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《自行式桁架臂式工程起重机起升过程的动力学分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2005年5月沈阳建筑大学学报(自然科学版)May2005第21卷第3期JournalofShenyangArch.andCiv.Eng.Univ.Vol121,No13自行式桁架臂式工程起重机起升过程的动力学分析孙光复,张立山(沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:目的为了精确地描述起重机在起升过程中产生的动载荷及起升加速度对动载荷的影响.方法采用动力学有限元法,针对起升机构的特点,提出并构建了非线性的起升机构运动单元,对臂架结构则采用标准节单元,对大型自行式桁架臂式工程起重机起升过程进行计算机仿真.结果在吊重离开地面时刻,绳内拉力及主臂内弯矩变
2、为动应力,最大峰值一般发生在吊重起升后1～3s内.结论吊重起升加速度对起重机动载荷的影响较大,特别对主臂内的动弯矩的激励更加明显.关键词:自行式桁架臂式工程起重机;起升动力学分析;起升机构运动单元;标准节中图分类号:TH213文献标识码:A文章编号:1671-2021(2005)03-0276-05d工程起重机在起升过程中,从吊重在离开地面驱动力Q,则可由指定起升速度为已知时间函数,前的静止状态,到起升加速,匀速至减速制动,钢丝由文献[2]提出的“kinematicforcing”方法来确定.绳将产生巨大的动应力,进而使吊臂产生明显的振工程起重机的起升系统一般由卷筒,起
3、升绳及动,因此,起升动应力不容忽视,精确地描述振动载滑轮组3部分组成,假定起升绳仅承受拉力,滑轮半[1～6]径及其与绳的摩擦力忽略不计,吊钩认为是不变形荷对起重机的安全强度设计有着重大意义.工程起重机起升时钢丝绳及卷筒处于运动状态,文献的刚体,由此构造了下面的卷筒单元,起升绳单元及[7,8]对钢丝绳及其支撑点采用几何非线性单元模滑轮组单元.拟,然而钢丝绳处于静态,难以模拟钢丝绳的起升运111卷筒单元动.笔者对重型自动式桁架臂式工程起重机在起升卷筒单元采用2个节点,节点1是卷筒的支座,节与制动过程中的动力响应进行有限元分析,针对起点2是邻近卷筒的起升绳导向滑轮支座,卷筒本
4、身的升结构的构造特点,提出了一组新型的起升机构运弹性变形忽略不计,单元坐标系的布置方向见图1.动单元,即卷筒单元,起升绳单元及滚轮组单元.桁架臂式吊臂则应用“有限标准节”单元简化,针对德国Demag公司的型号为CC2500自行式履带起重机的起升过程进行了动力学分析.1起升过程的有限元动力分析基本理论假定吊臂仅通过导向滑轮支承钢丝绳产生起升运动,吊臂不产生任何回转或变幅等刚体大位移,因[13,14]此起升的动态方程可由下式给出:indaM¨q=-Q+Q+Q(1)这里M为系统的质量矩阵,q为系统的广义坐标,inaQ为广义内力矢量,Q为广义外力矢量,包括吊重图1卷筒单元d及风
5、载等,Q为广义驱动力矢量.质量矩阵M和单元共有8个自由度:inj广义内力Q(即结构产生的弹性内力及阻尼内力)…q=[…u1…v1w•1s1…u2…v2w•2s2](2)可以通过虚功原理采用有限单元法近似求得.广义式中…u1,…v1,w•1为卷筒支座的位移分量;…u2,…v2,w•2收稿日期:2004-08-15基金项目:建设部科技攻关项目(03-2-039)作者简介:孙光复(1946-),男,教授,博士,主要从事机械工程研究.第3期孙光复等:自行式桁架臂式工程起重机起升过程的动力学分析277为绳支承滑轮支座位移分量;s1为起升绳在卷筒缠绕点的等效缠绕长度,s2为位于滑轮
6、支承点处的绳微段的牵连运动.显然有s1φ=(3)r这里φ为卷筒转角,r为卷筒半径.如果定义j…u12=B1…q(4)js12=B2…q(5)B1,B2为相应的布尔转换矩阵,则有下面绳的非线性格林应变T2T0Tt-Δtε(…u12)…u12+s12+2(…u12)s12€e+2[(…u12)]…ar+s12λr]图2滑轮组单元g=22lr(6)0t-Δt式中λr=λr-rφ为时刻t-Δt时绳具有的有效00t-Δt00长度,λr=
7、€Ir
8、为绳段原长,…ar=λr€e,这里€e为0t-Δt沿€Ir的单位矢量,φ为时刻t-Δt时卷筒转过的角度。如果定义1TTTTC=(B1B1
9、+B2B2)+B2(€e0B1)(7)2t-ΔtTB=(…ar)B1+λrB2(8)从而有虚应变jT…qA+Bδεg=λ2δ…qj(9)r图3起升绳单元这里在当前观察时刻,滑轮组中起升绳的全部长度TA=C+C可由下式确定:则内力虚功为t0λλlr=lt+i…v1+s1-is2(12)rjjrδj=-Aσδεdl=-Aδεdl(10)We∫0gg0Eεg∫g这里0000由此,若忽略…q的三次项,有卷筒单元节点的广义lr=ilst(13)00内力为lst是未变形的起升绳段的有效长度,lr则是未变形TTjAjj的起升绳有效全长,i是起升绳分支数
