40m高单立柱巷道堆垛机结构设计与分析

发布时间：2017-08-11 10:38

  本文关键词：40m高单立柱巷道堆垛机结构设计与分析

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【摘要】：巷道堆垛起重机（堆垛机）是自动化立体仓库的关键设备。近年来，随着物资需求的扩大，，以及土地资源越来越紧张，高度超过30m，最高达40m高的仓库需求已经出现。因此，设计开发高度达到40m的堆垛机，使其具有较好动态性能，满足大高度大容量立体仓库的存储要求和高效的出入库要求，具有重要的意义。 本文根据欧洲物料搬运协会FEM标准中关于堆垛机设计的要求和原则，依据材料力学的相关理论，先计算出40m高堆垛机的主要结构如立柱、下横梁和载货台等截面的惯性距要求，再结合中国可用的材料，设计出堆垛机各结构的截面，完成堆垛机结构的初步设计和理论力学的计算。 通过经典力学相关公式和Inventor的有限元分析模块，分别计算堆垛机各主要结构的静态应力和整机结构的固有频率。计算结果表明，堆垛机结构静态应力的安全系数在8倍以上；理论计算得到结构的第一阶固有频率为0.957Hz，与Inventor计算的第一阶固有频率0.97Hz十分接近。说明基于Inventor的结构有限元分析是可行的。 对堆垛机的典型运行工况：运行加减速、紧急制动和碰撞缓冲器进行了分析。对典型运行工况建立了惯性力系，对不同工况下的惯性力系的有限元模型进行计算，得到应力分布状态。同时对正常运行加减速造成的立柱底部应力的变化进行了疲劳分析。结果表明，40m高的堆垛机结构满足15年且工作级别为E8的使用寿命要求。 最后探讨了提高堆垛机动态性能的方法。以堆垛机立柱质量不变为目标，用开孔方法减少筋板和腹板的质量，同时增大立柱的截面尺寸，得到较大的截面惯性距，可以将带筋板筋条的立柱结构的固有频率从0.95Hz提高到1.01Hz，使其满足堆垛机的动态刚性要求，即固有频率应大于1Hz的要求。 该项研究工作对高度超高30m的堆垛机的设计和应用有指导意义。
【关键词】：堆垛机 40m高单立柱 Inventor软件 有限元分析
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH246
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究的目的和意义12-13
• 1.3 国内外研究进展情况13-15
• 1.4 研究内容和步骤15-17
• 第二章 40m 高堆垛机结构设计与力学简化计算17-29
• 2.1 堆垛机结构静态刚性的关键参数17-19
• 2.1.1 立柱结构在静态时顶部允许的变形17-18
• 2.1.2 下横梁结构在静态时允许的下绕度变形18
• 2.1.3 载货台水平框架下绕度变形在 X 向的表征值18-19
• 2.2 堆垛机结构的设计19-23
• 2.2.1 立柱结构截面的设计20
• 2.2.2 下横梁结构截面的设计20-21
• 2.2.3 载货台结构截面的设计21-23
• 2.3 堆垛机结构静应力简化计算23-24
• 2.3.1 立柱结构底部前后侧表面的最大静应力的简化计算23
• 2.3.2 下横梁结构的最大静应力简化计算23-24
• 2.3.3 载货台水平框架根部静应力简化计算24
• 2.4 立柱结构固有振动频率的近似计算24-25
• 2.5 立柱结构稳定性计算25-27
• 2.5.1 立柱结构的长细比计算25-26
• 2.5.2 立柱结构的欧拉临界力计算26
• 2.5.3 双向压弯构件的整体弯曲屈曲稳定性简化计算26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第三章 40m 高堆垛机结构有限元计算分析29-56
• 3.1 堆垛机结构 3D 有限元建模29-32
• 3.1.1 Inventor 介绍29
• 3.1.2 堆垛机结构有限元建模的工程简化29-32
• 3.2 有限元法和 Inventor 的应力分析设置32-36
• 3.2.1 有限元分析概述32-34
• 3.2.2 应力分析的设置34-36
• 3.3 堆垛机结构的有限元静应力分析36-42
• 3.3.1 载货台位于立柱顶部时的整机静应力分析36-40
• 3.3.2 载货台位于立柱顶部时且货叉伸出时的静应力分析40-42
• 3.3.3 载货台位于立柱中间且货叉伸出时立柱的变形值42
• 3.4 堆垛机结构的有限元振动模态分析42-47
• 3.4.1 模态分析概述42-43
• 3.4.2 堆垛机结构的模态分析43-46
• 3.4.3 堆垛机的共振分析46-47
• 3.5 典型工况下的平衡力系及等效静应力分析47-53
• 3.5.1 惯性力和动态平衡47-48
• 3.5.2 堆垛机的典型工况及平衡力系48-50
• 3.5.3 典型工况下的堆垛机应力分析50-53
• 3.6 堆垛机结构的疲劳分析53-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 40m 高堆垛机立柱结构的改进设计56-66
• 4.1 立柱改进设计的基本问题56-58
• 4.1.1 立柱结构的静强度设计问题57
• 4.1.2 立柱结构的动态设计问题57-58
• 4.2 立柱结构的改进设计方案58-59
• 4.2.1 立柱结构的加筋设计改进方案58-59
• 4.2.2 立柱结构腹板两侧开孔的设计改进方案59
• 4.3 立柱带筋板结构的有限元分析计算59-65
• 4.3.1 立柱带筋板结构模型比较59-61
• 4.3.2 立柱带筋板结构模型的模态分析比较61-63
• 4.3.3 立柱带筋板优化结构模型的应力分析63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 结论66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 研究方法总结和应用67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论文71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 何榕;达朗伯原理和惯性力[J];安徽教育学院学报;2005年03期

2 韩俊平;叶红;;Inventor应力分析与机械零件设计[J];广西轻工业;2008年07期

3 杜善义;章继峰;张博明;;先进复合材料格栅结构(AGS)应用与研究进展[J];航空学报;2007年02期

4 江玮;郁鼎文;冯平法;;加筋板结构静态性能分析及优化设计[J];机械设计与制造;2008年02期

5 阎淑芳;用达朗伯原理求解碰撞问题[J];科技情报开发与经济;2003年01期

6 王小玲;;基于Inventor应力分析标准化零部件的优化设计探究[J];煤矿机械;2010年08期

7 秦国柱;侯媛彬;;单立柱堆垛机立柱挠度分析与Matlab仿真[J];工矿自动化;2009年10期

本文编号：655676