截面相差過大，則需要重新計算。 貨架材料和其整體設計尺寸的確定 貨架材料及型鋼的選取 為了保證承重結構的承載能力，防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應根據(jù)結果的重要性、荷載特征、結構形式、應力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，來選用鋼材和型材。根據(jù)材料用途，同時經(jīng)過市場調研，發(fā)覺大多2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 44 頁 生產(chǎn)廠商采用的材料為 Q235，貨架由立柱、橫梁、腹桿和背撐等組成，主要承受垂直方向重力荷載，對心部要求不高，參考《碳素結構鋼》（ GB70O— 88），故本設計選 Q235 為貨架材料。所以選取冷彎薄壁型鋼為貨架材料 貨架整體尺寸的確定 根據(jù)《鋼貨架結構設計規(guī)范》（ CECS23:90）的第 條豎向框架寬度一般為 ，橫梁長度一般為 ；第 條 ，庫架合一式貨架結構的經(jīng)濟高度通常取 1220m。對于給定尺寸的貨物單元，貨位尺寸取決于單元四周需要留出空隙的大小。這項尺寸之所以重要，是因為它直接影響著倉庫面積和空間利用率。 另外貨架相對應的托盤，尺寸要求長 25O0mm 寬 1500mm 高 100mm 分析比較各類貨架特點，以橫梁式貨架為參考，按照上述參數(shù)進行貨架總體布局設計。橫梁式貨架需從正面堆碼貨物，所以正面一般不采用桁架結構而采用鋼架結構。其結構形狀如下圖 22 所示 : 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 44 頁 圖 22 橫梁式 貨架的結構簡圖 貨架載荷與工況分析 依據(jù)《貨架鋼結構設計規(guī)范》（ CECS23:90）的 條，貨架上的載荷可以分為恒載荷、貨架活載荷、豎向沖擊載荷、水平載荷、以及風載、屋面活載荷 (或雪載 )和地震作用。 2)活荷載 ： 擱置在貨架結構上的貨物和貨箱的自重。 4)水平荷載 ： 堆垛機傳至貨架結構的最大靜荷載和最大動荷載。 5)荷載效應組合 ： 恒 荷載 +活荷載 +豎向沖擊荷載 ； 恒荷載 +活荷載 +水平荷載。 立柱的受力情況 [5][6] 立柱主要是軸向受壓，力學模型為如下圖 23: 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 44 頁 立柱橫梁貨物 貨物 貨物 貨物PM 圖 23 立柱受力情況 由于貨物不直接加載在立柱上，而是加載在橫梁上。 側面斜拉桿的受力情況 斜拉桿采用兩端交接的結構，是典型的二 力桿。 圖 24 斜拉桿的受力 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 44 頁 橫梁的受力情況 橫梁受到托盤上面貨物的直接荷載，為受彎桿件，在梁上來說，橫梁所受廣義力為彎矩 M 和剪力 P，還有梁的自重 q。 貨架主要構件的尺寸計算和校核 立柱 的確定 （ 1） 立柱的強度和剛度 1）強度 軸心受力構件的強度應以凈截面的平均應力不超過鋼材的屈服強度為準則。 A—— 構件的截面面積 。 橫梁的力學模型如圖 26。 該力學模型屬于超靜定問題，采用力法 [7]求解。采用簡支梁為基本結構，基本體系如圖 27(b)所示，其余未知力為梁彎矩 1X 、 2X 和水平反力 3X ，典型方程為 : 11 1 12 2 13 3 1 0PX X X? ? ?? ? ? ? ? 21 1 22 2 23 3 2 0PX X X? ? ?? ? ? ? ? 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 44 頁 31 1 32 2 33 3 3 0PX X X? ? ?? ? ? ? ? () 通過解力法正則方程，得到 ： 21 21n m m mmF a bX l??? () 22 21n m m mmF a bX l??? () 式中： ma —— nF 至結點 i 的距離 。 因 為 1X 和 2X 與 nF 呈線性關系，即可利用疊加得出結果 1X 和 2X 。 ,ij結點剪力 的 計算 ： 利用平衡公式 12 0i m m jM F a X X F l? ? ? ? ? ??? ，可以計算出 j 點的剪力。貨架總共有 8 層，邊排立柱要承受 8個結點載荷，而中間立柱要承受 16個結點荷載。所以，中間立柱的軸力為 16 iF ，即： 16 5. 73 95 36 91 .8 32 57 6N k N? ? ? （ ） 所以，截面面積可以通過變換 fAN??? ，可得截面面積： NA f? 式中 ： kN? ； 205f MPa? (抗壓 )，所以，截面面積為： 3 269 1 .8 3 2 5 7 6 1 0 4 4 7 .9 6 42 0 5 1 0A m m???? （ ） 邊排立柱受力如圖 28 所示，由于沒有彎矩平衡，所以邊排立柱屬于壓彎組合桿件。 立柱橫梁MP 圖 28邊排立柱的受力圖 可以預見，立柱的危險截面在橫梁和立柱的交點處。 maxM —— 彎矩最大值，由式 （ ） 計算出的 。 表 21 鋼材的強度設計值（ 2/mmN ） 鋼號 鋼材種類 抗拉、抗壓、抗彎 f 抗剪 vf 端面承壓（磨平頂緊） cef Q235鋼 熱軋型鋼 215 125 320 冷彎型鋼 205 120 310 16錳鋼 熱軋型鋼 315 185 445 冷彎型鋼 300 175 425 取 [ ] 205MPa? ? 故： 3 33m a x65 . 7 0 7 5 5 8 1 0 0 . 0 2 7 8 1 0[ ] 2 0 5 1 0MWm? ??? ? ? ?? （ ） 則立柱危險截面的最大應力點壓應力為 ： m axm ax[ ] [ ]c MNAW? ?? 式中 ： N—— 立柱的軸向壓力，為 N=。 （ 2）剛度 剛度通過限制構件的長細比 ? 來實現(xiàn)。 0l —— 構件的計算長度 。 根據(jù)文獻［ 7］，以及立柱的力學模型分析，長度系數(shù) 1? 理論值 、建議值取 ，在此，取 1? =。該類型鋼到目前為止尚未形成國標，也沒有哪家企業(yè)公布該類型鋼的截面特性。 圖 29 ? 鋼形狀 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 18 頁 共 44 頁 模擬對象 ： 取與貨架等高的各類型鋼作為立柱。 分析提取參數(shù) ： 受力后的變形量、應力和應變。初選截面尺寸如下圖 210： 圖 210 立柱截面形狀 橫梁的確定 橫梁直接承受貨物的重量，其變形主要為垂直方向的變形，屬于抗彎件，在節(jié)點處還有剪力作用。在這兩個因素中，彎矩數(shù)值優(yōu)化的空間不大，因為貨閣 的尺寸己經(jīng)很 小，很難通過擺放貨物位置來減小彎矩大小。純彎曲條件正應力公式為 : zzMyI?? （ ） 即正應力大小與截面慣性矩成反比，在彎矩不變條件下減小應力，我們應該增大截面慣性矩。 彎曲正應力的強度條件為 ： max[]MW ?? （ ） 若將其改寫成： max []MW?? 式 中 ： maxM —— 梁可承受的最大彎矩 。 Ｗ —— 抗彎截面系數(shù) 。另一方面，使用材料的多少和自重的大小，則與截面面積 A成正比，面積越小越經(jīng)濟，越輕巧。理論上，彎曲時梁截面上的點離中性軸越遠，正應力越大。由此可知，圓截面和矩形截面在中性軸附近 聚集較多的材料，使其未能充分發(fā)揮作用。 最后指出，彎曲變形還與一材料的彈性模量有關，對于 E值不同的材料來說，E值越大彎曲變形越小。 在立柱的常規(guī)計算中，己經(jīng)敘述了立柱屬于超靜定結構，而且已經(jīng)用力法解出支點的彎矩為 ： 12X =X = 755 8kN m，變成基本結構 (如圖 211)后，分析如下 : 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 20 頁 共 44 頁 F F F F F FX1 X2X31 2 3 4 5 6圖 211 橫梁受力分析 其最大彎矩出現(xiàn)在 3F ， 4F 處，其值為 ： m ax 4 ( 2 )M F a b? ? ? （ ） 式中 ： maxM —— 橫梁最大彎矩 。 a+2b—— 距離，其值為 。 模擬對象 ： 取與橫梁等長的各類型鋼作為橫梁 。 兩端結點加載彎矩 通過借助 Simulation 的分析，對結果的比較發(fā)現(xiàn)，所選的三種型鋼都滿足撓度要求和強度要求。 掛片的確定 掛片主要用于立柱與橫梁的連接，這種連接的特點是可以靈活更換貨閣的大小，拆裝快速、方便。 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 22 頁 共 44 頁 圖 213 立柱與橫梁的連接 側面斜桿的設計 采用冷彎空心矩形 鋼 (GB/T6728—— 2021)70 30 3??mm， 其結構見圖 214 圖 214 側面斜桿尺寸 框架拉桿的確定 由于貨架是背靠背設計的，兩排貨架屬于對稱結構，使 用框間拉桿可以平衡兩排貨架所受的相反力，增加貨架的穩(wěn)定性。 框間拉桿選取 與 斜桿相同的截面，兩端的螺栓連接，使用 M8 螺栓。其結構如圖 216所示 。其他結構上 的連接螺栓都選用 M10。 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 24 頁 共 44 頁 圖 217 實體模型 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 25 頁 共 44 頁 第三 章 SolidWorks 建模過程 各部件設計 （ 1） 通過第二章的貨架選型及尺寸的設計，畫出各個部件，下圖為貨架的立柱整體圖 31和局部大圖 32。 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 26 頁 共 44 頁 圖 33 橫梁整體圖 圖 34 橫梁的局部大圖 （ 3） 貨架的短梁整體圖 35。 圖 36 斜梁整體圖 （ 5） 貨架的托盤支撐桿整體圖 37。 圖 38 托盤 （ 7） 貨架的框間拉桿整體圖 39。 圖 311 底座整體圖 （ 9） 貨架的螺栓、螺母、彈簧墊片整體圖 312，上層為 M8，下層為 M10。 圖 313 貨架整體裝配體 裝配過程 1) 先畫驅動立柱 1的草圖 1，再插入零部件 —— 立柱，然后添加方程式 D1凸臺 拉伸 1立柱 .part=D2草圖 3。再插入零部件 —— 橫梁，然后橫梁與草圖裝配，最后添加方程式 D1凸臺 拉伸 2橫梁 .part=D3草圖 2。再插入零部件 —— 立柱，然后立柱與橫梁和草圖裝配。再插入零部件 —— 短梁，然后短梁與草圖裝配。 5) 插入零部件 —— 立柱 3，立柱與短梁和草圖 3裝配，使之完全定義。 2021 屆畢 業(yè)設計說明書 第 31 頁 共 44 頁 7) 插入零部件 —— 立柱、短梁，進行裝配。畫驅動斜梁的草圖 5，然后插入零部件 —— 斜梁，最后斜梁與草圖裝配。 9) 插入零部件 —— 托盤支撐桿，使之與橫梁裝配，然后添加方程式 D1凸臺 拉伸2托盤支撐桿 .part=D2草圖 14 8。 10) 插入零部件 —— 托盤，使之與橫梁和托盤支撐桿裝配，然后添加方程式 D1凸臺 拉伸 1托盤 .part=D3草圖 2（長）， D1草圖 1托盤 .part=D3草圖 4 +110（寬）。單元貨架完成。 圖 314 裝配關系的方程式 結語 通過用 SolidWorks 對立體貨架建模，為后續(xù)的 VB二次開發(fā)做好準備。筆者在初次驅動時，貨架出現(xiàn)散架。 序，這樣能讓初學者輕松地知道錯誤的地方。目前的 SolidWorks 版本不僅提供了 VB, VBA, C, VC++, SolidWorks 宏等開發(fā)接口，還增加了對 Visual 的開發(fā)接口，可以方便的對其進行二次開發(fā)。其研究主要集中在機械產(chǎn)品、標準件庫、通用件庫及模具設計等方 面 [8]。 根據(jù)對回轉式立體庫設計和開發(fā)的要求，以及 SolidWorks 提供的強大的二次開發(fā)功能，本課題選擇 SolidWorks 軟件作為此次二次開發(fā)的平臺。作為一個 OLE 服務器，SolidWorks 提供了大量的 OLE