龙门式大跨度梁的结构设计与仿真


     现代测试扫描设备通常采用两种结构形式,即立柱式和龙门式。立柱式结构的优点是立柱有效行程大,而横梁的行程较短,适合于较小规格或矩形截面的工件测量;而龙门式结构的纵梁和横梁的有效行程相对较大,适合于较大规格或近似方形截面的工件测量[1-3]。

     本文所涉及的测量设备的测试范围定为12m×8m×10m,其中横梁长度为12m,纵梁的实际长度为9.8m,横梁和纵梁被架在10m高的立柱顶端,横梁托板及其附件载荷为300kg。最终确定为主体结构采用龙门式,如图1所示,一根横梁的两端支承在两根相互平行的纵梁上,横梁可以沿着纵梁上的导轨滑动,根据测量要求,各梁在实际运行中的直线度误差保证≤2mm。因此在结构设计过程中分两步进行处理:一是尽可能在横梁工作变形的基础上保证横梁的加工精度;二是在加工后按照横梁的实际载荷对导轨进行调试,最终满足实际使用要求。

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结论

      本文结合实际工程设计要求,设计了一种测量设备的龙门式主体结构,以其中的最大跨度横梁为研究对象,提出了4种不同截面形状的大跨度梁结构,建立了不同截面梁的三维模型,通过建立的力学模型计算出单一矩形截面的最大挠度≤2mm。利用三维软件对不同截面的横梁结构进行了加强处理,在横梁上侧面布置导轨安装面、加强筋和肋板,对横梁不同截面进行了具体设计,构建出横梁的详细结构,通过有限元方法对比了不同截面横梁的自重和加载之后的静力学特性,对比结果显示:矩形下肋板截型的横梁结构方案最优。本文的设计过程解决了大跨度梁的实际工程问题,并为同类问题的解决提供了参考。

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