塔式起重机附着装置的计算机辅助设计.pdf

塔式起重机附着装置的计算机辅助设计 周俊静,殷晨波 (南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 210009) 摘要:阐述了塔式起重机附着装置的设计计算理论,建立了基于该理论的塔机附着装置计算机辅 助设计系统。该系统能够快速准确地设计出符合实际情况的附着装置,同时自动完成施工图的 绘制,并自动生成设计计算说明书和物料清单表,大大提高了工作效率。 关键词:塔式起重机;附着装置;计算机辅助设计;Visual Basic 6. 0 中图分类号:TH212 文献标识码:A 文章编号:1672 - 1616(2006)17 - 0049 - 04 附着式塔式起重机(以下简称塔机)在超过独 立高度时,需要安装附着装置,以确保安全稳定。 附着装置是随机部件,附着距离在设计时就已确 定,在使用说明书中给出。但是根据施工现场的实 际情况,附着距离往往需要加大。附着杆加长后如 果仍使用原截面,附着装置的刚度就会不够,因此 需要重新设计附着杆的截面形式。 本文提出了一种设计塔机附着装置的方法,并 实现了其计算机辅助设计。系统采用交互式设计 方法,输入所需参数并选择合适的型式,即可完成 附着架的设计,生成施工图、 设计计算说明书和物 料清单表。 1 系统设计 1. 1 计算各附着撑杆的反力 塔机所受的能够引起附着撑杆内力的外载荷 包括重力产生的不平衡力矩、 风载荷、 回转惯性力 以及这两种力所引起的扭矩1。可以将塔身简化 为一个多跨连续梁的计算模型。其底端固支,中间 的各附着架看作铰接支点。将塔机第一道附着以 上的结构移去,以弯矩M、 扭矩Mn、 横向力Q和 垂直力N代之,其中垂直力N由塔身直接传到地 基,对附着架没有影响,因此不予考虑。由于附着 架的刚度比塔身的扭转刚度大得多,因此塔身顶端 图1 塔身 受力模型 的第一层附着架吸收了绝大部分扭 矩。偏于安全的考虑,假设顶端的 第一层附着承受了全部的扭矩 Mn。 除上述各集中力外,塔身还受 到分布的风载荷q(如图1所示)。 为了求解附着架的支反力,将 塔身作如下简化(如图2所示)。扭 矩的作用单独考虑。图2所示的计 算模型是一个静不定结构,静不定 的次数等于中间支座的数目。求解 多跨连续梁一般用三弯矩方程,形 式如下: Mn-1ln+2Mn ( l n+ ln+1 ) + Mn+1ln+1= - 6nan ln - 6n+1bn+1 ln+1 (1) 式中:Mn-1, Mn, Mn+1分别为支座n -1, n , n +1 上的弯矩; ln, ln+1为与n支座相邻的两个跨度; nan为第n跨的载荷弯矩图面积对 ( n - 1)支座的 静矩;n+1bn+1为第 ( n + 1)跨的载荷弯矩图面积 对 ( n + 1)支座的静矩。 ( n - 1)个三弯矩方程中包 含了 ( n + 1)个未知弯矩,加上两端的边界条件,即 可求出所有未知弯矩,然后把每个静定基看作简支 图2 对塔身受力模型的简化 收稿日期:2006 - 05 - 29 基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BJ99026) 作者简介:周俊静(1981 - ) ,女,河北衡水人,南京工业大学在读硕士研究生,主要研究方向为机械设计及理论。 94 现代设计技术 周俊静 殷晨波 塔式起重机附着装置的计算机辅助设计 梁求出支座反力。 程序中采用常见的N型附着形式,按非工作 状态、 工作状态吊臂垂直于附着墙面和工作状态吊 臂平行于附着墙面3种工况计算,求出撑杆的最大 内力。 1. 2 撑杆的设计和校核 附着杆的截面型式有实腹式和格构式两种,在 超长附着杆设计中,通常采用格构式截面。实际中 最常见的有四角钢焊接和两槽钢对焊两种情况。 它们又分别有缀板式、 缀条式。 设计的过程为,首先选择截面,确定所用的型 钢和截面的尺寸,然后根据实际的截面尺寸和长细 比,对整体和单肢进行稳定性、 刚度和强度验算,若 有不满足,则重新调整。考虑到附着杆的自重及风 载荷的影响,对整体按双向压弯格构件进行验算。 单肢的稳定性按轴心受压杆件进行验算。 2 系统实现 2. 1 系统构建 一个完整的CAD系统通常包括分析计算程 序、 数据库系统及图形处理系统3大部分。本系统 以Visual Basic6. 0作为开发工具,结合Microsoft Access建立数据库系统,利用ActiveX技术引用 AutoCAD应用程序生成附着撑杆的施工图。 分析计算程序将计算撑杆最大内力和撑杆的 设计校核过程中的公式和步骤转换成程序代码,进 行附着装置的设计计算。撑杆设计包括主肢杆的 设计和缀材设计,程序中提供了3种截面形式的主 肢杆供用户选择,分别为两槽钢对焊、 两槽钢背焊 四角钢对焊、 缀材包括缀条式和缀板式两种。参数 库包括设计过程中用到的机械设计手册中的各种 数表以及常见型号塔机的基本参数;设计完成,可 以生成施工图、 设计计算说明书和物料清单表。系 统的工作流程如图3所示。 2. 2 关键技术 2. 2. 1 ActiveX技术 输出模块包括生成设计计算说明书、 物料清单 表和撑杆施工图,其中设计计算说明书和物料清单 表为Word文档,撑杆施工图通过AutoCAD生成。 系统与Microsoft Word以及AutoCAD之间的通信 利用ActiveX技术实现。ActiveX技术是建立在 COM基础上,由对象链接和嵌入(OLE)技术发展 而来,其目标是提供一种与操作系统平台无关的、 图3 系统工作流程图 可在应用程序之间互相访问对象的机制。本系统 的应用属于ActiveX文档。以AutoCAD为例,实 现的方法如下2: a.建立AutoCAD空白文档; b.在VB的引用属性中引用AutoCAD 2005 Type Library; c.创建和引用AutoCAD对象: dim acadapp As AcadApplication AutoCAD应用程序对象变量 dim acaddoc as acaddocument AutoCAD文档对象变量 dim paspace as acadpaperspace AutoCAD图纸空间对象变量 dim mospace as acadmodelspace AutoCAD模型空间对象变量 以下为与AutoCAD应用程序连接的程序 On Error Resume Next 出错继续 Set cad = GetObject ( ,“autocad. application”) 如果AutoCAD正在运行,引用AutoCAD应用程 序 If Err Then Err. Clear Set cad = CreateObject (“autocad. application”) 如果AutoCAD不在运行,创建并打开 If Err Then MsgBox Err. Description 出错处理 Exit Sub End If End If 052006年9月 中国制造业信息化 第35卷 第17期 Set acadapp = CreateObject (“autocad. application”) set acaddoc = Acadapp. Documents. Open (App. Path (2) 根据不同状 态进行附着杆内力计算,得出最大内力,并选择型 钢材料 ;(3) 在附着杆设计过程中用户选择长细比 和截面形式,进行主肢杆和缀材的设计 ;(4) 设计完 成,输出相关设计资料。图4、 图5、 图6、 图7分别 为参数输入、 内力计算、 附着杆设计和相关文件输 出的页面。 图4 参数输入 图5 内力计算 图6 附着杆设计 由本系统得出的撑杆最大内力与文献中结果 基本相同,在此基础上,本系统继续进行了附着撑 杆的详细设计和校核,在不足半小时的时间内就可 以设计完成并生成所需的设计文件。 4 结束语 本文建立了塔机附着装置的合理的计算模型, 15 现代设计技术 周俊静 殷晨波 塔式起重机附着装置的计算机辅助设计 采用三弯矩方程求解其支反力,与平面解析法相 比,运算量小,准确度高。基于设计理论所建立的 系统能设计出精确可靠的附着装置,并直接生成设 计计算说明书、 施工图和物料清单表,显著减少了 图7 生成相关文件 设计人员的工作量,缩短了设计周期。 参考文献: 1 郑奠一,唐明清.塔式起重机附着撑杆内力计算J .建筑机 械,1996(7) :10 - 171 2 张国宝. AutoCAD Visual Basic开发技术 M1 北京:科学技 术出版社,20001 3 丁奇志,付景红.基于VBA的参数化设计与绘图J .机械传 动,2004(5) :37 - 391 The Computer Aided Design of the Attach Member in the Tower Crane ZHOU Jun - jing , YIN Chen - bo (Najing University of Technology , Jiangsu Nanjing , 210009 , China) Abstract :It presents the designing principle of the attached member for tower crane , establishes the computer aided design system of this machinery. The system can generate a new set of attached member rapidly and ac2 curately. As a design process it completes the drawing , the instruction book of designing and calculating and the detailed material list. The system is helpful for the designer to do a lot and shortened the designing period greatly. Key words :Tower Crane ; Attached Member ; Computer Aided Design ; Visual Basic 6. 0 文后参考文献编排格式 本编排格式适用于各个文种。常见参考文献条目的编排格式及示例如下: a1专著、 论文集、 学位论文、 报告:序号主要责任者 1文献题名文献类型标识1出版地:出版者,出版年:起止页码(任选)1 b1 期刊文章:序号主要责任者 1 文献题名J 1 刊名,年,卷(期 ) : 起止页码 1 c1 论文集中的析出文献:序号析出文献主要责任者 1 析出文献题名A1 原文献主要责任者(任选)1 原文献题名 C1 出版地:出版者,出版年:析出文献起止页码 1 d1 国际、 国家标准:序