一种自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法

摘要

本发明公开了一种自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，该方法通过数组定义了所有系列弹簧的相关性能参数，在选型之前，提前判断出允许的最大刚度，计算出工作载荷，之后根据工作载荷确定了弹簧系列的范围，再通过允许的最大刚度等参数最终确定了弹簧系列。通过本发明所述的方法，用户能够在确定数组中弹簧的一个参数值后，能够快速的确定其它参数值，由于本发明所述方法是在数组中查找和计算数据，极大地节省了计算机所需的内存，无需进行大量重复性的工作，大大提高了选型的效率。

说明书

技术领域

本发明属于变力弹簧选型的计算过程及方法的领域，具体涉及一种根据已知条件，自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法。

背景技术

变力弹簧支吊架主要用在工厂管道系统上，如每个M310型压水堆核电站要用到的变力弹簧支吊架就有750多个，这些变力弹簧支吊架都要逐个计算确定型号，并填写弹簧各个载荷及安装长度，以便制造厂根据安装长度锁定弹簧后出厂。

目前，变力弹簧选型常规方法全部都是人工计算，其具体过程如图1所示：

(1)根据已知条件计算工作载荷并确定该工作载荷在弹簧性能表中对应的弹簧型号，首选能覆盖该载荷的较小型号的弹簧，如果后续计算不满足要求，再选大一个型号的能覆盖该载荷的弹簧。

(2)从系列1开始，试算安装载荷，如果后续计算满足要求，则选用该系列，如果不满足要求，则试算系列2，直到试算到系列3。

(3)判断工作载荷和安装载荷的载荷变化率是否满足小于等25％的要求，如果满足执行第四步，不满足则返回第二步或第一步

(4)判断异常及事故工况下的最大最小载荷是否超出所选系列行程范围，如果超出，则返回第二步或者第一步。

(5)通过其它表格如拉杆表、载荷表等查找该弹簧对应的其它信息，包括原始高度，拉杆等信息，完成选型。

按该流程多次运用插值计算及试算等工作，不仅工作量大，耗时耗力，且计算过程中因为不同人能力的差别，以及马虎等因素，尤其是很多人对位移正负值对应弹簧压缩长度的变化易混淆，容易导致选型错误，从而带来安全隐患，而且该过程一般没有选型报告，不便于后续跟踪。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，通过减少变力弹簧选型过程中不必要的重复计算，提高选型的效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，包括以下步骤：

(1)通过两维数组SV[i，j]定义弹簧的所有性能参数；其中，i和j都是定义的用于表示弹簧性能参数的序号；

(2)确定已知条件，包括弹簧类型、弹簧安装类型、可动载荷、正常工况下的计算载荷和热位移、异常工况及事故工况下的最小和最大位移；

(3)根据已知条件，计算工作载荷及允许的最大刚度；

(4)在两维数组SV[i，j]内以弹簧型号从小到大进行选型的优化顺序循环，确定工作载荷在数组内某型号弹簧最小载荷到弹簧最大载荷范围内的弹簧型号，再根据允许的最大刚度确定弹簧系列；

(5)根据确定的弹簧型号和弹簧系列，通过查询两维数组SV[i，j]得到弹簧的其它相关性能参数信息。

进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，步骤(1)中，所述两维数组SV[i，j]中，i≥1，1≤j≤28，i和j的具体定义如下：

当1≤j≤3时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示弹簧系列号，i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最小行程；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最大行程；

当4≤j≤28时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示具体的弹簧型号，具体的弹簧型号为j-3；i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最小载荷；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最大载荷；i≥4时，表示用户定义的各弹簧型号下的弹簧的上述参数值以外的其它参数值。

进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，步骤(1)中，所述弹簧的性能参数包括弹簧型号、弹簧系列、弹簧最小载荷、弹簧最大载荷、刚度、各个具体弹簧型号的原始高度、弹簧行程及拉杆型号。

进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，所述弹簧类型包括S型、P型、C型或者D型。

进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，步骤(4)中，确定弹簧型号及弹簧系列的具体步骤为：

1)根据工作载荷初步确定弹簧型号j-3；其中，4≤j≤28，j-3表示具体的弹簧型号；从j＝4开始依次判断弹簧型号j-3是否在规定的弹簧型号的范围内，若是则进入步骤2)；若否则确定为无弹簧可选；

2)查看工作载荷是否在初步确定的弹簧型号的弹簧行程为10％时的载荷到弹簧行程为90％时的载荷范围内，若是则确定弹簧型号；若否则将弹簧型号加1后重复步骤2)；

3)根据允许的最大刚度确定初步弹簧系列；

4)查看在异常工况下与事故工况下的弹簧行程、最小与最大载荷是否都在初步确定的弹簧系列的性能参数范围内，若是则确定该弹簧系列，若否则将弹簧系列加1后重复4)。

进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，在确定弹簧型号及弹簧系列的过程中，如果已经确定型号的弹簧所对应的所有弹簧系列都不满足允许的最大刚度，则将弹簧型号加1后再重复步骤1)～步骤4)。

再进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，在步骤(3)与步骤(4)之间，还需要查看工作载荷是否在某型号弹簧的最小载荷到最大载荷范围内，若是则进行选型；若否则选型失败，需要考虑选用两个弹簧或者选用恒力弹簧支吊架。

更进一步，如上所述的选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法，所述方法还包括以下步骤：

(6)根据确定的选定弹簧的相关性能参数信息，用户根据需要将选型过程中确定的最终有用数据生成选型报告。

本发明的效果如下：

1.提前判断允许的最大刚度，并确定弹簧系列的范围，可以避免不必要的重复性计算；

2.同一型号的弹簧只给出最小行程、最大行程及其对应的载荷，其余行程对应的载荷完全用刚度进行计算，而非给出各个行程或者每隔几毫米行程给出一个载荷，计算不同行程对应载荷时需用其最接近的两个行程的载荷插值计算；

3.只用一个两维数组定义所有系列弹簧的所有需要知道的参数，包括行程、刚度、长度、重量、拉杆、拉杆的载荷等，确定一个值后，其它值通过行值和列值实现一一对应，而非现在需要查找多个表格才可以完成最终选型及计算，计算过程中在本程序的数组中查找和计算数据，极大地节省了计算所需的计算机内存；

4.根据单个弹簧还是并联弹簧自动计算相应结果；

5.将弹簧的工作载荷选定范围定在某型号的行程中间80％范围内，保证选型更可靠；

6.根据弹簧型号在数组中对应的位置，确定选定弹簧的其它信息，并自动计算生成选型报告。选型过程得到的结论既满足绘制支吊架组装图的要求，也满足提交厂家安装长度的要求，同时保证选型过程有据可查，不再进行重复性工作，减少了工作量。

附图说明

图1为常规人工计算选定变力弹簧型号及确定该型号信息的流程图；

图2为实施例中自动选定变力弹簧型号及确定型号信息的方法流程图；

图3为实施例中变力弹簧性能的数组数据；

图4为实施例中变力弹簧选型计算前界面；

图5为实施例中变力弹簧选型结果界面；

图6为实施例中自动生成的选型计算报告界面。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

图2示出了本发明实施例中自动选定变力弹簧型号及确定该型号信息的方法流程图，包括以下步骤：

步骤S11：通过数组定义弹簧的性能及各性能参数；

通过二维数组SV[i，j]定义弹簧的性能参数；其中，i和j都是定义的用于表示弹簧性能参数的序号，包括弹簧型号和弹簧系列；其具体定义如下：

当1≤j≤3时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示弹簧系列号，i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最小行程；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最大行程；

当4≤j≤28时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示具体的弹簧型号，具体的弹簧型号为j-3；i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最小载荷；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最大载荷；i≥4时，表示用户定义的各弹簧型号下的弹簧的上述参数值以外的其它参数值。

其中，性能参数包括弹簧系列、弹簧最小载荷、弹簧最大载荷、刚度、各个具体弹簧型号的原始高度、弹簧行程及拉杆型号等用户所需要的参数。

步骤S12：确定已知条件；

确定已知条件，包括弹簧类型(S型、P型、C型或者D型)、可动载荷、正常工况下的计算载荷和热位移，、异常工况及事故工况下的最小和最大位移。

对于D型的弹簧，其二维数组中的参数和S/P/C型的有所不同，弹簧的表示方法也就不相同，没有拉杆，在使用过程中，能够根据需要进行不同的定义，但其计算过程和方法是一样的，所以在后面的确定弹簧型号及弹簧系列的步骤中，即根据弹簧选型函数进行选型计算过程时，没有再对D型弹簧的选型进行描述。

步骤S13：计算工作载荷即允许的最大刚度；

根据已知条件，计算工作载荷及允许的最大刚度。在计算时，如果弹簧安装类型为两个弹簧并联，程序执行的时候计算工作载荷时为(可动载荷+计算载荷)/2，如果为单个弹簧，程序执行的时候计算工作载荷不除以2。

在确定工作载荷之后进行选型之前，即步骤(3)与步骤(4)之间，还需要查看工作载荷是否在某型号弹簧的最小载荷到最大载荷范围内，若是则进行选型；若否则选型失败，需要考虑选用两个弹簧或者选用恒力弹簧支吊架。

步骤S14：确定弹簧型号及弹簧系列；

在二维数组SV[i，j]内以弹簧型号从小到大进行选型的优化顺序循环，确定工作载荷在数组内某型号弹簧最小载荷到弹簧最大载荷范围内时对应的弹簧型号，再根据允许的最大刚度确定弹簧系列对应的代表序号。

其中，确定弹簧号及弹簧系列的具体步骤为：

1)根据工作载荷初步确定弹簧型号j-3；其中，4≤j≤28，j-3表示具体的弹簧型号；从j＝4开始依次判断弹簧型号j-3是否在规定的弹簧型号的范围内，若是则进入步骤2)；若否则确定为无弹簧可选；

2)查看工作载荷是否在初步确定的弹簧型号的弹簧行程为10％时的载荷到弹簧行程为90％时的载荷范围内，若是则确定弹簧型号；若否则将弹簧型号加1后重复步骤2)；

3)根据允许的最大刚度确定初步弹簧系列；

4)查看在异常工况下与事故工况下的弹簧行程、最小与最大载荷是否都在初步确定的弹簧系列的性能参数范围内，若是则确定该弹簧系列，若否则将弹簧系列加1后重复4)。

在确定弹簧型号及系列的过程中，如果已经确定型号的弹簧的所有系列都没有符合要求的，则需要将弹簧型号加1后再重复上述过程。

步骤S15：确定其它相关性能能参数；

根据确定的弹簧型号和弹簧系列，通过查询二维数组SV[i，j]得到弹簧的相关性能参数信息。

步骤S16：生成选型报告。

根据确定的选定弹簧的相关性能参数信息，用户根据需要将选型过程中确定的最终有用数据生成选型报告。

根据所选型号对应的数组的i和j值，通过二位数组进一步确定该型号的变力弹簧在数组中对应的其它参数，并根据选型过程中的最终有用数据，将其反应到选型计算报告中(新自动生成word或excel等文件)，便于校对及以后参考。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。

实施例

首先通过数组SV[i，j]定义弹簧的性能参数，在本实施例中，i和j都是定义的用于表示弹簧性能参数的序号，包括弹簧型号和弹簧系列；其中，i≥1，1≤j≤28，具体定义如下：

当1≤j≤3时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示弹簧系列号，i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最小行程；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应系列号下弹簧的最大行程；

当4≤j≤28时，i＝1的两维数组SV[i，j]表示具体的弹簧型号，具体的弹簧型号为j-3；i＝2的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最小载荷；i＝3的两维数组SV[i，j]表示对应型号下弹簧的弹簧最大载荷；

i≥4时，表示用户定义的各弹簧型号下的弹簧的上述参数值以外的其它参数值。

本实施例中变力弹簧性能参数的数组数据如图3所示(为直观以表格的形式表示)，例如，SV[1，1]表示弹簧系列号为3，SV[1，2]表示弹簧系列号为2，SV[4，4]表示弹簧型号为1的弹簧系列1的刚度值。

本实例中，已知条件中变力弹簧的类型为P型，弹簧的安装形式为两个弹簧并联，可动载荷20daN，管道计算报告中的正常工况下的载荷75daN，热位移4mm，异常工况下的最小位移-7mm，最大位移5mm，事故工况下的最小位移-9mm，最大位移7mm，弹簧两个并联。将上述已知条件输入到计算前的界面，如图4所示，因为弹簧安装类型为两个弹簧并联，所以就可以根据该已知条件计算工作载荷为(75+20)/2＝47.5daN，通过图3可以看出该工作载荷值显然在某一型号的弹簧最小载荷与最大载荷的范围内。在计算允许的最大刚度时，以正常工况下的位移绝对值及异常工况下的位移绝对值之和中的较大者作为判断刚度的位移值，显然本实例中用于判断刚度的位移为|-7|+5＝12mm，所以允许的最大刚度为0.25×47.5/12＝0.99daN/mm。

在计算得到工作载荷和允许的最大刚度后，在数组内以弹簧从小到大进行选型的优化顺序循环，通过图3可以确定弹簧工作载荷在数组SV[i，j]内某型号弹簧载荷范围内时对应的数组j＝5值时，其弹簧最小载荷与最大载荷分别为33.3和56.7，显然工作载荷47.5在这个范围内。此时能够初步确定弹簧型号为型号2，然后查看该型号弹簧在弹簧行程为10％时的载荷为：33.3+10％×30×0.78(系列1)＝35.64＝33.3+10％×60×0.39(系列2)，在弹簧行程为90％时的载荷为：33.3+90％×30×0.78(系列1)＝54.36＝33.3+90％×60×0.39(系列2)；所以工作载荷在弹簧行程10％时的载荷到弹簧行程90％时的载荷范围内，即图2中所示svxn(2，j)+10％×30×svxn(4，j)＜工作载荷＜svxn(2，j)+90％×30×svxn(4，j)，其中，svxn(2，j)表示弹簧型号为型号2时的弹簧最小载荷，svxn(4，j)表示弹簧型号为型号2、弹簧系列为1时的刚度值。所以确定型号为2即SV2。由于同一型号、不同系列弹簧其中间百分之八十行程的最大最小载荷都是一样的，所以本实施例只是以系列1进行了说明。在传统的方法中只要工作载荷在弹簧的最小载荷与最大载荷范围之内就可以了，没有明确的依据说不允许在弹簧的两端行程区域，不过习惯上选型的时候都尽量不在两端选，但也没有具体的界定数据，本实施例中选用中间80％行程是根据经验及平时工作总结定出的，这样能让结果更保守，而不会出现事故，增大安全系数。

而后根据允许的最大刚度0.99daN/mm确定弹簧的系列，由图3可以看出系列1(刚度值为0.78)就可以满足刚度要求，但是进一步核算，在事故工况下的最小载荷为：47.5+0.78×4-0.78×7＝45.16＞33.33，符合要求；而最大载荷为：47.5+0.78×4-0.78×(-9)＝57.64＞56.7(弹簧最大载荷)，不符合要求，所以再选用系列2，并且后续计算满足各项要求，最终选定弹簧型号的代表序号为5，弹簧系列的代表序号为2，所以确定的弹簧为SV2系列2P型。

确定所选型号对应的数组的i和j值后，通过数组进一步确定该型号的变力弹簧在数组中对应的其它参数，包括异常及事故工况下在的最大最小载荷、载荷变化率、初始长度，安装长度对应的拉杆等信息，如图5所示，本实施例中的设计载荷为(20+75)×1.66＝157.7，对于所选的弹簧拉杆的载荷450＞设计载荷157.7，符合要求。其中，在计算设计载荷的过程中，无论一个弹簧还是两个并联的弹簧，为了安全考虑，并联的时候，要保证一根拉杆断了，另外一根拉杆能承受总的载荷，所以本实施例用的(20+75)×1.66而不是单个弹簧的设计载荷75×1.66＝78.75。在最终确定了弹簧型号及弹簧系列后，用户可以根据需要根据选型过程中的最终有用数据，将其反应到选型计算报告中(新自动生成word或excel等文件)如图6所示。

发明涉及的选型方法总结于福建福清一期核电程序变力弹簧的选型。该分析方法的研究具有切实的工程背景，整个研究过程由工程实际发生的选型复杂繁琐过程引起，在短时间内准确的完成大量变力弹簧的选型及确定该型号信息是本次研究的最根本动力。本发明在详细分析面临问题特点的基础上，将传统的手工计算与现代编程技术结合，充分理解Visual Basic编程软件的功能并与Microsoft office excel相结合，最终以Visual Basic编程软件为平台实现了自动选型的方法，成功解决了福建福清核电一期工程及后续核电工程变力弹簧的自动选型问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。