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1、基于ANSYS的起重机起升机构起升过程的动态分析武汉理工大学物流工程学院 曾 春 徐长生 摘 要:根据机械振动理论,建立了起重机起升机构的动力学模型。确定了起升机构在起动、制动情况下,钢丝绳系统弹性力的计算公式。应用ANSYS有限元分析软件,分析了起升机构在起动到匀速上升至制动过程中钢丝绳系统的动载荷变化情况,并对计算结果进行仿真分析。关键词:起升机构,动载荷,ANSYS软件;模型Abstract:Itestablishesadynamicmodelforcrane′shoistingmechanismaccordin
2、gtomechanicsvibrationtheoryanddeter2minesthecalculationformulaofsteelrope′selasticityatstartingandbraking.Andthenitanalyzesthedynamicloadonropesys2temfromstartingtoconstantspeedliftingandthentobrakingbyANSYS.Italsodoesasimulationanalysisofcalculatedresult.Keyword
3、s:hoistingmechanism;dynamicload;ANSYSsoftware;model设承载结构的质量用m0表示;m1表示电动1 引言机转子和机构中所有运动部分的推算质量;m2表起重机的共同特点是工作时经常起动和制动。示吊重的推算质量;k0是安装起升机构的承载结在起重机起升机构的起动制动过程中,桥架和钢丝构(小车架和桥架)刚度系数;k是钢丝绳系统在绳都会发生不稳定的弹性振动,同时产生动载荷。货载悬挂点刚度系数;S0表示承载结构质量;m0桥式起重机的动载荷包括传动机构的动载荷和金属在固定坐标系内的位移;S1
4、表示起升机构质量;结构(桥架和小车架)的动载荷,这种动载荷是起m1在动坐标系内的位移;S2表示吊重质量m2在重机设计时所要考虑的主要载荷之一。本文针对起动坐标系内的位移;Q+f(t)为作用在质量m1重机起升机构在悬吊过程中的货物突然起动—→平上的外力。稳上升运行—→制动静止作业工况下钢丝绳系统211 上升起动工况(包括滑轮组)的动载荷情况,进行起升过程的动起升机构在吊重处于悬吊状态下起动时,钢丝力学分析,并对计算结果进行分析。绳所受的弹性力变化情况讨论如下:质量m0的运动微分方程可写成拉格朗日方程2 起升机构的动力学分析
5、的形式[1]起升机构的动力学模型如图1所示。d5T05V0(·)+=(s1-s2)k0dt5s05s0简化后得到质量m0的运动微分方程为2ds0m02+k0s0=(s1-s2)k0(1)dt质量m1的运动微分方程可写成拉格朗日方程的形式d5T15V1(·)+=Q+f(t)dt5s15s1简化后得到质量M1的运动微分方程为2ds1图1 起升机构起、制动时的振动模型m12+(s1-s2)k=Q+f(t)(2)dt—72—《起重运输机械》 2007(10)同上运用拉格朗日方程并求解得到m2运动微升机构减速器传动比i=48157
6、;卷筒直径D=500分方程mm。根据式(4)、(5)、(9),本实例的各参数描22ds2ds0述如表1所示。m2(2-2)-(s1-s2)k=-Q(3)dtdt表1 钢丝绳弹性力计算公式参数联立式(1)、(2)、(3)求解,取加速力f参数含义数值(t)≈P1=常数。利用初始条件,得到钢丝绳所电动机转子和机构中所有受的弹性张力Fq为m2130504kgs/m运动部分的推算质量P1m2Fq≈(s1-s2)k=(m)[1-m2吊重质量16000kg1+m2k7kn(m1+m2)0桥架跨中刚度112×10N/mcost]+Q(4
7、)m1m2k钢丝绳系统刚度25400N/mk0k电动机驱动力换算到kn=P1204400Nk0+k吊重线速度上的力212 匀速上升工况制动器制动力矩换算到P2367190N起升机构在匀速上升阶段中,钢丝绳所受弹性吊重线速度上的力张力F即为吊重重量,即Q吊重重量156800NF=m2g(5)tq起升机构上升起动时间01715s213 上升制动工况tz起升机构上升制动时间01732s起升机构在上升制动工况时的受载情况下,质 综合上述2种工况阶段钢丝绳弹性力情况,代量m0、m1和m2的系统运动微分方程入式(4)、(5)、(9
8、),为节省计算时间,将匀速起2ds0升时间缩减约为2S,得到上升起动和上升制动过m02+s0k0=(s1-s2)k(6)dt[2]程的钢丝绳弹性力2ds1F=m12+(s1-s2)k=-P2(7)dt16347(1-cos2814t)+156800t∈[0,01715)式中,P2为制动力,近似地将其取常数。15680
