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貨架的承受能(néng)力檢測及計算(suàn)

2022-07-07

貨架的承受能(néng)力檢測及計算(suàn)

在現代物(wù)流設備中，貨架作為(wèi)一(yī)種重要的倉儲設備越來越多(duō)地用于各行各業(yè)中，合理地設計、選擇貨架成為(wèi)越來越重要的工(gōng)作。而橫梁作為(wèi)組合式貨架中的重要部件(jiàn)，如何科學選擇也是一(yī)個(gè)需要解決的問題。    
目前大多(duō)數貨架生(shēng)産、設計單位，通(tōng)常通(tōng)過計算(suàn)橫梁的最大承載來選擇橫梁型号。橫梁承載的計算(suàn)主要采用簡化方法，例如把橫梁簡化成為(wèi)簡單的簡支梁或者懸臂梁。然而，這樣選擇橫梁往往是不準确的，要麽數值偏小(xiǎo)，無法滿足強度、剛度和安全使用的需要，容易造成安全事(shì)故；要麽數值偏大，造成強度、剛度的富裕和材料的浪費(fèi)，給使用者增加了不必要的投資。
1貨格載貨模型的簡化貨格為(wèi)貨架中存放(fàng)貨物(wù)的最小(xiǎo)單元，由橫梁和立柱組成。研究貨格載貨模型是為(wèi)了更好的分析橫梁的受力模型。   
在實際應用中，組合式貨架的橫梁跨度集中在1 000 4 000 mm之間。跨度較小(xiǎo)的橫梁一(yī)般用于輕小(xiǎo)型貨架，貨物(wù)以散料和小(xiǎo)包裝貨物(wù)為(wèi)主，并直接放(fàng)置在橫梁上(shàng)。同時為(wèi)了防止貨物(wù)與立柱接觸和碰撞，在貨物(wù)放(fàng)置區域的兩端設置一(yī)定的側向間隙。   
對于跨度較大的橫梁，主要用于中高(gāo)層和重型貨架，貨物(wù)先碼放(fàng)到(dào)托盤上(shàng)再放(fàng)置到(dào)橫梁上(shàng)，并使用叉車、堆垛機(jī)等搬運設備實現貨物(wù)的存取。為(wèi)了防止貨物(wù)碰撞并方便存取作業(yè)，在貨物(wù)之間以及貨物(wù)與立柱之間設置一(yī)定的安全間隙。同時，考慮到(dào)模型的普遍性和實用性，對于橫梁跨度較大的貨格按照(zhào)每個(gè)貨格放(fàng)置2個(gè)托盤計算(suàn)，即使實際情況中使用的是3個(gè)托盤或者1個(gè)托盤，經過實驗驗算(suàn)，誤差也是可以接受的。   
考慮到(dào)貨格載貨模型的統一(yī)性，側向間隙、水(shuǐ)平間隙、托盤長(cháng)度和貨格長(cháng)度的取值。   
2橫梁自(zì)由度的約束雖然貨架是一(yī)個(gè)空間桁架結構，但在計算(suàn)橫梁承載時需要把計算(suàn)模型簡化為(wèi)平面模型。又(yòu)由于組合式貨架橫梁的跨度遠(yuǎn)大于其橫截面尺寸，故在計算(suàn)時可以将橫梁簡化為(wèi)材料力學中的梁單元，而梁兩端自(zì)由度的約束是研究的重點。   
梁的每個(gè)端點有3個(gè)自(zì)由度，即x軸的平動、y軸的平動和繞z軸的轉動，通(tōng)常的處理方法是把梁的兩端作為(wèi)鉸支端或者固定端。作為(wèi)鉸支端處理時，約束了2個(gè)端點的平動自(zì)由度，但沒有限制端點的轉動自(zì)由度。在這種狀态下(xià)，橫梁可以在端點處相(xiàng)對原軸線位置扭轉一(yī)定的角度，端點處可以傳遞力不可以傳遞力矩；當作為(wèi)固定端處理時，約束了梁兩端的所有自(zì)由度。此時橫梁在端點處既不可以平動也不可以轉動，但可以傳遞力和力矩。   
組合式貨架橫梁與立柱采用一(yī)種特殊的插拔式連接方式，橫梁通(tōng)過3爪或者4爪挂片嵌入到(dào)立柱孔中。這種連接方式一(yī)方面允許橫梁繞受力前的軸線有一(yī)定的轉動，另一(yī)方面又(yòu)要求橫梁端點可以傳遞橫梁上(shàng)的載荷對立柱的力矩作用。由此可見(jiàn)，把橫梁兩端簡化為(wèi)單純的鉸支端或者固定端是不符合實際情況的。橫梁的實際受力效果是部分鉸支加部分固支。   
假設橫梁的總承載為(wèi)W，橫梁的實際變形等于部分載荷（pW ）在鉸支條件(jiàn)下(xià)造成橫梁的變形加上(shàng)剩餘載荷（ （1- p） W）在固支條件(jiàn)下(xià)造成橫梁的變形，即y= y i + y g其中， y為(wèi)橫梁的實際變形， y j為(wèi)pW大小(xiǎo)的載荷在鉸支條件(jiàn)下(xià)的橫梁變形， y g為(wèi)（1- p） W大小(xiǎo)的載荷在固支條件(jiàn)下(xià)的橫梁變形， p為(wèi)鉸支條件(jiàn)下(xià)分擔橫梁承載的百分比，可以通(tōng)過實驗測得，本文取p= 0 71。   當已知橫梁的變形f求橫梁的承載時，由于變形與載荷的線性關系，有W= 0 71 W j + 0 29 W g。   
其中， W為(wèi)橫梁的承載， W g為(wèi)鉸支條件(jiàn)下(xià)變形為(wèi)f時的橫梁承載， W g為(wèi)固支條件(jiàn)下(xià)變形為(wèi)f時的橫梁承載。   
3載荷的加載橫梁的承載是指1對相(xiàng)同的橫梁所承受的貨物(wù)載荷的大小(xiǎo)，但在計算(suàn)過程中由于我們隻取1根橫梁作為(wèi)研究對象，故加載的貨物(wù)載荷隻是橫梁承載的1 2。又(yòu)因為(wèi)橫梁多(duō)選用高(gāo)密度的鋼、鐵材料制造且跨度較大，所以在計算(suàn)過程中必須考慮橫梁自(zì)重的影響。   
當橫梁跨度較小(xiǎo)時，貨物(wù)多(duō)為(wèi)散料和小(xiǎo)包裝物(wù)品并直接置于橫梁上(shàng)，故可以把貨物(wù)的載荷作為(wèi)均布力加載于橫梁的中部，且距左右立柱有一(yī)定的側向距離；對于橫梁的自(zì)重，則按照(zhào)均布力加載于整根橫梁上(shàng)，。當橫梁跨度較大時，貨物(wù)多(duō)通(tōng)過托盤的形式放(fàng)置到(dào)橫梁上(shàng)。一(yī)般認為(wèi)，托盤與橫梁的接觸為(wèi)線接觸而非面接觸，即貨物(wù)對橫梁的作用力集中于托盤的某些部位而非均勻地分布在整個(gè)托盤上(shàng)，故在簡化時把每個(gè)托盤上(shàng)貨物(wù)的載荷按照(zhào)集中力加載在托盤的2個(gè)支腳上(shàng)，每一(yī)個(gè)集中力為(wèi)整個(gè)橫梁承載的1/ 8.對于橫梁的自(zì)重，仍然按照(zhào)均布力加載于整根橫梁上(shàng)。圖中a 1為(wèi)側向間隙， a 2為(wèi)水(shuǐ)平間隙， q為(wèi)橫梁的自(zì)重載荷，q 1為(wèi)貨物(wù)載荷按照(zhào)均布力計算(suàn)時的貨物(wù)載荷， G/ 8為(wèi)貨物(wù)載荷按照(zhào)集中力計算(suàn)時每個(gè)托盤支腳處的貨物(wù)載荷。   
小(xiǎo)跨度橫梁的受力模型大跨度橫梁的受力模型
4計算(suàn)方法在材料力學中，已知梁的最大變形求梁的最大承載有應力法和撓度法2種計算(suàn)方法。在橫梁的使用過程中，橫梁的失穩主要表現為(wèi)剛度失穩，即橫梁的撓度超過了許用撓度。但是當橫梁截面抗彎系數較大或者橫梁跨度較小(xiǎo)時，也有可能(néng)發生(shēng)強度失穩，即橫梁的應力超過了許用應力。故計算(suàn)橫梁的承載時需要綜合考慮強度和剛度的要求，而不能(néng)僅僅采用應力法或者撓度法中的1種。   
筆者采用的計算(suàn)方法是先取橫梁的兩端為(wèi)鉸支端，然後分别按照(zhào)應力法和撓度法計算(suàn)橫梁的承載，最後取二者的較小(xiǎo)者作為(wèi)鉸支狀态下(xià)的橫梁承載；同理，再取橫梁的兩端為(wèi)固定端，得到(dào)固定狀态下(xià)的橫梁承載；最後按照(zhào)前文提到(dào)的方法進行疊加，即得到(dào)了橫梁的實際承載。   
由于組合式貨架中的橫梁為(wèi)2片唇形冷軋件(jiàn)咬合而成的箱形部件(jiàn)，根據鋼貨架結構設計規範第3 2 2條，計算(suàn)全截面有效的冷彎型鋼貨架結構的受拉、受壓或受彎構件(jiàn)的強度時，可采用計及冷彎效應的強度設計值f ，其值由下(xià)式确定：f = 1 +（12 - 10） t L n i= 1 i 2 f其中，為(wèi)成型方式系數，為(wèi)鋼材的抗拉強度與屈服點的比值， n為(wèi)型鋼截面所含棱角數，i，為(wèi)型鋼截面上(shàng)第i個(gè)棱角所對應的圓周角， L為(wèi)型鋼截面中心線的長(cháng)度，可取型鋼截面面積與其厚度的比值。   按照(zhào)目前國(guó)内貨架生(shēng)産廠商采用的标準，在計算(suàn)過程中取橫梁的最大撓度為(wèi)橫梁跨度的0 5% ，安全系數n= 1 62。同時，考慮到(dào)實際使用中橫梁與立柱搭配的需要，如果計算(suàn)出來的橫梁承載大于配套的立柱的承載，則需要作相(xiàng)應的修正，即取橫梁的承載值為(wèi)配套的立柱的承載值。   
5結果比較筆者按照(zhào)本文提出的方法，選擇了若幹種不同的橫梁截面，計算(suàn)了跨度在1000 4000mm間的多(duō)組橫梁的承載數據，并與經過實驗得到(dào)的标準承載表進行比較。從(cóng)看(kàn)出，按照(zhào)本文提出的方法計算(suàn)的承載與實際标準承載的平均誤差僅為(wèi)2 05% ，是一(yī)種可以接受的求解方法，計算(suàn)誤差很小(xiǎo)，可以滿足貨架選型和承載計算(suàn)的需要。   
6結束語:本文詳細介紹了橫梁承載和選型的模型化和計算(suàn)方法，該方法簡單實用，可大大提高(gāo)計算(suàn)精度。該方法可以作為(wèi)貨架制造企業(yè)和設計企業(yè)進行橫梁系列設計和标準承載表計算(suàn)的依據。當然，從(cóng)實際計算(suàn)的情況看(kàn)，比例系數p是一(yī)個(gè)關鍵因素。若要更加準确的計算(suàn)橫梁承載能(néng)力，必須通(tōng)過多(duō)組實驗得到(dào)最接近于實際的p值，以得到(dào)更接近實際的橫梁承載能(néng)力。

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