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1、3起重机建模及载荷历程动态仿真武汉科技大学机械自动化学院龙靖宇张轶蔚摘要:为在起重机结构的疲劳计算中采用应力幅法,着重探讨了基于多体动力学仿真软件ADAMS的桥式起重机虚拟样机模型的建立过程,并对桥式起重机的作业过程进行了动态仿真。关键词:ADAMS;桥式起重机;仿真;疲劳强度;应力幅法Abstract:Modelingofoverheadtravelingcraneisconductedbasedonmulti-objectdynamicssimulmionsofiwarcADAMSandsimulationofcraneoper
2、ationprocessisperformedaswell.ThisisessentialtocompletecranefatiguestrengthcalculationusingStressAmplitudemethod.Keywords:overheadtravelingcrane;simulation;fatiguestrength;StressAmplitudeMethod载荷—时间历程,为采用应力幅法计算结构的疲劳1引言强度提供重要依据。起重机设计规范(GB3811—1983)对工作级别2模型的简化为A6、A7、A8级的
3、起重机金属结构要求用应力比法进行疲劳强度计算。但实验证明,应力比法不能桥式起重机主梁跨中附近主腹板与下翼缘板间确切反映焊接结构的疲劳强度,而应力幅法则较合的焊缝出现疲劳裂纹几率高、裂纹扩展速度快,是理。但是应力幅法需要将结构疲劳破坏的危险部位主梁疲劳强度的最薄弱环节,且疲劳强度与弯曲应[3]在设计寿命期内将会出现的全部应力幅按等损伤原力幅有密切关系,而剪应力幅的影响却很小。因[1]则折算成等效常幅应力幅,所以其面临的首要问此,这里只考虑主梁跨中截面的弯曲应力对主梁疲题是如何获得一定数量的载荷(应力)—时间历程劳强度的影响。另一方面,
4、引起主梁结构疲劳的主样本,以得到描述结构随机载荷历程的载荷谱。要因素是起升载荷的大小变化和载荷位置的移动,获取载荷—时间历程样本最直接的方法是进行而结构的随机振动和冲击对疲劳强度的影响占总体现场实测,其优点是准确可靠,缺点则是费时费力影响的比重不到5%,在实用上可以略去简化分析不经济,且得到的数据只适用于特定的对象。因[4]过程。据此作以下简化:此,该法多用于实验研究。近年来出现了另一种简(1)主梁为质量、刚度均布的简支梁,只考虑便快速的分析方法,这就是在建立数学模型的基础主梁在垂直平面内的弯曲振动,忽略主梁水平弯曲上,利用计算机进
5、行仿真,求出起重机弹性构件中振动的影响;[2]载荷输出过程的统计特征。这种方法可用以计算(2)不考虑大、小车运行冲击载荷以及大车运结构或使用条件与试验过的起重机完全不同的构件行侧向歪斜载荷;中的应力,具有很大的灵活性,但计算过程较复(3)小车为位于其质心处的集中质量,只考虑杂。吊重的升降和小车的运行过程;多体动力学仿真软件ADAMS是世界上使用范(4)忽略各传动轴的质量,将它们视为弹性围最广的机械系统动力学分析软件,用它可自动生体,阻尼为粘性阻尼;成包括机电液一体化在内的、复杂系统的多体动力(5)将电动机转子、联轴器、制动轮、减速学
6、虚拟样机模型,能对产品在使用中的各种工况进器、卷筒、小车架、吊具以及吊重看作集中质量,行仿真分析,为使用者提供各种用途的、高精度的仿真计算分析结果。利用ADAMS软件,通过计算3武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室机仿真的方法可以获得起重机金属结构危险截面的开放基金资助项目《起重运输机械》2005(8)—51—忽略弹性变形及传动间隙,将起升机构看作1个支①电动机转子、联轴器、制动轮、起升减速器承在弹性梁上的运动系统。输入/输出轴、卷筒与小车之间为转动副;根据以上假设,系统的计算简图如图1所示。②起升减速器输入轴与输出轴之间
7、以关联副相连,保证2者之间与实际的减速机有相同的传动比和转动方向;③吊重与钢丝绳、小车与主梁等效质量是固定连结;④表示主梁等效刚度和等效阻尼的弹簧—阻尼图1桥式起重机主梁计算简图元件一端与主梁等效质量固结,另一端与大地参考小车和主梁的等效质量为系固结。43Lmb模型中具有弹性的轴段用扭转弹簧代替,扭转m1=mc+422πa(L-a)弹簧的弹性系数和阻尼系数均为这些轴段的等效弹式中mc———小车质量性系数和等效阻尼系数。模型中具有弹性的轴段包mb———主梁自重括:起升电动机轴、浮动轴、起升减速器输入轴与L———主梁跨度输出轴。主梁等效
8、刚度为经过上述步骤创建的起升机构、小车及主梁的3EILADAMS仿真模型见图2。c1=22a(L-a)式中E———主梁材料弹性模量I———主梁截面惯性矩简支梁AE段的弯矩为3EIx1sMAE=2a(L-a)式中s———主梁在E点处的下
