微電腦智能保安型家用燃?xì)獗?/h1>
2014-04-29 00:00:00王曉峰
品牌與標(biāo)準(zhǔn)化 2014年2期
橋式起重機(jī)是一種經(jīng)常起動(dòng)、起升、運(yùn)行、制動(dòng)等反復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，工作環(huán)境復(fù)雜，載荷變動(dòng)較大，其鋼結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下承受復(fù)雜劇烈不穩(wěn)定狀態(tài)的振動(dòng)。如果在工作中發(fā)生共振而引起事故，其后果將是不堪設(shè)想的。
本文以沈陽某公司的一臺(tái)10t電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)為對(duì)象，分析橋架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，用以求解多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)的固有頻率和相應(yīng)振型，有限元分析法是計(jì)算模態(tài)分析常用的方法。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，模態(tài)分析主要用于計(jì)算模型固有模態(tài)的2個(gè)基本參數(shù)：固有頻率和固有振型。如果知道了結(jié)構(gòu)的固有頻率，便可以在設(shè)計(jì)與改進(jìn)時(shí)使結(jié)構(gòu)的固有頻率避開其在使用過程中的外部激振頻率。另外，通過對(duì)模態(tài)振型的分析，還可以了解橋架整體彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的分布情況。本文用CAE工程分析軟件COSMOS，對(duì)橋式起重機(jī)橋架的三維有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析。
1 模態(tài)分析理論
模態(tài)分析的核心內(nèi)容是確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的模態(tài)參數(shù)。根據(jù)Alembert D原理，引入相應(yīng)的慣性力，可將彈性體的動(dòng)力學(xué)問題簡化為相應(yīng)的靜力問題，其動(dòng)力有限元的基本方程為：
[MX\"+CX'+KX=F（t）] （1）
式中：[M]——質(zhì)量矩陣；[C]——為阻尼矩陣；[K]——為剛度矩陣；[X]——為位移向量；[F（t）]——作用力向量；[t]——時(shí)間。
當(dāng)[F（t）]=0時(shí)，忽略阻尼的影響，方程變?yōu)椋?/p>
[MX\"+KX=0] （2）
自由振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)做簡諧振動(dòng)，各節(jié)點(diǎn)位移為：
[X][=?e-jwt]
則用：[K-w2M?=0]
求出特征值[w2]和特征向量[?]，求得系統(tǒng)各階固有頻率、固有振型。
2 橋架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
評(píng)價(jià)橋架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的好壞主要看橋架結(jié)構(gòu)低階頻率。橋架結(jié)構(gòu)的低階頻率應(yīng)該高于其他零部件結(jié)構(gòu)的固有頻率、電動(dòng)機(jī)的固有頻率、減速器及其后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的最高工作頻率。對(duì)于大型起重機(jī)來說，主要是低階模態(tài)起作用，高階模態(tài)可以忽略，前2階的陣型模態(tài)分別如下圖1、圖2所示。
圖1 1階頻率綜合變形
圖2 2階頻率綜合變形
表1 前2階頻率表
3 結(jié)論
由以上模態(tài)分析的圖表可以看出：
（1）通過分析振型，找出結(jié)構(gòu)薄弱之處，判別產(chǎn)生振動(dòng)的原因。因此，振型分析有利于在橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段預(yù)測其動(dòng)態(tài)特性，為橋架結(jié)構(gòu)優(yōu)化和疲勞強(qiáng)度校核提供理論依據(jù)。從振型分析中可知，橋架參與了多種形式的振動(dòng)，為確保結(jié)構(gòu)預(yù)期的疲勞壽命，應(yīng)在設(shè)計(jì)和制造中加強(qiáng)上、下蓋板與腹板的連接強(qiáng)度，重視該部位焊接質(zhì)量，以提高其疲勞壽命。
（2）GB3811-1983規(guī)定，起重機(jī)作為振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度（動(dòng)剛度），以滿載情況下鋼絲繩組的下放懸吊長度相當(dāng)于額定起升高度時(shí)系統(tǒng)在直方面的最低階固有頻率（簡稱為滿載自振頻率）來表征。對(duì)于橋式或門式起重機(jī)和裝卸橋，小車位于跨中時(shí)的自振頻率不應(yīng)小于2Hz。從結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性來看，橋架的第1階固有頻率為3.0635Hz，大于2Hz，符合起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范。
橋式起重機(jī)是一種經(jīng)常起動(dòng)、起升、運(yùn)行、制動(dòng)等反復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，工作環(huán)境復(fù)雜，載荷變動(dòng)較大，其鋼結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下承受復(fù)雜劇烈不穩(wěn)定狀態(tài)的振動(dòng)。如果在工作中發(fā)生共振而引起事故，其后果將是不堪設(shè)想的。
本文以沈陽某公司的一臺(tái)10t電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)為對(duì)象，分析橋架結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，用以求解多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)的固有頻率和相應(yīng)振型，有限元分析法是計(jì)算模態(tài)分析常用的方法。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中，模態(tài)分析主要用于計(jì)算模型固有模態(tài)的2個(gè)基本參數(shù)：固有頻率和固有振型。如果知道了結(jié)構(gòu)的固有頻率，便可以在設(shè)計(jì)與改進(jìn)時(shí)使結(jié)構(gòu)的固有頻率避開其在使用過程中的外部激振頻率。另外，通過對(duì)模態(tài)振型的分析，還可以了解橋架整體彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的分布情況。本文用CAE工程分析軟件COSMOS，對(duì)橋式起重機(jī)橋架的三維有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析。
1 模態(tài)分析理論
模態(tài)分析的核心內(nèi)容是確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的模態(tài)參數(shù)。根據(jù)Alembert D原理，引入相應(yīng)的慣性力，可將彈性體的動(dòng)力學(xué)問題簡化為相應(yīng)的靜力問題，其動(dòng)力有限元的基本方程為：
[MX\"+CX'+KX=F（t）] （1）
式中：[M]——質(zhì)量矩陣；[C]——為阻尼矩陣；[K]——為剛度矩陣；[X]——為位移向量；[F（t）]——作用力向量；[t]——時(shí)間。
當(dāng)[F（t）]=0時(shí)，忽略阻尼的影響，方程變?yōu)椋?/p>
[MX\"+KX=0] （2）
自由振動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)做簡諧振動(dòng)，各節(jié)點(diǎn)位移為：
[X][=?e-jwt]
則用：[K-w2M?=0]
求出特征值[w2]和特征向量[?]，求得系統(tǒng)各階固有頻率、固有振型。
2 橋架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
評(píng)價(jià)橋架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的好壞主要看橋架結(jié)構(gòu)低階頻率。橋架結(jié)構(gòu)的低階頻率應(yīng)該高于其他零部件結(jié)構(gòu)的固有頻率、電動(dòng)機(jī)的固有頻率、減速器及其后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的最高工作頻率。對(duì)于大型起重機(jī)來說，主要是低階模態(tài)起作用，高階模態(tài)可以忽略，前2階的陣型模態(tài)分別如下圖1、圖2所示。
圖1 1階頻率綜合變形
圖2 2階頻率綜合變形
表1 前2階頻率表
3 結(jié)論
由以上模態(tài)分析的圖表可以看出：
（1）通過分析振型，找出結(jié)構(gòu)薄弱之處，判別產(chǎn)生振動(dòng)的原因。因此，振型分析有利于在橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段預(yù)測其動(dòng)態(tài)特性，為橋架結(jié)構(gòu)優(yōu)化和疲勞強(qiáng)度校核提供理論依據(jù)。從振型分析中可知，橋架參與了多種形式的振動(dòng)，為確保結(jié)構(gòu)預(yù)期的疲勞壽命，應(yīng)在設(shè)計(jì)和制造中加強(qiáng)上、下蓋板與腹板的連接強(qiáng)度，重視該部位焊接質(zhì)量，以提高其疲勞壽命。
（2）GB3811-1983規(guī)定，起重機(jī)作為振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度（動(dòng)剛度），以滿載情況下鋼絲繩組的下放懸吊長度相當(dāng)于額定起升高度時(shí)系統(tǒng)在直方面的最低階固有頻率（簡稱為滿載自振頻率）來表征。對(duì)于橋式或門式起重機(jī)和裝卸橋，小車位于跨中時(shí)的自振頻率不應(yīng)小于2Hz。從結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性來看，橋架的第1階固有頻率為3.0635Hz，大于2Hz，符合起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范。
