挑战杯多功能组装管材.docx
- 文档编号:15628451
- 上传时间:2023-07-06
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:199.03KB
挑战杯多功能组装管材.docx
《挑战杯多功能组装管材.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《挑战杯多功能组装管材.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
挑战杯多功能组装管材
多功能组装管材
张胜张会杰王超张春超宋宗南古永美
(河北科技师范学院机电工程学院机制07本科邮编066600)
指导教师:
张丽玲荣誉赵进尚张亮
摘要:
针对本次大赛的主题及要求,我们首先想到了震后救灾过程中物资运输难等问题。
在当时的情况下可谓“时间就是生命”,早一秒钟就可能多救活一个生命,但是在震后第一时间,大量的救灾物资(如帐篷、病床、担架等)往往不能同时运送到救灾现场,耽误了宝贵的抢救时间,使受灾群众不能及时的得到妥善安置。
大部分受伤群众往往被安置在露天的场所,由于环境的恶劣,造成了伤亡率的进一步升高。
我们所开发的项目为“多功能组装管材”。
它由0.5米管、1米管和两向接头、三向接头、四向接头及35mm螺栓组成。
可在现场灵活快速的组装成为病房、帐篷、梯子和病床等必须物资。
通过单一材料的快速运输,实质上是把多种救灾物资同时运送到了救灾现场。
管材的材料选用普通Q235A铸铁,成本低廉;接头材料选用铝合金,在保证了足够的强度同时,也减轻了材料的重量。
关键字:
地震救灾物资运输多功能组装管材
一、目录
一目录...........................................2
二引言...........................................3
三零件介绍及图示.................................4
1.35mm螺栓………………………………………………4
2.半米管和一米管………………………………………4
3.两向接头………………………………………………5
4.三向接头………………………………………………5
5.四向接头………………………………………………5
四零件组装实体...................................6
1.担架……………………………………………………6
2.梯子……………………………………………………6
3.病床……………………………………………………7
4.病房……………………………………………………7
五材料性能的介绍.................................8
1.Q235A铸铁……………………………………………8
2.6061铝合………………………………………………9
3.58号帆布………………………………………………10
六管材强度校核...................................10
1.担架的校核……………………………………………10
2.梯子的校核……………………………………………12
3.病房的校核……………………………………………13
七多功能组装管材的应用优势.......................15
八参考文献......................................16
二、引言
2008年5月12日14时28分04秒,四川汶川、北川,8级强震猝然袭来,大地颤抖,山河移位,满目疮痍,生离死别……西南处,国有殇。
这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。
此次地震重创约50万平方公里的中国大地!
四川省共有68712名同胞遇难,17921名同胞失踪。
其中共有5335名学生遇难或失踪。
这次汶川地震造成的直接经济损失8451亿元人民币。
四川最严重,占到总损失的91.3%,甘肃占到总损失的5.8%,陕西占总损失的2.9%。
2010年4月14号清晨7时49分,青海省玉树县发生7.1级强震,地震震中位于县城附近。
截至4月18日下午3时,玉树地震遇难人数为1706人,失踪256人,受伤12128人,重伤1424人。
余震还在继续,救援已经开展。
强震来临,地动山摇,救援要与时间赛跑,与死神赛跑。
由于地势偏远,大型的挖掘器械尚未能加入营救。
虽然我国各方正在积极展开紧急救援,但其救援行动却面临几大难题。
而且已得到救治的玉树藏民因为部分道路的损坏,物流运输告急,造成“物流生命线”不畅,灾民不能得到最有效的救援安置。
震后早期,受灾地区往往急需大量急救物资,但常常不能及时送到;到救灾的中后期,却又常常发生救灾物资过剩和品种调配不当等现象,积压、浪费等现象时有发生。
但是,地震救援过程中救援物资如果分配不均、配送不及时,就会让救灾工作脱节。
我们需要思考,如何让我们的支援更好的帮助那些受灾的人们。
合理配置资源,让每一份救灾物资发挥最大效益。
三、零件的介绍
一.35mm螺栓
35mm螺栓:
用于部件连接部位的定位.
二.半米管和一米管
主体管材:
采用价格便宜的Q235A铸铁,有长度为1.0米的和0.5米的两种;用于组装各种结构的主体,然后由连接部件连接,35mm螺栓定位。
三.两向接头
四.三向接头
五.四向接头
这三个构件为连接件:
铝合金材质,按其可连接构件方向分为:
三向接头、二向接头、四向接头;其连接部位由35mm螺栓做定位。
四、零件组装实体
由两向接头、三向接头、四向接头、一米管、半米管及定位销定位组成的实体物品:
包括担架、梯子、病床和病房等,如下图所示:
1.担架
2.
担架:
由4根1.0米的管材、2个二向接头和4个35mm螺栓组建而成;管材和二向接头由35mm螺栓定位;
2.梯子(模型)
梯子(模型):
长为3米,由17根0.5米的管、10个两向接头和20个35mm螺栓组建而成,管材与连接件由35mm螺栓定位。
3.病床
配置输液架的病床:
由6根1.0米管材、4根0.5米管材、4个四向接头和2个二向接头组建而成;
4.整体病房(模型)
整体病房如图:
由1.0米管材178根,0.5米管材68根,两向接头69个,三向接头72个,四向接头40个。
五、选材性能的介绍
1.Q235A铸铁
Q235
普通碳素结构钢:
是一种钢材的材质。
Q代表的是这种材质的屈服度,后面的235,就是指这种材质的屈服值,在235左右。
并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。
由于含碳适中,综合性能较好,强度、塑性和焊接等性能得到较好配合,用途最广泛。
常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢,中厚钢板。
大量用用建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等,也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
等级
Q235A,Q235B,Q235C,Q235D。
这是等级的区分,所代表的,主要是冲击的温度有所不同。
A,B,C,D所不同的,指的是它们性能中冲击温度的不同。
分别为:
Q235A级,是不做冲击;Q235B级,是20度常温冲击;Q235C级,是0度冲击;Q235D级,是-20度冲击。
在不同的冲击温度,冲击的数值也有所不同。
元素含量:
A、B、C、D硫含量依次递减;A和B的磷含量相同,C的磷含量次之,D磷含量最少
Q235的机械性能
抗拉强度(σb/MPa):
375-500
在板材里,是最普通的材质,属普板系列。
过去的一种叫法为:
A3。
执行标准:
外部标准为:
GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》,内部标准为:
GB/T3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》
2.6061铝合金
6061铝合金的主要合金元素是镁与硅,并形成Mg2Si相。
若含有一定量的锰与铬,可以中和铁的坏作用;有时还添加少量的铜或锌,以提高合金的强度,而又不使其抗蚀性有明显降低;导电材料中还有少量的铜,以抵销钛及铁对导电性的不良影响;锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织;为了改善可切削性能,可加入铅与铋。
在Mg2Si固溶于铝中,使合金有人工时效硬化功能。
6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅,具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性,氧化效果较好。
美铝6061-T651是6系合金的主要合金,是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品;美铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
主要用途:
广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。
6061铝合金性能:
6061的极限抗拉强度为124MPa
受拉屈服强度 55.2MPa
延伸率25.0%
弹性系数68.9GPa
弯曲极限强度228MPa
3.58号帆布
我们的担架和病床及病房所用的为常用58号帆布,它是一种较粗厚的棉织物或麻织物。
因最初用于船帆而得名。
一般多采用平纹组织,少量的用斜纹组织,经纬纱均用多股线。
帆布通常分粗帆布和细帆布两大类。
粗帆布又称篷盖布,常用58号(10英支)4~7股线织制,织物坚牢耐折,具有良好的防水性能,用于汽车运输和露天仓库的遮盖以及野外搭帐篷。
六、管材强度校核
1、担架强度校核
担架长2040mm如下图,人的重量为80kg,受力按均部载荷分布,简化为简支梁计算;铸铁Q235抗拉强度:
屈服强度:
235Mpa左右;弯曲极限强度220Mpa;铝合金的接头为6061铝合金弯曲极限强度228Mpa。
钢管的外径为
内径
,接头直径
解:
有弯曲正应力的强度条件公式
(1)校核接头:
对圆形截面:
受力最大的是管材的中间,简化后的力臂为l=400mm
受力P=1/4
800
10=200N
力矩M=G
l=80Nm
其弯曲正应力为:
所以接头的强度满足要求。
(2)校核1m管
环行抗弯截面模量
其弯曲正应力为:
所以,1m管的强度满足要求
综上材料的强度都满足要求。
2、梯子的校核
人站在梯子上时,梯子所承受的最大力是人是所有重量,人重量为G=800N,梯子宽为l=0.5mm的管材。
解:
简化后的受力简图如下:
有弯曲正应力的强度条件公式:
最大力矩为
环行抗弯截面模量
其弯曲正应力为:
所以梯子的强度满足要求。
3、病房的校核
(1)分析及简化受力:
病房在自然环境中受到风吹雨打需要承受较强的外力,考虑到病房用58号帆布做外围。
在遇到大雪时,房顶受到积雪的压力会对病房产生最大的破坏。
在假设房顶最高的梁承受所有的力,且六个竖梁平分顶梁的力。
在横梁受的力最大,所以只校核横梁即可。
(2)数据处理:
房顶的面积为43.2
,按常理大积雪厚度为10cm,雪的密度5到10kg/
帆布的密度为0.7kg/m
取其密度为8kg/
,房顶的受力G=43.2
8.7
10
=3758.2N,横梁的受力为P=1/6G=1/6
3758.4=626.4N.
(3)强度校核:
受力图解:
有弯曲正应力的强度条件公式
受的最大力矩;
环行抗弯截面模量
其弯曲正应力为:
所以其强度满足要求。
七、多功能组装管材的应用优势
当地震灾害发生时,我们会遇到很多棘手的困难。
由于交通堵塞,物资不能及时的到达,延误了最佳的救援;物资需要分批次,分种类的运输,即费时又费力,并且用途单一,不能实现物资的重复,高效率的应用。
本作品很好的解决了上述问题。
我们的作品具有极强的灵活性,可以根据灾区现场的需求现场组装。
一批管材的运输,可以实现病房,病床,担架,梯子等多种物资的同时到达;组装非常简单快捷,可以在很短的时间内迅速组装出所需要的物资;零部件可以重复利用,实现了材料的高效率利用;零件制作工艺简单,材料价格低廉,可以批量生产。
例如:
在救灾的初期,我们需要大量的担架和病床,我们的组装管材就可以用来组装担架和病床,白天天气好的时候,我们就不组装病房,晚上或天气不好的时候,把用来组装担架的管材迅速的组装成病房。
此外,我们的零件之一一米管也有很大的用途。
抗震初期,大型起重设备和千斤顶无法到达的情况下,一米管可以起到杠杆的作用,多跟一米管的同时作用,可以撬开预制板等很多重物,营救废墟里的灾民。
八、参考文献
(1)肖念新、刘长荣,《工程力学》(材料力学部分),中国农业科技出版社,2006年。
(2)王焕定,《结构力学》,清华大学出版社,北京,2004年。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 挑战 多功能 组装 管材