大块式重型机床基础分段式钢箍设计.pdf

I 訇 化 大块式重型机床基础分段式钢箍设计 Th e desi gn o f s ect i onaI st eeI h oops i n t he bul k f oundat i on of hea v y m achi ne t ool 田杨，王勇军，欧丹 T I AN Y a n g 。WA N G Y o n g - j u n ，OU D a n 辽宁工程职业学院，铁岭 1 1 2 0 0 0 摘 要针对重型机床基础承载变形情况，设计了分段式大块基础钢箍 ， 采用傅氏变换及其逆变换法推 导了重型机床基础承载变形解析式 ， 通过改变解析式中的约束条件，对比了有无钢箍对重型 机床承载能力的影响，从而降低因基础沉降造成的重型机床加工精度损失 ，对提高重型数控 机床的运动精度有重要意义。 关键词重型机床；承载变形；分段钢箍；运动精度 中圈分类号 T G 5 0 2 ． 1 3 文献标识码 A O o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 8 下 ． 2 9 0 引言 重型机床因其具有大 自重、大载 荷等特点， 床身 、立柱等大 尺度构件的工作精度和寿命 均直 接受地基与基础 的影 响。重型机床大型构件的刚 性 主要依赖于基础 的刚性 ，较弱的基础刚度导 致 重型机床床身变形 ，所 以需要对基础做加筋处理 以提 高基础 的刚度 ，加筋基础不仅可以提 高基础 承载变形能力，还可以降低机床的动态响应H 。 1 承载变形能力分析 1 ． 1承载变形理论研究 目前大 多数关于承载变形研究集 中在土木工 程领域 ，而关于重型机床基础相对较 少，刘林超 等 通 过拉式变换推导 出集中载荷作用下的任意 点位移解析方程式；李婕等口 采用Ha n k e l 积分变换 研究 了横观各向同性弹性地基 内部位移 ；At a p i n ， V． G． M 采用有限元法对地基 的变形状 态进行 了分 析 ，并研 究 了不 同尺寸 地基 对机 床精 度影 响 ； C h e n g De r 等 提 出了垂直循环载荷下的地基应力 与位移解析解 。 1 ． 2 混凝土基础约束分析 横 向变形约束条件对混凝土抗压强度影响很 大，可以在基础 周围配置钢箍 以限制混凝土的横 向变形，从而形成 “ 约束混凝土 ”。由文献[ 6 】 中 可知，基础为各向同性均质混凝土时 ，基础中任 意一点的应力为 2 Px 一 ‘ 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 O l 4 0 8 下 - O l 1 0 - 0 3 2 计算钢箍梁的变形，由理论力学知识可知 q a - 1 一 2 2 a 3 3 将式 1 、式 2 代入式 3 可得 ， ， 一2 2 a 3 4 1 2 E I x b x z z 2 z 一 口 ‘4 ’ 式中A为钢箍表面积 ，P 为基础表面受力，a 为钢箍梁中任一点位置，l 为钢箍梁长度。 本文计算在大块式基础 受力为3 0 0 0 k g ，基础 尺寸长宽 高为1 0 mX8 reX5 m，坐标原点设在基 础上表面的几何中心处，则基础x 2 ． 5 m，z l m处的 梁长度与梁最大变形量的规律曲线如图1 所示。 图1 钢箍梁最大变形规律 由图可知 ，随着钢箍梁尺 寸的增加 ，钢 箍梁 最大变形量呈倍数增加，在小于1 米时，钢箍梁最 收稿日一2 0 1 4 - 0 3 -1 8 基金项目辽宁省教育厅科技研究项目一般项目资助 作者簧介田杨 1 9 8 0 一，男，辽宁铁岭人，讲师，博士，研究方向为机械动力学、优化设计。 1 1 1 0 1 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 - 0 8 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 遘 匐 化 大变形量不明显 ，所 以在对钢 箍设计 中应采用分 段式结构 ，连接处实现钢箍的局部固定 。 2 分 段式重 型机床大块 式基础钢箍 设计 将 重机 床基 础钢 箍设计 如 图2 所示 ，分段 钢 箍 用连 接件3 连接 ，连接件与钢 箍通过连接孔 1 栓 接 ，连接孔1 带有半 圆结构 ，可调整钢箍和连接件 之 间的位置 ，从 而更好的使钢箍 表面与基础表 面 配合 ，连接f L 2 与基础中预埋钢件连接，实现连接 件在各自由度方向上的全约束 。 图2 分段式钢箍结构 应用式 4 确定不同载荷、不 同地基尺寸所 需钢箍分段数 ，随着基础Z 坐标值 的增大 ，可减 少 连接件 的个数 ，以便降低因固定连接件产生的基 础预埋件费用。 3 竖向载荷作用下位移解 在重型机 床基础表面直线 上 ，作用有竖 向均 布载荷P ，计算在基础 内任意点引起 的位移，为 了 简化计算模型 ，本 文只考虑横 观各 向同性复合材 料的平面问题，该问题的边界条件为 当 z0时 o， P 一0 【 几何方程 ￡ ￡ i O v E z 6 O ￡ ￡ y i 一 zv y 【 o 0 变形协调方程 昙 等一 誓] 2 c7 a z l J ～ 该模型体 力为常量 ，不考虑扭转 的轴对称 问 题，把加筋复合基础 的应力分量表示为 a 2 【 D a 2 D t 蒜 a o ， a 2 【 D 百 蒜 a 0 2 1 百 式中 ， y ， z 为应力函数 。 8 物理方程式为 ￡ ￡ ￡ Y Y Y 1 E Ex } 上 1 E E p荔 E z E O O E一 E． 1 E 0 1 o 0 E o 0 o o l_ o o o 0 o 0 9 由 式 6 ～ 式 8 I 】 得 该 同 题 的 相 窨 万 程 『 ]a 一 a I G 2 l O x O y 。 ． 0 Ez瓠 Ez O x O y 2 对上式作傅氏变换 一 d z 。 等 一 击 d z I G l ’ 。。 上式其解的形式为 ，T 1 ， z 1 2 0 c 为下式的正实数根， P 。 I l L l j J 对式 5 作傅氏变换 ，可得 当 z0时 一P ， 0 1 4 当体力为零时，对式 8 作傅氏变换，可得 ， 誓 15 0 z 1 5 由式 1 2 ～式 1 5 可得 赤 e -am _ e aPz 16 将式 6代入 式 9作 傅 氏变 换 ，将 式 1 5带 入并 髂理 可得 一 击 一 一 1 一 1 7 击 【 下转第1 2 9 页】 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 一o s T| 1 1 1 ] O O O O O O O O 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 、l 訇 2 ． 3 数据的处理 串 口接 收过来 的数据 ，有些需要放进缓冲 区 内。有时 ，对数组 的简单操作难 以满足高速数据 的传输 ，缓冲不能 申请无 限大 ，因此 ，运用队列 技 术是很好的选择。 队列 ，有一 个队头 ，一个 队尾。当队列进入 一 个数据 ，队尾就加一 ，读走 一个数据，队头就 减一。队头减去 队尾等于0 时 ，队列 中没有数据。 因此 ，在 使 用 队列 之时 ，要首 先判 断 队列 的 长 度，以及判断队列 中是否有数据 。 3 结论 提 出了基于S T M3 2 的GP S ／ GP RS 的车载终端 设计 ，介绍了关键 电路的设计 以及关键程序 的处 理 ，在物流车 辆远程监控方面是一种很好 的解决 方案 ，随着GP R S 网络 的不断进步 ，该 系统将有着 更为广泛的应用前景。 参考文献 [ 1 】1 尚付鹏 ． 基于 AR M的激 光 晶体炉 上称 量控 制 系统研 究 【 D】 ． 西安 西安理工大学， 2 0 0 9 ． [ 2 】姚 文详 J o s e p h Y i u 著， 宋岩译， AR M C o r t e x M3 权威 指 南第 1 版【 M】 ． 北京航空航天大 学出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 3 】杨 栋， 王汉 其， 熊俊 ． 基于GP RS 工程机 械远 程监控终端 的 设计 【 J ] ． 自动化技术 与应 用， 2 0 0 8 ． 【 4 】张 佐经 ， 吴旭 光 ， 等． 基 于GP S 和GP RS 模 块 的车载 导 航 定位系统设计【 J 】 ． 计算机测量与控制计算机测量与控 制． 2 0 0 8 ， 1 6 7 ． 【 5 】田 日才， 等． G P S ／ GP R S 车载监控终端的设计与实现【 J 】 ． 现 代 电子技术． 2 0 0 8 1 5 ． 【 6 】王建鸱． G P S ／ G P RS ／ GI S 集成技术在车辆定位 与监控 中的 应用【 D】 ． 武汉 武汉大学． 2 0 0 5 ． 5 ． ●蠡● {鼻I 童‘ 矗‘ ●童‘ 蠢‘ j矗‘ 蠢‘ 童‘ 矗‘ 重‘ 童● ． ．． ． 童I 童I j蠡I j蠢‘ 矗‘ ， 蠢 蠡‘ {矗‘ 童‘ 【 上接第1 1 1 页】 将式 1 6 代入上式，并作傅氏 逆变换， 可 4 结论 - c 2． 2 1 1P 1-I , v P [ D 1H 1 一 D 2 】 } w 尸 【 G 1 G 2 】 】 式中 南～鲁 一 E J2a2 q y 2 一 E , J 2 a 2 通过基础 中任意点应力值解析式 ，推导 了分 ⋯、 段 式钢 箍最 大 变形 量 ，为 分段 式钢 箍 的尺寸 设 计提供 了理论基础 ，基于此提 出了钢箍 的设计方 案，并通过算例验证了理论的正确性，分析证明， 通过配置钢箍的方法可增大重型基础的承载能力， 对重型机床的精度保持性有着重要意义 。 参考文献 【 1 】H a l d a r ， S u ma n t a ． I mp r o v e me n t o f ma c h i n e f o u n d a t i o n s u s i n g r e i n f o r c e m e n t P r o c e e d i n g s o f t h e I n s t i t u ti o n o f Ci v i l E n g i n e e r s [ J ] ． 2 0 0 9 ， 1 6 2 4 1 9 9 2 0 4 ． 【 2 】刘林 超， 杨骁． 竖向集中力作用下分数导数型半无限体粘 弹性地基 变形分析f J 】 ． 工程力学， 2 0 0 9 ， 2 6 1 1 3 1 7 ． 0 【 1 ，0 【 2 ；m1 ，m2 ，m3 为常数 ，可根 据约束条件确定 。 针对上述重型基础分 别对无钢箍基础 和配置 钢 箍基 础进行求解 ，利用上述 公式可知 无钢箍 基础最大变形量为3 ． 5 7 x 1 0 一 m，有钢箍基础最大 变形量为1 ． 7 6 9 1 0 ～ m。通过对比有钢箍基础可降 低基 础的变形量 ，对提高重型机床基础承载 力有 着重要意义。 【 3 】李婕， 顿志林， 张学民， 高雪冰． 横观各向同性弹性地基塞 露蒂问题的解析解[ J ] ． 工程力学， 2 0 0 7 ， 2 4 增刊 7 0 7 4 ． 【 4 】At a p i n ， V． G． Ca l c u l a t i o n o f t h e d e f o r me d s t a t e o f t h e f o u n d a t i o n o f a h e a v y mu l t i p u r p o s e m a c h i n e t o o ]l 【 J 】 ． S o v i e t e n g i n e e r i n g r e s e a r c h ， 1 9 8 9 ， 9 6 4 1 4 3 ． 【 5 】Ch e n g De r W a n g ， E r n i a n P a n ， Ch i S h i a n g T z e n g ． Di s p l a c e m e n t s a n d s t r e s s e s d u e t o a u n i f o r m v e r t i c a l c i r c ul a r l oa d i n a n i nhom o ge ne ous c r os s a ni s ot r o pi c h a l f - s p a c e [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ge o me c h a n i c s ， 2 0 0 6 ， 6 1 1 1 0． [ 6 】乔世范， 顿志林， 刘宝琛． 水平荷载作用下横观各向同性地 基中位移计算册． 力学与实践， 2 0 0 3 ， 2 3 4 7 5 1 ． 第3 6 卷第8 期2 0 1 4 - 0 8 下 【 1 2 g l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m