CN111924331A - 一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统，方法包括：判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则“对所述立托架结构进行优化”；如果满足要求，则无需处理；判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则“对所述立托架结构进行优化”；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理。本发明结合立托架在不同承载情况下的受力及变形情况，以实现对钢卷运输及静置过程立托架结构薄弱部位进行优化。

Description

一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统

技术领域

本发明涉及立托架结构优化技术领域，特别是涉及一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统。

背景技术

随着钢铁行业市场竞争的日益激烈，在钢卷产量逐年上升的同时，迫切要求提高钢卷运输、集装、堆放的质量与效率。立托架用于钢卷运输及静置过程，保护钢卷质量在物流运输过程中不受破坏。实木立托架作为单元承载的平台装置由面板和垫木拼接而成，垫木的数量和面板面积由货物的质量和面积决定。立托架的结构和尺寸设计不完善会出现托架弯曲、变形等破坏情况，从而导致企业经济损失和安全事故的发生，因此如何对运输及静置过程立托架结构进行优化成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统，以实现对钢卷运输及静置过程立托架结构进行优化。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，所述方法包括：

步骤S1：判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果满足要求，则无需处理；

步骤S2：判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理；

步骤S3：对所述立托架结构进行优化。

可选地，所述步骤S1包括：

将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度；

确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力；

选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力；

判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行步骤S3；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需操作。

可选地，所述步骤S1还包括：

计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力；

选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力；

判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则执行步骤S3；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则无需处理。

可选地，所述步骤S2包括：

根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域；

确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力；

选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力；

判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行步骤S3；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需处理。

可选地，所述步骤S3包括：

对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角；

对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上。

本发明还提供一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，所述系统包括：

第一判断模块，用于判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果满足要求，则无需处理；

第二判断模块，用于判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理；

优化模块，用于对所述立托架结构进行优化。

可选地，所述第一判断模块包括：

将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度；

第一最大弯应力确定单元，用于确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力；

第一待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力；

第一判断单元，用于判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需操作。

可选地，所述第一判断模块还包括：

最大压应力确定单元，用于计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力；

待比较压应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力；

第二判断单元，用于判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则执行“优化模块”；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则无需处理。

可选地，所述第二判断模块包括：

区域分割单元，用于根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域；

第二最大弯应力确定单元，用于确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力；

第二待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力；

第三判断单元，用于判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需处理。

可选地，所述优化模块包括：

涂胶密封模块，用于对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角；

封装模块，用于对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统，方法包括：判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则“对所述立托架结构进行优化”；如果满足要求，则无需处理；判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则“对所述立托架结构进行优化”；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理。本发明结合立托架在不同承载情况下的受力及变形情况，以实现对钢卷运输及静置过程立托架结构薄弱部位进行优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法流程图；

图2为本发明实施例立托架边板受力示意图；

图3为本发明实施例边板受力模型示意图；

图4为本发明实施例边板受力简化示意图；

图5为本发明实施例立托架中板受力示意图；

图6为本发明实施例中板受力区域示意图；

图7为本发明实施例中板受力区域划分示意图；

图8为本发明实施例边板槽口处防开裂倒角；

图9为本发明实施例中板槽口处防开裂倒角；

图10为本发明实施例护边示意图；

图11为本发明实施例护边中板装配示意图；

图12为本发明实施例用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法及系统，以实现对钢卷运输及静置过程立托架结构进行优化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，所述方法包括：

步骤S1：判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果满足要求，则无需处理。

步骤S2：判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理。

步骤S3：对所述立托架结构进行优化。

下面对各个步骤进行详细论述：

钢卷不产生偏置时，边板受力状况如图2，简化得到一个典型的简支梁的受力模型，如图3所示。由图3可知，钢卷不存在偏置状况时边板为对称结构，所以搭建受力模型时考虑边板结构的一半即可，如图4。

所述步骤S1包括：

步骤S11：将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度。

步骤S12：确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力；具体包括：

步骤S121：确定第一阶段对应的最大弯应力，具体包括：

钢卷不产生偏置时，构建钢卷的载荷分布模型，具体公式为：

其中，f₁(x,y)表示钢卷的载荷分布模型，(x₀,y₀)表示钢卷当前坐标系下的圆心坐标，R_g表示钢卷外径，(x,y)表示钢卷的坐标。

将载荷分布模型进行坐标变换，获得新的载荷分布模型f₂(x)。

根据钢卷重量和面板受力总面积确定均布载荷，具体公式为：

其中，q_m表示均布载荷，M_G表示钢卷重量，S_z表示面板受力总面积。

根据所述均布载荷和所述新的载荷分布模型确定边板载荷分布值，具体公式为：

其中，F₂(x_i)表示选定划分区域的边板载荷分布值，q_m表示均布载荷，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，L_bc表示面板跨度，f₂(x)表示新的载荷分布模型。

根据选定划分区域的边板载荷分布值确定第一阶段对应的最大弯应力，具体公式为：

其中，W_2i1(x_i,y)表示第一阶段对应的弯矩，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，y表示钢卷的纵坐标，F₂(x_i)为选定划分区域的边板载荷分布值，σ_w1max表示第一阶段对应的最大弯应力，b表示面板等分宽度，h表示面板高度，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值。

步骤S122：确定第二阶段对应的最大弯应力，具体公式为：

其中，W_2i2(x_i,y)表示第二阶段对应的弯矩，y表示钢卷的纵坐标，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，F₂(x_i)表示选定划分区域的边板载荷分布值，q_m表示均布载荷，b表示面板等分宽度，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，σ_w2max表示第二阶段对应的最大弯应力，L_bc表示面板跨度，h表示面板高度。

步骤S13：选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力。

步骤S14：判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则说明边板承重不满足要求，执行步骤S3；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则说明边板承重满足要求，无需操作。本发明中的面板静曲强度是根据面板的材质决定的。

步骤S15：计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力，具体公式：

步骤S151：计算第一阶段对应的最大压应力，具体公式为：

其中，σ_y1max表示第一阶段对应的最大压应力，x表示钢卷的横坐标，y表示钢卷的纵坐标，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，x_i-1表示划分区域内的横坐标值下限，f₂(x_i)表示根据划分区域确定的临界参数值，q_m表示均布载荷，b表示面板等分宽度，h表示面板高度，f(x,y)为钢卷最终轮廓曲线方程。

步骤S152：计算第二阶段对应的最大压应力，具体公式为：

其中，σ_y2max表示第二阶段对应的最大压应力，x表示钢卷的横坐标，y表示钢卷的纵坐标，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，x_i-1表示划分区域内的横坐标值下限，L_bc表示面板跨度，q_m表示均布载荷，b表示面板等分宽度，h表示面板高度，f(x,y)为钢卷最终轮廓曲线方程。

步骤S16：选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力。

步骤S17：判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则说明边板承重不满足要求，执行步骤S3；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则说明边板承重满足要求，无需处理。

步骤S18：计算第一阶段对应的最大挠曲线方程，具体公式为：

其中，y_1max表示第一阶段对应的最大挠曲线方程，y表示钢卷的纵坐标，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，q_m表示均布载荷，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度，E表示弹性模量，I表示惯性矩。

步骤S19：计算第二阶段对应的最大挠曲线方程，具体公式为：

其中，y_2max表示第二阶段对应的最大挠曲线方程，y表示钢卷的纵坐标，x_i表示划分区域内的横坐标值上限，q_m表示均布载荷，L_bc表示面板跨度，E表示弹性模量，I表示惯性矩。

立托架中板受力情况如图5所示，简化得到一个典型的简支梁的受力模型，在中板的宽度方向上区域分割分别分析，针对不同的部分进行模型的搭建，具体所述步骤S2包括：

步骤S21：根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域；根据材料力学简支梁以及未与钢卷内径相切划分为第一区域，根据材料力学简支梁结合区域与钢卷内径相交划分为第二区域，根据材料力学存在悬臂结构的简支梁划分为第三区域，具体如图6所示。

在每个区域根据钢卷的曲线图进行坐标的重建如图7所示，具体步骤如下：

步骤S22：确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力；具体步骤为：

如图7中(a)所示，确定第一区域对应的最大弯应力，具体公式为：

其中，F₃₁表示中板第一区域对应的分布载荷函数，q_m表示均布载荷，L_bc表示面板跨度，r_g表示钢卷内径，L_bk表示中板宽度，σ_w31max表示中板第一区域对应的最大弯应力，b表示面板等分宽度，h表示面板高度，x表示钢卷的横坐标。

确定第一区域对应的最大挠度曲线方程，具体公式为：

其中，y_31max表示第一区域对应的最大挠度曲线方程，L_bc表示面板跨度，q_m3表示中板第一区域坐标系下的再分配载荷，x表示钢卷的横坐标，E表示弹性模量，I表示惯性矩。

如图7中(b)所示，确定第二区域对应的最大弯应力，具体公式为：

其中，y_i表示特定情况下选取的纵坐标值，F₃₂(y_i)表示中板第二区域对应的分布载荷函数，q_m表示均布载荷，f₃₂₁(y)、f₃₂₂(y)分别为内切弧线方程分程和外切弧线方程分程，σ_w32max表示中板第二区域对应的最大弯应力，L_bc表示面板跨度，q_m4表示中板第二区域坐标系下的的再分配载荷，x表示钢卷的横坐标，y表示钢卷的纵坐标，dy表示纵坐标的微分，b表示面板等分宽度，h表示面板高度。

确定第二区域对应的最大挠度曲线方程，具体公式为：

其中，y_32max表示第二区域对应的最大挠度曲线方程，L_bc表示面板跨度，q_m4表示中板第二区域坐标系下的再分配载荷，x表示钢卷的横坐标，E表示弹性模量，I表示惯性矩，L表示胶合板跨度。

如图7中(c)所示，确定第三区域对应的最大弯应力，具体公式为：

其中，y_i表示特定情况下选取的纵坐标值，F₃₃(y_i)表示中板第三区域对应的分布载荷函数，q_m表示均布载荷，x表示钢卷的横坐标，y表示钢卷的纵坐标，r_g表示钢卷内径，R_g表示钢卷外径，W_33i1(x,y_i)表示坐标变换新坐标下的第三区域简支梁悬臂处的弯矩，R表示钢卷半径，L_bc表示面板跨度，W_33i2表示坐标变换新坐标下的第三区域简支梁内侧的弯矩，q_m5表示中板第三区域坐标系下的再分配载荷，σ_w33max表示中板第三区域对应的最大弯应力，与最大弯矩对应，b表示面板等分宽度，h表示面板高度。

确定第三区域对应的最大挠度曲线方程，具体公式为：

其中，y_33max表示第三区域对应的最大挠度曲线方程，L_bc表示面板跨度，q_m5表示中板第三区域坐标系下的再分配载荷，x表示钢卷的横坐标，a表示中板超过垫木中线长度，E表示弹性模量，I表示惯性矩。

步骤S23：选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力。

步骤S24：判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则说明边板承重不满足要求，执行步骤S3；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则说明边板承重满足要求，无需处理。

通过对边板和中板的承载计算为防止由于胶合板开裂造成的胶合板使用性能的降低，从结构弱点及加工工艺提出改进意见，具体步骤S3包括：

步骤S31：对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角，防止胶合板在打捆带时及辊道运输时产生碰撞造成胶合板开裂，具体如图8和图9所示。

步骤S32：对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上，护边的厚度为1mm，如图10和图11所示。

实施例2：

如图12所示，本发明还提供一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，所述系统包括：

第一判断模块1，用于判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果满足要求，则无需处理。

第二判断模块2，用于判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理。

优化模块3，用于对所述立托架结构进行优化。

作为一种实施方式，本发明所述第一判断模块1包括：

将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i,y)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度。

第一最大弯应力确定单元，用于确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力。

第一待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力。

第一判断单元，用于判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需操作。

作为一种实施方式，本发明所述第一判断模块1还包括：

最大压应力确定单元，用于计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力。

待比较压应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力。

第二判断单元，用于判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则执行“优化模块”；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则无需处理。

作为一种实施方式，本发明所述第二判断模块2包括：

区域分割单元，用于根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域。

第二最大弯应力确定单元，用于确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力。

第二待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力。

第三判断单元，用于判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需处理。

作为一种实施方式，本发明所述优化模块3包括：

涂胶密封模块，用于对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角。

封装模块，用于对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上。

实施例3：

选用立托架规格为D1000：

在步骤S1中，对立托架面板的边板进行受力分析，建立承重模型。

1、钢卷受力分布模型表示为：f₁(x,y)＝(x-x₀)²+(y-y₀)²-450²，此时取三点(0,450)、(283,350)、(126,432)，以点(385,350)为原点，以原y轴为x轴，以原x轴负方向为y轴建立新坐标系。三点坐标变为(100,385)、(0,102)、(82,259)，计算新的载荷分布模型f₂(x)＝ax²+bx+c，解c＝102,82²a+82b+c＝259,100²a+100b+c＝385，得a＝0.05,b＝-2.17，c＝102，新的钢卷载荷分布方程为f₂(x)＝0.05x²-2.17x+102。

2、由面板受力总面积S_z＝517748mm²、钢卷重量M_G＝10000kg得其均布载荷

将边板进行10等分因此dx＝10,故b＝10mm、面板高度h＝30mm，面板的惯性矩

面板跨度L_bc＝770mm。边板载荷为

带入参数得

3、面板所受弯矩分为两个阶段，第一个阶段为y∈(0,f₂(x_i)]对应的弯矩W_2i1＝F₂(10)·y＝1600·y；第二个阶段为

对应的弯矩

弯应力为

当y＝385mm时

由国家标准《GBT17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时最大弯应力已超过面板静曲强度，即最大弯应力已超过胶合板的承受极限，因此需要进行对立托架结构进行优化。

4、极限挠度值为

弹性模量E＝4000MPa、q_m的再分配载荷

带入参数得极限挠度值

5、假设面板承受均布载荷，边板的最大弯应力超过胶合板的应力极限，边板中部的理论变形量达到0.2785mm，因此胶合板在使用的过程中不易产生损坏。而且在实际使用时，只当钢卷放置在托架的一瞬间托架才承受均布载荷。

6、根据面板挠度值，当面板产生变形之后，由于两边托架的支撑需要计算面板在上面承受的压应力。取三点(-270，360)、(-126，432)、(-103，438)，相对于点(-450,450)坐标变为(12，103)，(18，126)、(90，360)，根据三点求解钢卷最终轮廓曲线方程：f₂(x)＝-0.0417x²+7.75x，将垫木在宽度方向进行10等分，长度方向上十等分边板压应力

带入参数计算得最大压应力为：

由国家标准《GBT 17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时边板的最大压应力已超过胶合板的承受极限，因此需要进行对立托架结构进行优化。

在步骤S2中，对立托架面板的中板进行受力分析，建立承重模型。

1、由图7中(a)所示，将参数带入x＝385mm、b＝60mm、面板高度h＝30mm，面板的惯性矩

钢卷内径r_g＝200mm、中板宽度L_bk＝260mm，分布载荷函数为

弯应力为

最大挠度值为

计算得

最大弯应力为

最大挠度值为

面板并不会产生实际的大量变形，但是面板的支撑失去实际作用，只有外力作用时面板产生破坏。

2、由图7中(b)所示，外切弧线取三点(403,200)、(430,132)、(424,150)内切弧线取三点(0,200)、(150,132)、(120,160)，以点(0,132)原点坐标变换为(403,68)、(430,0)、(424,18)；(0,68)、(150,0)、(120,28)。可得外切弧线方程f₃₂₁(y)＝-0.0013y²-0.31y+430；f₃₂₂(y)＝-0.028y²-0.3y+150。故该区域载荷

最大弯应力为

根据宽度将y进行10等分，因此y＝61.2mm，x≈385mm，得

最大挠度值为

变形量超过胶合板的极限。

3、由图7中(c)所示，取三点(430,132)、(440,94)(450,0)相对于点(0,132)的坐标为(403,68)、(430,0)、(424,18)，其弧线方程为

该区域分布载荷为

将区域进行10等分此时参数为dy＝13.2mm，x≈250mm，b＝13.2mm，h＝30mm，

q_m5＝7.5N/mm²，a＝65，因此可得：F_33i1≈0.5679·250·13.2＝1874N，弯矩为

挠度值为

计算得W_33i2(x,y_i)＝202502.5N·mm²，最大弯应力为

最大挠度值计算可得

4、中板的最大弯应力均超过面板的极限。与钢卷接触的部位对其进行弯应力分析可知，最大部位的弯应力为中板部位：σ_w31max＝556.5MPa，结合根据国家标准《GBT 17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时中板的所承受的最大弯应力已经超过胶合板静曲强度，因此需要对结构进行优化。

在步骤S3中，为防止由于胶合板开裂造成的胶合板使用性能的降低，从结构弱点及加工工艺提出改进意见，包括以下具体步骤：

1、对胶合板打捆带处进行额外涂胶密封的基础上，将边板和中板槽口由直角改为圆角，防止胶合板在打捆带时及辊道运输时产生碰撞造成胶合板开裂。

2、对面板延伸边板设计护边，对其超出垫脚部分进行封装，护边的厚度为1mm，将护边用钉枪装配到中板上，根据不同的规格尺寸，对护边进行加工设计。

实施例2：

选用立托架规格为D1300

在步骤S1中，对立托架面板的边板进行受力分析，建立承重模型。

1、钢卷受力分布模型表示为：f₁(x,y)＝(x-x₀)²+(y-y₀)²-450²，此时取三点(0,450)、(283,350)、(126,432)，以点(505,350)为原点，以原y轴为x轴，以原x轴负方向为y轴建立新坐标系。三点坐标变为(100,505)、(0,222)、(82,379)，计算f₂(x)＝ax²+bx+c，解c＝222，82²a+82b+c＝379，100²a+100b+c＝505，得a＝0.051,b＝-2.27，c＝222，钢卷载荷分布方程为f₂(x)＝0.051x²-2.27x+222。

2、由面板受力总面积S_z＝818409mm²、钢卷重量M_G＝12000kg得其均布载荷

将边板进行10等分因此dx＝10,故b＝10mm、面板高度h＝30mm，面板的惯性矩

面板跨度L_bc＝1010mm。边板载荷为

带入参数得

3、面板所受弯矩分为两个阶段，第一个阶段为y∈(0,f₂(x_i)]对应的弯矩W_2i1＝F₂·y＝1269·y；第二个阶段为

对应的弯矩

弯应力为

当

时，最大弯应力为：

由国家标准《GBT 17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时最大弯应力已超过面板静曲强度，即最大弯应力已超过胶合板的承受极限。因此需要进行对立托架结构进行优化。

4、极限挠度值为

弹性模量E＝4000MPa、q_m的再分配载荷

带入参数得极限挠度值

5、假设面板承受均布载荷，边板的局部最大弯曲应力超过胶合板的应力极限，边板中部的理论变形量达到0.477mm，因此胶合板在使用的过程中极不易产生损坏。而且在实际使用时，只有当钢卷放置在托架的一瞬间托架才承受均布载荷。

6、根据面板挠度值，当面板产生变形之后，由于两边托架的支撑需要计算面板在上面承受的压应力。取三点(-270，360)、(-126，432)、(-103，438)，相对于点(-450,450)坐标变为(12，103)，(18，126)、(90，360)，根据三点求解钢卷最终轮廓曲线方程：f₂(x)＝-0.0417x²+7.75x，将垫木在宽度方向进行10等分，长度方向上十等分边板压应力

带如参数计算得最大压应力为：

由国家标准《GBT 17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时边板的最大压应力未超过胶合板的承受极限，因此无需要进行对立托架结构进行优化。

在步骤S2中，对立托架面板的中板进行受力分析，建立承重模型。

1、由图7中(a)所示，将参数带入x＝385mm、b＝60mm、面板高度h＝30mm，面板的惯性矩

钢卷内径r_g＝200mm、中板宽度L_bk＝260mm，分布载荷函数为

压应力为

最大挠度值为

计算得

最大弯应力为

最大挠度值为

面板并不会产生实际的大量变形，但是面板的支撑失去实际作用，只有外力作用时面板产生破坏。

2、由图7中(b)所示，外切弧线取三点(403,200)、(430,132)、(424,150)内切弧线取三点(0,200)、(150,132)、(120,160)，以点(0,132)原点坐标变换为(403,68)、(430,0)、(424,18)；(0,68)、(150,0)、(120,28)。可得外切弧线方程f₃₂₁(x,y)＝-0.0013y²-0.31y+430；f₃₂₂(x,y)＝-0.028y²-0.3y+150。故该区域载荷

最大弯应力为

根据宽度将y进行10等分，因此y＝61.2mm，x≈385mm，最大弯应力为：

最大挠度值为

变形量未超过胶合板的极限。

3、由图7中(c)所示，取三点(430,132)、(440,94)(450,0)相对于点(0,132)的坐标为(403,68)、(430,0)、(424,18)，其弧线方程为

该区域分布载荷为

将区域进行10等分此时参数为dy＝13.2mm，x≈185mm，b＝13.2mm，h＝30mm，

a＝65、q_m5＝5.7N/mm²因此可得：F₃₃₁≈0.4311×250×13.2＝1423N，弯矩为

挠度值为

计算得W_33i2(x,y_i)＝157092.5N·mm²，最大弯应力为

最大挠度值计算可得

4、中板的最大弯应力超过面板静曲强度的极限，由于钢卷为刚性体，载荷作用的瞬间面板变形较大地方使得面板失去取钢卷的支撑作用，此时面板与钢卷在中心处几乎不接触，但是一旦接触外力，面板极容易发生破碎。与钢卷接触的部位对其进行弯应力分析可知，最大部位的弯应力为中板部位：σ_w31max＝726.83MPa，结合根据国家标准《GBT 17656-2008》，横纹下的胶合板静曲强度为[σ]＝35MPa，此时中板所承受的最大弯应力已经超过胶合板静曲强度，因此需要对结构进行优化。

在步骤S3中，为防止由于胶合板开裂造成的胶合板使用性能的降低，从结构弱点及加工工艺提出改进意见，包括以下具体步骤：

1、对胶合板打捆带处进行额外涂胶密封的基础上，将边板和中板槽口由直角改为圆角，防止胶合板在打捆带时及辊道运输时产生碰撞造成胶合板开裂。

2、对面板延伸边板设计护边，对其超出垫脚部分进行封装，护边的厚度为1mm，将护边用钉枪装配到中板上，根据不同的规格尺寸，对护边进行加工设计。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果满足要求，则无需处理；

步骤S2：判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行步骤S3；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理；

步骤S3：对所述立托架结构进行优化。

2.根据权利要求1所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度；

确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力；

选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力；

判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行步骤S3；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需操作。

3.根据权利要求2所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力；

选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力；

判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则执行步骤S3；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则无需处理。

4.根据权利要求1所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域；

确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力；

选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力；

判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行步骤S3；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需处理。

5.根据权利要求1所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角；

对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上。

6.一种用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，其特征在于，所述系统包括：

第一判断模块，用于判断所述立托架结构的边板承重是否满足要求；如果所述立托架结构的边板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果满足要求，则无需处理；

第二判断模块，用于判断立托架结构的中板承重是否满足要求；如果立托架结构的中板承重不满足要求，则执行“优化模块”；如果立托架结构的中板承重满足要求，则无需处理；

优化模块，用于对所述立托架结构进行优化。

7.根据权利要求6所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，其特征在于，所述第一判断模块包括：

划分单元，用于将所述立托架结构的边板分成两个阶段；第一阶段为y∈(0,f₂(x_i)]，第二阶段为

其中，y表示钢卷的纵坐标，f₂(x_i)为根据划分区域确定的临界参数值，L_bc表示面板跨度；

第一最大弯应力确定单元，用于确定第一阶段对应的最大弯应力和第二阶段对应的最大弯应力；

第一待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大弯应力和所述第二阶段对应的最大弯应力中的最大者作为第一待比较弯应力；

第一判断单元，用于判断所述第一待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第一待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第一待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需操作。

8.根据权利要求7所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，其特征在于，所述第一判断模块还包括：

最大压应力确定单元，用于计算第一阶段对应的最大压应力和第二阶段对应的最大压应力；

待比较压应力确定单元，用于选取所述第一阶段对应的最大压应力和所述第二阶段对应的最大压应力中的最大者作为待比较压应力；

第二判断单元，用于判断所述待比较压应力是否大于或等于许用压应力，如果所述待比较压应力大于或等于许用压应力时，则执行“优化模块”；如果所述待比较压应力小于许用压应力时，则无需处理。

9.根据权利要求6所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，其特征在于，所述第二判断模块包括：

区域分割单元，用于根据对称原理将中板的四分之一部分在宽度方向上进行区域分割，分别获得第一区域、第二区域和第三区域；

第二最大弯应力确定单元，用于确定第一区域对应的最大弯应力、第二区域对应的最大弯应力和第三区域对应的最大弯应力；

第二待比较弯应力确定单元，用于选取所述第一区域对应的最大弯应力、所述第二区域对应的最大弯应力和所述第三区域对应的最大弯应力中的最大者作为第二待比较弯应力；

第三判断单元，用于判断所述第二待比较弯应力是否大于或等于面板静曲强度；如果所述第二待比较弯应力大于或等于面板静曲强度，则执行“优化模块”；如果所述第二待比较弯应力小于面板静曲强度，则无需处理。

10.根据权利要求6所述的用于钢卷运输及静置过程立托架结构优化系统，其特征在于，所述优化模块包括：

涂胶密封模块，用于对胶合板打捆带处进行涂胶密封，并将边板槽口和中板槽口由直角改为圆角；

封装模块，用于对面板延伸边板设计护边，对超出垫脚部分进行封装，将封装后的护边用钉枪装配到中板上。

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