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抓斗卸载条件下门座起重机的动力学分析过程
关键词：门座起重机；自漏斗；振动系统；位移响应；冲击动载因子
摘要：为了获得卸载过程中四个阶段起重机的位移响应曲线，我们建立了振动系统，并对振动微分方程和位移响应的表达式进行了推导。结合实际情况，位移响应和位移响应曲线出现在打开抓斗后的1.5秒与4秒时。结果表明：卸载过程是影响结构振动的重要因素；位移峰值和抓斗打开时间成反比；增加抓斗打开时间可以减少结构的振动。
简介
门座起重机与自卸抓斗是装卸散货的主要设备，为了保证港口装卸效率、结构稳定性和安全性，结构稳定动态特性将成为卸载过程研究的重点。在卸载过程中。对起重机起升过程进行了动力学分析研究，得出了起升过程动力学响应曲线，并得到了动态特性。王树镇（2009）和其他一些研究人员研究表明，起升过程是起重机结构振动的重要影响因素。动力学研究方法分为两种：一种是利用有限元软件对对象建模并进行动态分析；另一种是利用机械动力学和机械振动理论，建立研究对象的振动模型，求解振动微分方程并得到位移响应表达式，利用数值模拟技术得到了位移响应曲线，然后与有限元软件的分析比较，得出了动态特性。周蕾（2012）建立了门座式起重机门架-台车-起升系统耦合振动模型和耦合振动系统微分方程。并用数值方法得到了系统的耦合振动的微分方程的数值解，并分析了耦合振动系统的振动特性[ 5 ]。目前起重机装卸过程的动力学分析较少。何成忠（2010）在论文中指出带有抓斗的门座式起重机在卸载过程中，抓斗会产生动态载荷冲击，冲击载荷会引起起重机结构的急剧振动，起重机的应力响应和位移响应都将达到峰值，卸载过程也是影响结构振动的重要因素。结构振动会破坏带抓斗门座起重机的一些敏感构件。因此，对卸载过程进行动力学分析研究具有重要的理论价值和工程应用价值。本文获得门式起重机在卸载过程中的位移响应曲线，从理论上分析了抓斗卸载过程中的冲击载荷与其动态特性。本文提供了门座式起重机结构优化设计和动力学分析的理论基础。
系统振动模型
在大量的门座式起重机的研究文献中，门座起重机的门架支腿刚度较大，是一种绝对刚体的瞬态动力学分析。根据带抓斗的门座式起重机的卸载特性：在最小距离处，系统结构相对稳定，此时整个系统具有
等效刚度。结构振动模型如图1所示：
图1结构振动模型图 图2单自由度模型
根据起重机的工作特点，抓斗与抓斗支撑弹性连接，在一个很短的时间内卸载的过程中，将抓斗与支撑之间的链接视为刚性连接。所以本文忽略了弹簧的刚度。振动模型可以进一步降低到一个单自由度模型，如图2所示：
系统的振动微分方程：
n：结构自然频率 ：阻尼率
动态特性分析
卸载过程分析：在本文中，带抓斗的门式起重机下卸载过程进行分析，卸载过程实际工作可分为以下四个阶段：
第一阶段：从抓斗下行至电动机关闭，到货物刚掉到漏斗中这段时间，在这一阶段货物冲击接料漏斗。
第二阶段：从货物刚掉到漏斗中，到抓斗中货物全部卸下。在这一阶段中，起升钢丝绳受力和货物质量冲击会导致起重机的结构剧烈振动。
第三阶段：从抓斗中货物全部卸下，到货物全部落入接料漏斗，在这一阶段的由散货冲击接料漏斗产生。
第四阶段：从货物全部落入接料漏斗，到结构振动结束。在这个阶段货物与整体结构自由振动。
3.2激励响应解决方案
根据材料力学的理论，我们已知如果冲击是由于货物从高度h自由下落，当重物与弹簧接触，该结构的静变形量为Delta;st。影响的动态因素是：
根据机械振动理论，每个阶段的振动微分方程为：
其中：K =m4 g(m1 m3 m4 )
位移响应表达式
案例分析
本文研究了带自卸抓斗的1634门座起重机，设计参数
表1：MQ1634设计参数
|
名称 |
设计参数 |
|
起重机结构等效质量M1 |
350000Kg |
|
抓斗质量M3 |
6000Kg |
|
货物质量M4 |
10000Kg |
|
等效梁长度L9 |
9m |
|
结构的等效刚度K |
7.6times;107N/m |
|
截面I惯性矩 |
1.4m4 |
|
阻尼率 |
0.05 |
|
空载荷固有角频 |
14.74rad/s |
|
空载荷固有角频 |
14.41rad/s |
初始参数的每个阶段都显示在表2：
|
打开抓斗时间 |
第一步 |
第二步 |
第三步 |
第四步 |
||||
|
X 1 |
1 |
X 2 |
2 |
X 3 |
3 |
X 4 |
4 |
|
|
1.5 |
2.3 |
1.47 |
36.11 |
-0.37 |
96.62 |
1.57 |
127.57 |
-0.05 |
|
4 |
0.8 |
1.47 |
12.83 |
-0.49 |
82.02 |
1.57 |
101.7 |
0.06 |
影响动态因素：
两种位移的条件响应表达式：
（1）散货满载，当打开抓斗时间为1.5秒，位移响应表达式为：（1）散货满载，当打开抓斗时间为4秒，位移响应表达式为：
位移响应曲线示于图3和图4：
图3 T =1.5秒的位移响应曲线 图4 T =4秒的位移响应曲线
当打开抓斗的时间为1.5秒时，从0到1秒，起重机结构产生震动，但振动是不是很猛烈;从1秒到1.5秒的时间，抓斗和接料漏斗都会产生冲击，尤其是由于接料漏斗产生的冲击，导致起重机整体结构位移在短时间内急剧增加。从1.5秒到2.5秒的内，几乎所有的货物冲击接料漏斗，导致结构振动激烈，并且机构位移变化特别快;从2.5秒的以后，结构自由振动，振动迅速衰减。
当打开抓斗的时间为4秒时，从0到1秒时，结构的位移响应曲线是一条平滑的直线，振动很平缓;从1秒到4秒的时间，抓斗与接料漏斗都产生冲击，但是结构振动也还是平缓的;从4秒到5秒，几乎所有货物全部冲击接料漏斗，结构振动强烈，结构位移变化特别快;从5秒以后，该结构自由振动，振动衰减很快。
总结
根据以上的分析，主要有以下的结论可以得出：
（1）本文分析了卸载过程的四个阶段，获得了振动方程和位移响应表达。
（2）货物对接料漏斗的冲击是主要因素之一，影响结构动态特点，结构震动强烈，位移变化特别快。
（3）振动位移峰值与抓斗完全打开时间成反比。
（4）加打开抓斗所需的时间可以减轻结构振动。
（5）打开抓斗的时间越短，第二阶段的振动更加激烈
参考文献
[ 1 ]王翔.大型龙门起重机主梁结构动态优化设计方法 研究[研究]。武汉理工大学，2009。
[ 2 ]关伟.基于多体动力学的全地面起重机动态仿真. 大连理工大学，2011。
[ 3 ]张济源，毛钟槐.岸边集装箱起重机动载系数的动力学模型及其解决方案。上海海洋大学学报，2006，11:12-16。
[4]贾红霞，李丽皖.考虑弹性臂起重机动力学建模与繁振动分析[J].振动与冲击，244，2010，14:136-140 。
[ 5 ]周雷。基于门式起重机动力学理论研究。武汉理工大学，2012。
[ 6 ]何成忠。输送机和起重机的动态特性与卸载负荷研究[D].。武汉理工大学，2010。
应用力学和材料 线上：2014-06-30
国际标准刊号：1662-7482，卷529，页291-295
关键词：10.4028/www.scientific.net/amm.529.291
copy;2014技术刊物，瑞士
门式起重机主梁有限元分析
LI Kailing 1,a , WANG Lili 2,b , SHAN Nan 2 , TANG Weixiao 1
高效清洁机械制造重点实验室（山东大学）
中国济南教育部 250061
山东大学机械工程学院,中国济南,250061
青岛锅炉压力容器检验研究所,中国青岛,266004
likailing@foxmail.com,b wang1014lili@163.com
关键词:主梁、门式起重机、有限元分析、CAE
摘要：主梁是门式起重机的重要组成部分。由于主梁结构和负载作用运行状态的复杂性,很难只使用理论力学和材料力学的知识产生一个详细的分析。本文采用有限元分析方法，得到了箱梁的变形和梁的应力分布，并对如何提高干梁的设计进行了探讨。
简介
门式起重机是一种广泛使用的港口起重机械[1]。主(可能像象鼻梁)梁是起重机的一个重要组成部分[2]。由于主梁结构和负载作用运行状态的复杂性,很难只使用理论力学和材料力学的知识产生一个详细的分析[3]。有限元分析（FEA）[4,5]，更适合分析主梁在CAE软件[ 6 ]进行的主梁的变形，以及完成梁的应力分布。
主梁的变形、应力分布等分析，为它们的改进设计提供依据。在工作条件下进行静力学分析，不涉及材料的非线性、几何非线性，但考虑非线性边界条件（即考虑梁的部分非线性接触关系）。
起重机的负载运行
应用于起重机分析和计算负载,是基于起重机设计规范(GB / t3811 - 2008)[7]。起重机的形式是主干梁门式起重机内部设置到水平位置,系统中的其他组件的位置是由不同部分的实际尺寸决定的。起重机上的荷载包括梁的自重、起升动荷载、货物的挠度、风荷载等。如图1所示.
图1 负载适用于主梁的情况
自重. 梁的自重计算过程中是一个重要的载荷。它指的是起重机质量所产生的重力,它包含起重机所有的构件材料,当起重机工作时,包括起重机本身的结构 、机械设备、电气设备等。
起升载荷.起升载荷是指起升质量的重力MQ2535起重机吊装重量是25吨。由于钢丝绳和滑轮的作用，对主梁的实际负载是利用力的平行四边形法则决定的。
动负载。根据起重机的工作状态，有以下几种的动态负载：
- 当起升质量起升时，起重机本身就会出现振动，并产生脉冲的动力响应,用起升冲击系数ϕ1乘以起重机自重载荷来考虑。为反应这种振动引起自重载荷增大和减小的变化范围的上下限，通常取ϕ1=1plusmn;alpha;，则ϕ = 1.1 或 0.9，通常取ϕ = 1.1。
（2）当货物离地起升时，起升质量的惯性载荷起重机的机构产生附加的动载荷，用起升动载系数ϕ2表示，ϕ2可用下式表示
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