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《考虑臂架弹性的动臂起重机动力学建模及振动分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、振动与冲击第29卷第12期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l29No.122010考虑臂架弹性的动臂起重机动力学建模及振动分析1,213嘉红霞,李万莉,W.Singhose(1.同济大学机械工程学院,上海200092;2.上海海事大学物流工程学院,上海200135;3.GeorgiaWoodruffSchoolofMechanicalEngineering,GeorgiaInstituteofTechnology,Atlanta,GA30332-0405,USA)摘要:动臂起重机负载的振荡会
2、大大降低起重机工作时的防倾翻能力。首先建立动臂起重机的静态模型以便全面了解动臂起重机的系统结构。然后运用AUTOLEV建立了考虑臂架弹性的动臂起重机的一个简单模型及完全多体动力学模型,仿真出动臂起重机各机构运行时弹性臂架输出角度及臂架顶部负载对阶跃输入的响应曲线。从仿真结果可以看出,动臂起重机中车体的运行及臂架的回转和起升都会导致负载的剧烈振荡从而影响整机工作的安全性。详细而全面的负载振动分析为系统的振动控制提供了有力的依据。关键词:弹性机械臂;动臂起重机;简单模型;多体动力学模型;振动分析中图分类号:O313.7文献标识码:A
3、广泛应用于高空作业中的动臂起重机因其基础的型,分析了在该模型下臂架及负载的振动状态,从而强可移动性及可改变作业的高度而大大的拓展了它的工化了从简单模型中得到的结果。作空间,提高了工作效率。然而动臂起重机在带载工1动臂起重机的静态模型作时具有较差的稳定性和安全性,尤其是当折臂与基础成一定角度带载提升时更是可能引起整机的倾翻。图1所示为本文研究的动臂起重机的一种,其主许多研究者针对移动式起重机的失稳现象做了大量的体部分包括卡车(基础部分)、两节弹性臂架及臂架末[1]先期研究,Kilicaslan,Balkan和Ider研究了移动式起端的
4、工作平台。重机在工作位置及臂架固定、但负载移动时不会产生[2]倾翻所能起升的最大负载;Towarek研究了移动式起重机在松软的地面上行走时的动态稳定性问题。起重机负载的振荡对整机工作时的稳定性具有重要的影响,因此,对于负载振动的控制就成了当务之[3]急。AbdelRahman和Nayfeh研究了基础运动激励下的负载振荡问题;Arnold,Sawodny和Hilderbrandt等[4]人将移动式起重机的负载防摇问题看作是非线性的约束优化控制问题进行了深入的研究;Lewis和Parker[5]等人则提出了可采用自适应输入滤波器来减小负载
5、振荡。图1动臂起重机Fig.1Acherrypicker动臂起重机的另一大特点就是其起升臂架往往被视为弹性臂,使得起重机的起升系统成为柔性系统,大为了更好地理解动臂起重机的系统结构,进而在大增加了负载的振荡。本文考虑起重机臂架弹性,试建立起重机系统动态模型的基础上分析其带载工作时图从建立动臂起重机的模型开始来分析负载的振动状负载的振动情况,首先建立整体系统的静态模型是非况,从而为负载振动控制提供一定的依据。文中先建常必要的,其静态模型如图2所示。起重机的两节弹立了动臂起重机的一种简单模型,以便对系统各输入性臂架的长度分别为L1和L2,
6、质量为M1、M2。臂架末引起的臂架角度及负载振荡有个基本的认识。然而,端的工作平台在模型中被视作一个集中质量,设为M。对于动臂起重机的复杂动力学系统而言,还应该考虑弹性臂架通过旋转轴与基础连接在一起,并可绕旋转[6]车体轮胎的刚度,车轮的滑转以及负载的横向迁移。轴回转,旋转轴的高度为h,旋转中心距离后车轴的距所以文中又建立了动臂起重机的完全多体动力学模离为d。起重机基础部分的质量设为Mc,其重心MC与几何中心的相对位置分别设为:x轴方向为xMC,y轴收稿日期:2009-06-25修改稿收到日期:2010-03-25方向为yMC。基础轴
7、距为Cl,轮距为Cw。同时设车轮第一作者嘉红霞女,博士生,讲师,1973年11月生半径为r。通讯作者嘉红霞第12期嘉红霞等:考虑臂架弹性的动臂起重机动力学建模及振动分析137本文在建模及仿真过程中所采用的系统尺寸参数2动臂起重机的一种简化动力学模型及其振主要数值见表1所示。动分析21动臂起重机简化动态模型的建立图3所示为动臂起重机的一种简化模型,该模型仅仅考虑基础的前向运动及两弹性臂架的起升。设基础的运行速度图3动臂起重机的一种简单动力学模型为v,在运行Fig.3Asimplifiedmodelofch
8、errypickers的起始阶段具有恒加速度a,如果两弹性臂架的输出角位移分别为1及2,则对应的角速度为1及2。设图中坐标系(x,z)中x方向为基础速度的方向,z方向为负载重力方向,则负载M相对
