物流仓储设备立体货架参数化系统开发的参数化建模与总体设计说明书

1、中北大学2011届毕业设计说明书第一章绪论1.1 本课题的研究背景、目的及研究意义1.1.1 本课题的研究背景自动化立体仓库（AS/RS-Automated Storage and Retrieval System产生于 60 年代 的美国，到现在为止大致经历了机械式立库系统、自动化立库系统、集成化立库系 统、智能型立库系统四代的发展历程，并逐渐向第五代“3I” （Inteligent智能化，Integrated集成化，Information信息化）立体库系统过渡。至今，世界上己有将近5000 座自动化立体仓库，数量最多的是日本，其次是美国。自动化立体仓库是指在不直 接进行人工处理的情况下自动

2、地存储和提取物料的系统，它是以计算机综合管理控制系统为基础，加上多层货架、堆垛机及其配套的运行设施、托盘、货箱等联合组 成。止匕外，还配有自动安全消防监控系统，它是机电一体化和现代信息技术在物资 流通领域应用的一个重要分支1。自动化立体仓库的出现和发展是第二次世界大战以后生产和技术发展的结果。20世纪50代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的仓库，50年代末到60年代初出现了司机操作的巷道式堆垛起重机。1963年美国首先在仓库业务中采用计算机 控制，建立了第一座计算机控制的立体仓库。国外货架的设计和制造过程己经实 现了规范化和数字化，像国际上著名公司 ABB、Comas、KUKA、BOSCH、N

3、DC、 SWISSLOG等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。而在国内，货架的规范化和数字化设计与研究起步比较晚，我国于1974年在郑州纺织机械厂建成第一座自动化立体仓库至今，己有上千座自动化立体仓库建成投入运营，这些仓库使用在机器制造业、电器制造业、航空港、轻工和化工企业、商储 业、军需部门等。目前，国内对立体仓库的需求不断增加。历史和现实已充分证明， 使用自动化立体仓库能够产生巨大的社会效益和经济效益。与发达国家比，我国在自动化程度、信息处理、可靠性等方面还有很大的差距，所以一些大型的工程往往 被国外厂商所承揽。由于技术设备落后和经费不足等原因， 我国自动化立体仓库的

4、 发展速度远赶不上实际需要。目前，只有一些物流设备生产企业，如太原刚玉物流 工程有限公司、湖州德马物流有限公司和相关的科研院进行这一些方面的工作，无论在基础上，在软件工具，或是应用情况上，相对于国际先进水平还有相当大的差 距，特别是设计方案的参数化、分析和优化工作开展很少，亟待解决。1.1.2 本课题的目的本课题的目的是物流仓储设备立体货架参数化系统开发的参数化建模与总体 设计，用SolidWorks建立物流仓储设备立体货架参数化模型，开发程序计算出各 个参数，实现所有零部件和总装的参数化驱动与工程图生成。1.1.3 本课题的研究意义目前常见的货架类型有许多种，每种货架都有其特定的结构和应用范

5、围，其结构精度和承载能力都有严格的要求。如何在满足需求的前提下选择安全、经济的货 架类型是设计者和使用者共同面临的问题3o目前，国内的货架设计行业在技术创 新和设计思想上明显滞后于当今科学技术的发展水平，主要存在的问题有：货架设计仍以手工设计为主，计算机仅仅作为一个绘图工具，没有充分发挥计算机辅助 设计的功能。货架设计过程是一个系列化、参数化的过程，国内的货架设计还不 具有参数化数据驱动的效果，造成大量重复性的劳动，影响设计效率和速度。货 架设计结果几乎全为工程二维平面图， 虽然不影响设计和生产，但是不能更好地体 现货架的三维设计效果，造成销售人员和客户的沟通困难4。为了解决这些问题，本文采用

6、基于对象的分析方法，通过研究常见货架形式的组成部件和共同特性，运用三维参数化设计实现产品系列设计。 以不破坏原有设计的基本原理和基本结构特 性，产生和原有设计相似的新产品，可快速、安全、高质量、低成本地生产新产品 以满足不断变化的市场需求。本课题要解决的问题是弥补当前对立体货架设计中传统简化设计的不足，主要工作是设计规范的分析与自用规范和设计流程的形成，部分专题研究，熟悉掌握物流仓储设备立体货架设计计算方法，熟练掌握VB软件对SolidWorks的二次开发技 术，用SolidWorks建立物流仓储设备立体货架参数化模型，开发程序计算出各个 参数，实现所有零部件和总装的参数化驱动与工程图生成。拟

7、采用的研究手段：本课题主要研究内容和研究方法如下：(l) 研究、分析、整理现行货架设计规范，形成可行的自用设计规范和流程。(2)用模拟参数进行横梁式货架设计,检验自用设计规范和流程。(3)运用成熟理论和技术，在自用设计规范和流程的框架下进行部分专题研究：1 )、根据结构力学理论，钢结构设计理论建立一个合理、实用、计算量小的平 面货架的力学、数学模型。2)、建立立体货架的实体模型。本专题主要利用 SOLIDWORKS软件的三维建模功能，建立货架的实体模型，实现模型驱动。3)、用VB软件对SolidWorks的二次开发技术，用 SolidWorks建立物流仓储设备 立体货架参数化模型，开发程序计算

8、出各个参数，实现所有零部件和总装的参数化 驱动与工程图生成。1.3结语随着各种CAD/CAM工具应用到制造业中，这些工具也逐步应用到了自动化立 体仓库和货架设计与制造。这些工具的应用表明己经开始将利用现代信息技术来改 进传统的产品设计过程，标志着自动化立体仓库和货架设计与制造数字化设计的开 始。但是从数字化设计与制造在自动化立体仓库和货架设计与制造的应用现状和发 展趋势来看，多数科学文献、学术刊物里对货架的研究都还停留在局部范围，没有 对货架进行系统的研究，目前仍未形成一套完善的体系。 立体货架参数化设计系统 第3页共47页中北大学2011届毕业设计说明书开发是非常有研究意义的课题，它使用了先

9、进的计算机辅助设计等手段， 无论是对 理论研究还是实际应用，都是非常有价值的。本文通过查阅大量的资料及相关文献， 总结了立体货架参数化设计的目的、意义，其国内外的研究程度，及本课题所用的 方法及相关工具，以便于以后类似工程的设计。第二章立体货架结构设计2.1 货架设计规范总结及自用设计流程规划2.1.1 货架设计的基本规范根据查阅的文献资料，整理现行的设计方法，依据钢货架结构设计规范 (CECS23:90 ,可以将货架的基本设计规范归结为：1)设计准则：钢货架结构的设计应遵守钢货架结构设计规范 (CECS23:90 的规定、钢结构设计规范(GBJ17 88)、冷弯薄壁型钢结构技术规范(GBJ1

10、8 87)、及钢结构施工验收规范等的要求。2)材料选择：钢货架承重结构的钢材，应根据其重要性、荷载特征、连接方法、 使用环境等具体情况选择其钢号和材质。承重结构的钢材通常宜采用碳素结构钢 (GB700-88)规定的Q235钢和低合金结构钢(GB1591 88)规定的16钻钢。当 有可靠根据时，可采用其他钢号。3)荷载及荷载效应组合：货架结构上的荷载可分为恒荷载、 货架活荷载、竖向 冲击荷载、水平荷载以及可能有的风载、屋面活荷载(或雪载)和地震作用。货架结 构应按上列荷载效应的最不利组合设计。4)构件的基本设计规定：按承载能力极限状态设计货架结构时，应采用荷载设 计值和强度设计值进行计算；按正常

11、使用极限状态设计货架结构时， 应采用荷载标 准值和容许变形进行计算。2.1.2 货架设计流程根据总结的货架设计基本规范，应用参数化设计思想与现有的CAD/CA极术，结合现有的一组设计参数，初步构造出货架的设计流程货架的模拟设计参数如下：货架高18000mm货架厚度1500m日 货阁宽度2500mm货15高2000mm最低 货阁距地面为200mm 2排8层40歹1（合计640个货位），巷道宽度3500mm货架设计要求：每个货阁最大承载质量 2000kg。货架相对应的托盘，尺寸要求长2500mms 1500mnft 100mm设计流程如下：1）货架选型：根据钢结构设计规范8.1.2条例规定：在钢结

12、构的受力构件及其连接中，不宜采用：厚度小于4mm勺钢板；壁厚小于3mm勺钢管；截面小于 L型45 M4或L型56M 36M 4的角钢（对于焊接结构），或截面小于L型50 M 5的角钢 （对螺栓连接）。2）货架材料的选取：参照基本规范第2条3）确定整体尺寸：参照基本规范之第 1、2条。4）货架的载荷与工况分析：参照基本规范第3条。5）货架基本构件的尺寸确定：参照前面总结的规范之第4条。6）实体建摸与数据导入：建立货架立体 SolidWorks模型后，用VB编程驱动。2.2 货架简介与选型2.2.1 货架简介货架布局一般为矩阵网状阁式，成单行式或多行式。行间有供堆垛机械进行作 业运行的巷道。货阁为

13、货架的存储基本单位，货架的每一个方格为货阁，一个货阁可以有一个或多个货位，其所在的位置按统一规则编码，成为其在计算机管理系统 中的地址码。仓库的进出口装有光、电或磁原理识别装置和记录装置，以便对进出 仓库的货物进行识别和登记、识别标志。2.2.2 货架的类型简介(l)立体货架仓库的储存方式自平面储存向高层化立体储存发展以来，货架即成为立体仓库的主体。由满足不同功能要求的各种不同形式的货架所组成的多种多样的自动化、 机械化仓库，已成为仓储系统以至整个物流系统或生产工艺流程中的重要环节。(2)托盘货架托盘货架以储存单元化托盘货物，配以巷道式堆垛机及其他储运机械进行作 业。高层货架多采用整体式结构，

14、一般是由型钢焊接的货架片(带托盘)，通过水平、 垂直拉杆以及横梁等构件联接起来。其侧面间隙，考虑在原始位置货物的停放精度， 堆垛机的停位精度，堆垛机及货架的安装精度等；货物支承的宽度必须大于侧面问 隙，免得货物一侧处于无支承状态。(3)重力式货架重力式货架的每一个货格就是一个具有一定坡度的存货滑道。入库起重机装入 滑道的货物单元能够在自重作用下，自动地从入库端向出库端移动，直至滑道的出 库端或者碰上已有的货物单元停住为止。位于滑道出库端的第一个货物单元被出库 起重机取走之后，在它后面的各个货物单元便在重力作用下依次向出库端移动一个 货位。为减少货箱与货架之间的摩擦力，在存货滑道上设有辗子或滚轮

15、。(4)贯通式货架贯通式货架在同样的空间内比通常的托盘货架几乎多一倍的储存能力，因为取消位于各排货架之间的巷道，将货架合并在一起，使同一层、同一列的货物互相贯 通。(5)阁楼式货架这是一种充分利用空间的简易货架。在己有的货架或工作场地上建造一个中间 阁楼以增加储存面积。阁楼楼板上一般可放轻泡及中小件货物或储存期长的货物， 可用叉车、输送带、提升机、升降台提升货物。阁楼上一般采用轻型小车或托盘牵 引小车作业。(6)屏挂式货架屏挂式货架由百页式挂屏和挂箱组成，适用于多品种或多规格的各种小型零件 的储存，也可设置在手推车或托盘上，做工序间临时储存，或装配线供料用。(7)移动式货架移动式货架易控制，安

16、全可靠。每排货架有一个电机驱动，由装置于货架下的 滚轮沿铺设于地面上的轨道移动。 其突出的优点是提高了空间利用率， 一组货架只 需一条通道，而固定型托盘货架的一条通道，只服务于通道内两侧的两排货架。所 以在相同的空间内，移动式货架的储存能力比一般固定式货架高得多。(8)敞开式移动货架敞开式移动货架其传动机构设于货架底座内， 操作盘设于货架端部，外形简洁, 操作方便。货架的前后设有安全分线开关，一遇障碍物整个货架立即停止。(9)封闭式移动货架封闭式移动货架当不需要存取货物时，所有货架移动到一起后，全部封闭，并 可全部锁住。在各货架接口处装有橡皮封口，也称为封闭式货架。(10)旋转式货架旋转式货架

17、设有电力驱动装置(驱动部分可设于货架上部，也可设于货架底座 内。货架沿着由两个直线段和两个曲线段组成的环形轨道运行。由开关或用小型电子计算机操纵。存取货物时，把货物所在货格编号由控制盘按钮输入，该货格则以 最近的距离自动旋转至拣货点停止。 拣货路线短，拣货效率高。2.2.3 横梁式货架的介绍横梁式货架是最流行、最经济的一种货架形式、安全方便，适合各种仓库，直 接存取货物。是最简单也是最广泛使用的货架。可充分地利用空间。采用方便的托 盘存取方式，有效配合叉车装卸，极大提高作业效率。机械设备要求：反平衡式叉 车或堆高机。堆高机可提高地面空间使用率 30%操作高度达16米多。横梁式货 架的特点：流畅

18、的库存周转，可提供百分之百的挑选能力，提高平均的取货率，提 供优质的产品保护。横梁式货架的结构简图如下图2-1所示：图2-1横梁式货架的结构图鉴于横梁式货架结构典型，设计简单，使用广泛，本课题在研究中将选取横梁 式货架作为研究对象。2.2.4 货架选型分析桁架和刚架是工程中典型的两种结构， 他们的基本区别是：桁架的所有结点虽 然都是较接点，但由于杆布置方面的原因，也能保持几何不变性；刚架则不同，它 是通过刚结点来维持几何不变性的。目前立体货架大多采用钢结构设计， 由于刚架自身的结构特点，使得在设计立 体货架时，设计人员需要考虑一些特殊的结构因素。第7页共47页中北大学2011届毕业设计说明书最

19、常见的横梁式货架，由于堆垛的需要，不可能在货架的正面加斜杆，那样将 无法正常地堆垛货物。所以，货阁的横梁和立柱之间只能采用刚结点连接，即货架 的正面采用钢架结构。为了保持货架之间的稳定性，可以在货架之间加背撑（立柱背撑），采用刚结。侧面因无堆垛的要求，故可采用斜杆较接的形式，以降低超静定次数。同时也 可以降低其他非荷载因素的影响。如支座移动，温度改变，材料收缩和制造误差等 引起的结构位移和变形，不会在静定结构中产生内力。同时，斜杆较接形式使杆件 截面设计趋于简单，若采用超静定结构，只有预先假定截面尺寸才能求出内力，然 后再根据内力重新设计杆件截面，若设计截面与假定截面相差过大，则需要重新计 算

20、。根据自定设计流程，结合现有的一组设计参数，实现自用设计流程研究，并借 助SolidWorks软件建立货架的实体模型。2.3 货架材料和其整体设计尺寸的确定2.3.1 货架材料及型钢的选取为了保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下出现脆性破坏， 应根据结果 的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因 素综合考虑，来选用钢材和型材。承重结构的钢材宜采用 Q235 Q345 Q39。Q420钢，其质量应符和现行国家 标准碳素结构钢（GB700-88）。根据材料用途，同时经过市场调研，发觉大多 生产厂商采用的材料为Q235,货架由立柱、横梁、腹杆和背撑等组成，主要承受

21、 垂直方向重力荷载，对心部要求不高，参考碳素结构钢（GB70O-88）,故本设计选Q235为货架材料。在相同承载力的情况下，薄壁型钢货架的重量约比热轧型货架轻20%所以选取冷弯薄壁型钢为货架材料2.3.2 货架整体尺寸的确定根据钢货架结构设计规范（CECS23:90的第3.3.4条竖向框架宽度一般 为0.8-1.5m ,横梁长度一般为1.0-4.0m ;第7.3.1条，库架合一式货架结构的经 第9页共47页中北大学2011届毕业设计说明书济高度通常取12-20m。恰当地确定货位净空间尺寸是立体仓库设计中一项重要的设计内容。对于给定尺寸的货物单元，货位尺寸取决于单元四周需要留出空隙的大小。同时在

22、一定程度上也受到货架结构造型的影响。 这项尺寸之所以重要，是因为它直接影响着仓库面 积和空间利用率。货架基本参数要求：货架总高18000mm货架厚度1500mm货阁宽度2500mm 货阁高2000mm最低货阁距地面为200mm 2排8层40歹（合计640个货位），巷 道宽度2000mm每个货阁最大承载质量2000kg。另外货架相对应的托盘，尺寸要求长2500mms 1500mnW 100mm分析比较各类货架特点，以横梁式货架为参考，按照上述参数进行货架总体布 局设计。查阅文献、资料，参照国家和有关行业的相关标准和设计计算规范，尽可 能全面地总结、归纳出货架设计计算参考规范，并按上述参数要求进行

23、设计计算。 横梁式货架需从正面堆码货物，所以正面一般不采用桁架结构而采用钢架结构。货 物不从背面出入库，为了合理利用空间，横梁式货架一般以背靠背形式出现。具结 构形状如下图2-2所示：图2-2横梁式货架的结构简图2.4 货架载荷与工况分析依据货架钢结才设计规范（CECS23:90的4.1.1条，货架上的载荷可以 分为包载荷、货架活载荷、竖向冲击载荷、水平载荷、以及风载、屋面活载荷（或雪载）和地震作用。1）恒荷载：货架自重。2）活荷载：搁置在货架结构上的货物和货箱的自重。3）竖向冲击荷载：存放货物时冲击力，取静荷载的 50%并考虑托盘三点支承 的因素。4）水平荷载：堆垛机传至货架结构的最大静荷载

24、和最大动荷载。5）地震作用：按最大水平地震影响系数考虑水平地震作用的影响。5）荷载效应组合：包荷载+活荷载+竖向冲击荷载；恒荷载+活荷载+水平荷载。货架结构应按上述荷载效应的最不利组合设计，但考虑到货架仅在堆垛时的有 突加载荷，故在这一章里我们主要以静力学计算为主。2.4.1 立柱的受力情况56立柱主要是轴向受压，力学模型为如下图2-3:图2-3立柱受力情况由于货物不直接加载在立柱上，而是加载在横梁上。因此，立柱将受到轴向压力和弯矩作用，不受扭矩和剪力2.4.2 侧面斜拉杆的受力情况斜拉杆采用两端交接的结构，是典型的二力杆。故只受到轴力F作用，方向如图2-4所示。图2-4斜拉杆的受力2.4.3

25、 横梁的受力情况横梁受到托盘上面货物的直接荷载，为受弯杆件，在梁上来说，横梁所受广 义力为弯矩M和剪力P,还有梁的自重q。其受力如图2-5所示：第33页共47页图2-5横梁受力模型本课题所设计的货架总高为18ml货架比较高，所以计算时，必须考虑地震 对它的影响。2.5 货架主要构件的尺寸计算和校核2.5.1 立柱的确定(1)立柱的强度和刚度1)强度轴心受力构件的强度应以净截面的平均应力不超过钢材的屈服强度为准则。根据钢结构设计规范GB5001L 2003轴心受力构件的强度计算公式，得：；=N_f(2.1)A式中：N轴心力。A构件的截面面积。f 钢材的抗拉、抗压强度值。横梁的力学模型如图2-6托

26、盘图2-6横梁的受力分析图中，a=200mm b=500mm c=150mm l =2500mm该力学模型属于超静定问题，采用力法7求解。FFF FFFX1,"I -I JI JI JX2Z3汴 (a)X1=1=(.(b)_ _一 一- 一一 -1 X2=1?) ./ f /irff/f/ /Z/(c)- X3=1zx-(d)图2-7力法求解示意图由于横梁自重对于荷载较小，故可省略。采用简支梁为基本结构，基本体系如 图2-7(b)所示，其余未知力为梁弯矩 X1> X2和水平反力X3,典型方程为：,"11X1,"12X2 .、13X3 '1P'

27、-21X122X2, -23X3- 2P(2.2)'31X1 ' ''32X2 ' ''33X3 '1' - 3P通过解力法正则方程，得到:X1=£m 1Fmambml2(2.3)Fmam bm(2.4)式中：amFn至结点i的距离。bm Fm至结点j的距离。因为X1和X2与Fn呈线性关系，即可利用叠加得出结果X1和X2 n Fmambm29.8 /0.15 2.3520.65 1.852 1.15 1.3弓X12=父(+mw l232 2.52 2.52 2.5+在让 E恒 空山吗=5.07558kNLm2 2

28、.52 2.52 2.5(2.5)v J Fmam2bm9.80.152 2.35 0.652 1.85 1.1弓 1.35X2 =2=( mm l232 2.52 2.52 2.55 25 5): 5.07558kNm2 2.52 2.52 2.5(2.6)解出Xi和X2之后，可以用静定平衡方程解出剪力。i,j结点剪力的计算：利用平衡公式Z Mi =-Z Fmam+XJX2 + Fjl=0,可以计算出j点的剪力。计算如下:9.8 cc c c(0.15 0.65 1.15 1.35 1.85 2.35)-5.07558-5.07558Fj 二 = 5.739536kNj2.5(2.79 8

29、_ _一 ._ 98(0.15 0.65 1.15 1.35 1.85 2.35)-5.07558-5.07558Fi = 3二 5.739536kN2.5(2.8)此时可以通过所得结果解出支座的反力，该反力即货架立柱一个结点的轴力。货架总共有8层，边排立柱要承受8个结点载荷，而中间立柱要承受16个结点荷 载。为了降低生产的成本，应该采用同截面的立柱。所以，中间立柱的轴力为16Fi, 即：N = 16 m5.739536 = 91.832576kN(2.9 )所以，截面面积可以通过变换N=< ,可得截面面积： A八 NA -f式中：N =91.832576kN ; f =205MPa (

30、抗压)，所以，截面面积为:_ _ 32=447.964mm(2.10 )91.832576 103205 106边排立柱受力如图2-8所示，由于没有弯矩平衡，所以边排立柱属于压弯组合 杆件。Q235服从胡克定律从而可以利用先行叠加原理来计算。立柱横梁图2-8边排立柱的受力图可以预见，立柱的危险截面在横梁和立柱的交点处。开始计算时，可以不考虑轴力p的作用，只根据弯曲强度条件选取出抗弯截面系数 W其计算为：W = Mjmax（2.11）二式中：W-立柱截面系数。Mm a 弯矩最大值，由式（2.18）计算出的。二许用应力，根据钢货架结构设计规范（CECS23:90N的第3.2.1条钢材的强度设计值按

31、表2-1采用。表2-1钢材的强度设计值（N/mm2）钢号钢材种类抗拉、抗压、抗弯f抗剪fv端面承压（磨平顶紧）fceQ235 钢热轧型钢215125320冷弯型钢20512031016镒钢热轧型钢315185445冷弯型钢300175425取二三 205MPa故:max二35.707558 10205 106_ _ _ 33= 0.0278 10 m3(2.12)则立柱危险截面的最大应力点压应力为：N M max -cmax-l F式中：N立柱的轴向压力，为 N=91.832576kNLA立柱横截面面积。刚度 刚度通过限制构件的长细比人来实现。根据钢结构设计规范GB50017-2003第44页

32、(2.13)，='三式中：九一一构件的长细比，对于仅承受力载荷的桁架为自重产生弯曲的竖向 平面内的长细比，其它情况为构件最大长细比。10 一一构件的计算长度。i一一截面的回转半径。根据文献7,以及立柱的力学模型分析，长度系数 内理论值1.0、建议值取1.2,在此，取5=1.2。则计算长度为:10 =1也=18625父 1.2 = 22350mm(2.14)查表得：柱、桁架的容许长细比£=150所以，截面白回转半径i为：1022350f、i >=149mm(2.15)150近年来，诸多货架生产商采用较为流行的一种立柱是截面类似Q形状的冷弯薄壁型钢(见图2-9),并称之为C

33、钢。该类型钢到目前为止尚未形成国标，也没有哪 家企业公布该类型钢的截面特性。利用 SolidWorks Simulation进行了模拟受力实 验，发现同等荷载(主要是轴向受压条件)下，C钢受力情况优于其它国标类的型钢 (热轧工字钢(GB/T7O6-1998)、H型钢(GB/T112631998)、冷弯不等边角钢 (GB/T67231986、冷弯等边角钢 GB/T6723-1998)。图2-9 Q钢形状模拟对象：取与货架等高的各类型钢作为立柱。模拟条件：型钢上下两端皆为刚接，力边界条件各孔的下半部受面荷载9.8 1O00N分析提取参数：受力后的变形量、应力和应变。通过借助ANSYSC件的分析，选

34、取建钢为立柱截面。初选截面尺寸如下图2-10:图2-10立柱截面形状2.5.2横梁的确定横梁直接承受货物的重量，其变形主要为垂直方向的变形，属于抗弯件，在节 点处还有剪力作用。提高弯曲刚度的一般措施是：(1)改善结构形式、减小弯矩 数值；(2)选择合理的截面形状。在这两个因素中，弯矩数值优化的空间不大， 因为货阁的尺寸己经很小，很难通过摆放货物位置来减小弯矩大小。 主要通过因素Mzy(2)来提高横梁的弯曲刚度。纯弯曲条件正应力公式为 ：(2.16)即正应力大小与截面惯性矩成反比， 在弯矩不变条件下减小应力，我们应该增 大截面惯性矩。而不同形状的截面，尽管面积相同，但惯性矩却不一定相等，所以 选

35、取形状合理的截面增大惯性矩的数值，也是提高弯曲刚度的有效措施。弯曲正应力的强度条件为:M max(2.17)W max二若将其改写成：Mmax三门W式中：Mmax 梁可承受的最大弯矩。二 梁的设计许可应力。W抗弯截面系数。从式中可看出Mmax与W成正比，W越大越有利。另一方面，使用材料的多少和自重的大小，则与截面面积 A成正比，面积越小越经济，越轻巧。因而合理的截 面系数形状应该是截面面积 A越小，而抗弯截面系数 W或大。理论上，弯曲时梁截 面上的点离中性轴越远，正应力越大。为了充分利用材料，应尽可能把材料置放在 离中性轴较远处。由此可知，圆截面和矩形截面在中性轴附近聚集较多的材料，使 其未能

36、充分发挥作用。同时在本设计中，横梁不受扭矩作用，故空心截面的性价比 优于实心的矩形和圆截面。最后指出，弯曲变形还与一材料的弹性模量有关，对于 E值不同的材料来说， E值越大弯曲变形越小。但是各种钢材的弹性模量 E大致相同，所以为提高弯曲刚 度而采用钢强度的钢材，性价比并不明显。在立柱的常规计算中，经经叙述了立柱属于超静定结构， 而且已经用力法解出 支点的弯矩为：X1=X2=5.07558kN|_m ,变成基本结构（如图2-11）后，分析如下：F3F4F6F1F2图2-11横梁受力分析其最大弯矩出现在F3, F4处，其值为：Mmax=F4 M(a+2b)(2.18)式中：Mmax 横梁最大弯矩。

37、F横梁竖向力 9.8/3KNa+2b距离，其值为1.150m。所以横梁的最大弯矩为：9.8 103,Mmax = F4 M (a+2b) =1.15 = 3.7567 kNLm(2.19 )3由此可得根据式(2.12)计算出抗弯截面系数 愀口下：3W =Mjmax = -J6- = 1.8325 M10*m3(2.20)二205 106根据抗弯截面系数查表可以选取冷弯等边槽钢 (GB6723-1986)、冷弯内卷边槽钢(GB6723-1986)、和冷弯型空心矩形钢(GBJ7282002)如图2-12:图2-12冷弯等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯型空心矩形钢等型材，利用模拟分析软件SolidWo

38、rks Simulation进分析比较模拟对象：取与横梁等长的各类型钢作为横梁。模拟条件：取型钢上左右端皆为钢结，力边界条件为图所示的位置加载1.1.1 KN。两端结点加载弯矩5.07558kN nr通过借助Simulation的分析，对结果的比较发现，所选的三种型钢都满足挠 度要求和强度要求。考虑当前市场行情，空心矩形钢相较于U型钢和C型钢价格更 合理，所以采用空心矩形钢。2.5.3 挂片的确定挂片主要用于立柱与横梁的连接，这种连接的特点是可以灵活更换货阁的大 小，拆装快速、方便。其与立柱的连接采用插拔形式，与横梁的连接采用焊接，由 于堆放货物的瞬间属于动荷载，故挂片与横梁应至少三面围焊，所

39、有围焊处必须连 续施焊，形式如图2-13所示。图2-13立柱与横梁的连接2.5.4 侧面斜杆的设计采用冷弯空心矩形钢(GB/T67282002) 70 30 3mm其结才见图2-14图2-14侧面斜杆尺寸2.5.5 框架拉杆的确定由于货架是背靠背设计的，两排货架属于对称结构,使用框间拉杆可以平衡两排货架所受的相反力，增加货架的稳定性。如图 2-15 o框间拉杆选取与斜杆相同的截面， 两端的螺栓连接,使用M8螺栓。图2-15框间拉杆2.5.6 柱脚结构的设计柱脚与立柱的连接，采用插拔式结构，柱脚和柱脚螺钉的设计与选取，参照钢 结构设计规范标准来进行选取的，柱脚根据立柱的截面尺寸设计为 200x1

40、60x20mm 其结构如图2-16所示。地脚螺钉根据钢结构设计规范的规定，其直径的选取不得小于 15mm所 以，本文选M20的地脚螺钉，地脚螺栓的预埋深度定为 180mm其他结构上的连接 螺栓都选用M1Q图2-16柱脚2.5.7 建立实体模型根据以确定的尺寸，应用SolidWorks软件，建立实体模型，货架结构中的基 本单元如下图2-17。图2-17实体模型第三章SolidWorks建模过程3.1 各部件设计(1)通过第二章的货架选型及尺寸的设计，画出各个部件，下图为货架的立柱整 体图3-1和局部大图3-2。图3-1立柱整体图图3-2立柱局部大图(2)货架的横梁整体图3-3和局部大图3-4图3

41、-3横梁整体图图3-4横梁的局部大图(3)货架的短梁整体图3-5。保三图3-5短梁的整体图(4)货架的斜梁整体图3-6。图3-6斜梁整体图(5)货架的托盘支撑杆整体图3-7。图3-7托盘支撑杆整体图(6)货架的托盘整体图3-8。(7)货架的框间拉杆整体图3-9图3-10框间拉杆(8)货架的柱脚整体图3-11图3-11底座整体图(9)货架的螺栓、螺母、弹簧垫片整体图3-12,上层为M8,下层为M10中北大学2011届毕业设计说明书图3-12螺栓、螺母、弹簧垫片整体图 （10）货架整体装配图3-13。图3-13货架整体装配体3.2 装配过程1）先画驱动立柱1的草图1 ,再插入零部件立柱，然后添加方

42、程式 D11台- 拉彳巾1：柱.02/二口2草图 3。2）画驱动横梁的草图2,为了使横梁与立柱完全定义，草图与立柱的关系要预先 计算好。再插入零部件一一横梁，然后横梁与草图装配，最后添加方程式D1凸台-拉伸2黄梁.。29=口3草图2。3）画驱动立柱2的草图3,为了使立柱与横梁完全定义，草图与横梁的关系预先 计算好。入插入零部件一一立柱，然后立柱与横梁和草图装配。4）画驱动短梁的草图4,为了使短梁与立柱完全定义，草图与短梁的关系预先计计好。再插入零部件一一短梁，然后短梁与草图装配。最后添加方程式D1越台-拉伸1（梁.part=D3草图43.3结语第35页共47页5）插入零部件一一立柱3,立柱与短

43、梁和草图3装配，使之完全定义 6）插入零部件一一横梁，横梁与立柱和草图 3装配，使之完全定义 7）插入零部件一一立柱、短梁，进行装配8）在立柱2上插入基准面1,为使斜梁与立柱2、立柱3完全定义，通过计算立 柱与斜梁的角度，以确定基准面与立柱的角度。画驱动斜梁的草图5,然后插入零部件一一斜梁，最后斜梁与草图装配。最后添加方程式D1魅台-拉伸1斜梁.part=D2草图14,其余斜梁装配同理，货架两边各装配两个斜梁。9）插入零部件一一托盘支撑杆，使之与横梁装配，然后添加方程式D1h台-拉伸 2概盘支撑杆.part=D2草图14 - 8。最后沿着横梁方向进行线性零部件阵列， 使托盘支撑杆均等分布。10

44、）插入零部件一一托盘，使之与横梁和托盘支撑杆装配，然后添加方程式D1j台-拉伸1觎盘.part=D3草图2 （长）,D1t图1觥盘.part=D3草图4 +110（宽）。帮助时11）线性零部件阵列托盘支撑杆、托盘和横梁。单元货架完成。下图 3-14为装配 关系的方程式。融活0 102才程式由十到|备注|"D1也凸台-拉伸2国檀梁,Part" " "D论草图乎“lOGOmm电1心凸台-拉伸1立柱,Pisrt"-"M洋草图3"，LBOCmm添加（由编统叵13可停凸台-拉伸1酬®梁,即巾"='快您草图4

45、r，SOOmm回 4 '仅管凸台-拉伸1也斜黑PW-F地草图1#，6相用mm回50也凸台-拉伸之也托盘宜撑杆尸皿"="03尊草图4.-底1/492mm回6恸中凸台-技闸也托盘,P日rt' = "D3洋茎图Mt/lOOflmm回 7也阜图既托蠹Part" ="D3卷草图¥+11。1/610mm回8的®基旌面6"=力鎏莫融"+1瓶"1106mm09"D3匝局部线性阵列=.口地更凶4"+30C1/800mm回 10殴茴部线性阵列8T = P踞垢部线性降冽7"

46、;G/8Mmn>回111快回局部线性阵列11" = "D6草曲"+106或1106mm编捐所有1段，一.| 册唏|配置，蓟人*出明幅度方程单位：丽3睹定即泄图3-14装配关系的方程式通过用SolidWorks对立体货架建模，为后续的 VB二次开发做好准备。由于 VB驱动SolidWorks时容易错，即过定义或欠定义。笔者在初次驱动时，货架出现 散架。通过笔者多次尝试，终于找到适合初学者的方法：1.部件装配时一定要有顺 序，例如逆时针或顺时针装配，从下向上装配或从上向下装配。2.边装配边调试程序，这样能让初学者轻松地知道错误的地方。第四章 VB对SolidWo

47、rks 二次开发程序设计4.1 SolidWorks二次开发技术4.1.1 SolidWorks 二次开发平台SolidWorks 提供的强大的二次开发接口SolidWorks 的 API(ApplicationProgramming Interface) 应用编程接口，是基于 OLE Automation的编程接口，其 中包含了数以百计的功能函数，这些函数提供了程序员直接访问SolidWorks的能力。目前的SolidWorks版本不仅提供了 VB, VBA, C, VC+, SolidWorks 宏等开发 接口，还增加了对Visual Studio.NET的开发接口，可以方便的对其进行二次

48、开发。目前，许多单位和企业从不同的领域对 SolidWorks二次开发技术进行研究， 取得了大量的成果。其研究主要集中在机械产品、标准件库、通用件库及模具设计 等方面8。随着SolidWorks软件版本的不断升级及二次开发技术的成熟，其应用 的范围也将越来越广。根据对回转式立体库设计和开发的要求，以及 SolidWorks提供的强大的二次 开发功能，本课题选择SolidWorks软件作为此次二次开发的平台。4.1.2 SoGdWorks API 对象概述 910SolidWorks 支持OLE标准，完全实现了 OLE自动化。彳为一个 OLE服务器， SolidWorks提供了大量的OLEM象，

49、以及这些对象所拥有的方法和属性，用户通 过在客户应用程序中对这些 OLEM象及其方法和属性的操作，可以在自己开发的应 用软件中实现诸如生成直线、构造实体、检查曲面表面参数等几乎所有的中北大学2011届毕业设计说明书SolidWorks软件功能。图4-1是SolidWorks API对象的一个详细梗概，它并不代表对象的起源层次 或唯一的来去途径11。从图中可以看到SolidWorks API的对象分为若干层，每一 层又包括若干对象。每一个对象都有自己的属性、方法和事件。SldWorks 对象是SolidWorks API中的最高层的对象，它能够直接和间接地访 问SolidWorks API中的所

50、有其他对象。利用它，可以实现应用程序的最基本的操 作，如生成、打开、关闭、结束文件、重排图标和窗口、设置当前激活文件、生成 属性定义，也可以对 SolidWorks的系统环境进行设置。ModelDoc2对象属于模型 层，是SldWorks的子对象。用ModelDoc2对象可以实现视图设置、轮廓线修改、 参数控制、对象选择、打开和保存文档、生成编辑特征参量、生成框架等与实体模 型相关的各种操作。在 SolidWorks中，有三种主要的文件类型：零件、工程图和 装配体12。每种文件类型有它自己的 API对象及相关的一套函数。零件、工程图和装配体 的 API 对象分别为 PartDoc, Drawi

51、ngDoc 和 AssemblyDoa PartDoc 对象提供了一 些执行零件模型操作的函数，如：生成体和特征、执行压缩操作、获得零件范围、 通过名称查询实体等13。DrawingDoc对象提供了一些执行工程图操作的函数，例 如，生成、对齐、访问工程图视区等函数。AssemblyDoc对象提供了一些执行装配体操作的函数，例如，添加新的零部件、添加配合条件、隐藏和爆炸零部件等函数。第49页共47页 图 4-1 SolidWorks API 对象4.2 程序代码SolidWorks提供了多种工具的开发接口，包括目前人们常用的 VBA, Delphi,VC+等。新版本的 SolidWorks-AP

52、I-SDK 增加了对 Visual Studio.NET 的开 发，使其二次开发跟上了软件工具的升级速度。Visual Basic 语言规则简单，不如其他的高级语言（如C+, Delphi等）那么 复杂，但它的功能很全、使用简捷，用户只要掌握几个关键词就可以开始建立实用 的应用程序。使用Visual Basic ,即使是初学者，也可以编写出漂亮的应用程序。 所以本课题的驱动代码选择用 Visual Basic 6.0进行编程驱动14。4.3 Visual Basic 6.0 开发 SolidWorks 的步骤1）启动Visual Basic 6.0,新建一个工程，如下图 4-1所示图4-1 “

53、新建工程”对话框2）单击【确定】按钮，进入程序设计环境，如下图4-2所示图4-2程序设计环境3）在【Forml】里添加控件，修改其属性，形成与用户的互交界面。如下图 4-3所示。口1 x参数设置货架长c I货架宽K I货架高G货架层距。了灼。|货架层数13货架列数图4-3窗体设计4)驱动程序Option ExplicitPrivate Sub Form_Load()Combol.ClearCombo1.AddItem "1"Combo1.AddItem "2"Combo1.AddItem "3"Combo1.AddItem "

54、;4"Combo1.AddItem "5"Combo1.AddItem "6"Combo1.AddItem "7"Combo1.AddItem "8"Combo1.AddItem "9"Combol.AddItem "10"End SubPrivate Sub Command1_Click()Dim part As ObjectDim strfilename As StringDim longstatus As LongDim C As DoubleDim K As

55、 DoubleDim G As DoubleDim CJ As DoubleDim N As IntegerDim a As IntegerDim M As IntegerDim b As DoubleDim i As Integer, q As Integer, j As Integer, t As IntegerDim d As DoubleDim p As DoubleDim x As IntegerDim y As DoubleDim f As DoubleIf Dir(strfilename) = "" ThenMsgBox ("文件不存在，请检查路径是否正确："& vbCrLf & strfilename)Exit SubEnd If桌面货架参数化货架参数化.SLDASM"Set swApp = CreateObject("s