引言

TsJl60岸邊起重機(jī)是為某工程岸邊取梁專門設(shè)計(jì)的固定式懸臂吊機(jī),自重約200t,最大吊重l60t,主要由起升小車、主梁、立柱、吊掛、錨固、爬梯等部件組成。

機(jī)械振動(dòng)對(duì)岸邊起重機(jī)的影響主要體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛性上。對(duì)起重機(jī)的動(dòng)態(tài)剛性一般不作要求,但用戶從起重機(jī)使用條件考慮對(duì)此有要求,或從起重機(jī)設(shè)計(jì)角度考慮認(rèn)為對(duì)此性能有要求時(shí),則需進(jìn)行校核。本文利用Femap&NxNastran有限元法,對(duì)岸邊起重機(jī)的建模和約束進(jìn)行探討,并在此基礎(chǔ)上對(duì)其固有頻率和振型進(jìn)行分析,希望對(duì)固定式懸臂吊機(jī)的設(shè)計(jì)和使用提供一些幫助。

1模態(tài)分析理論

模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的一種技術(shù),通過它可以確定自然頻率、振型和振型參數(shù),即在特定方向上某個(gè)振型在多大程度上參與了振動(dòng)。利用有限元分析軟件Femap&NxNastran建立有限元模型,并對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析,可以確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。

2有限元模型建立

2.1TSJ160岸邊起重機(jī)性能及參數(shù)

起重能力:最大懸臂l0m,最大起重量l60t:起升速度V=l.7m/min:岸邊吊機(jī)自重約l97t。懸臂端起吊時(shí),由于需要調(diào)整吊掛的位置,起重小車需要經(jīng)歷啟動(dòng)、制動(dòng)、再啟動(dòng)、再制動(dòng)的過程。該起重機(jī)起升電機(jī)為變頻電機(jī),整個(gè)啟動(dòng)、制動(dòng)過程需要24s,工作頻率為0.04l6Hz。

2.2有限元模型

采用有限元計(jì)算軟件Femap&NxNastran建立岸邊吊機(jī)有限元模型,岸邊吊機(jī)上部為兩層的析架梁,下部立柱為由板材焊接而成的析架結(jié)構(gòu),主梁和立柱均采用梁?jiǎn)卧M。圖l為岸邊起重機(jī)有限元模型。

約束條件說明:立柱與地面之間通過預(yù)埋的高強(qiáng)螺栓錨固,立柱與地面為固定連接。

岸邊吊機(jī)上部為起重天車,起重天車以質(zhì)量單位(Mass）形式添加在車輪與上弦桿的接觸處。

3岸邊起重機(jī)的模態(tài)與振型

基于析架模型的岸邊起重機(jī)為低頻振動(dòng)系統(tǒng),起升小車的卷揚(yáng)機(jī)為慢速卷揚(yáng)機(jī),慢速起升和慢速下降時(shí)容易引起結(jié)構(gòu)共振。考慮岸邊起重機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)主要取決于岸邊吊機(jī)結(jié)構(gòu)的前幾階頻率,對(duì)其結(jié)構(gòu)的前八階模態(tài)進(jìn)行分析,用于確定不同類型的動(dòng)力載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

如圖2所示,第一階模態(tài)和第二階模態(tài)固有頻率與固有振型反映了岸邊吊機(jī)的水平方向和豎直方向擺動(dòng),可由風(fēng)載荷和吊重及重物偏擺等原因激勵(lì)起振。第一階模態(tài)反映的是反向水平彎曲振動(dòng),頻率為0.0867Hz:第二階模態(tài)反映的是豎直方向振動(dòng),頻率為0.2l58Hz。

圖2  第一階和第二階模態(tài)與振型

如圖3所示,第三階模態(tài)和第四階模態(tài)固有頻率與固有振型反映了岸邊吊機(jī)主梁上下扭轉(zhuǎn)擺動(dòng),可由吊重偏載等原因激勵(lì)起振。第三階頻率為0.2162Hz,第四階頻率為0.2539Hz。

如圖4所示,第五階模態(tài)和第六階模態(tài)固有頻率與固有振型反映了岸邊吊機(jī)主梁和主梁平聯(lián)的水平方向?qū)ΨQ彎曲擺動(dòng)。第五階模態(tài)反映主梁水平方向?qū)ΨQ彎曲振動(dòng),頻率為0.2556Hz:第六階模態(tài)反映的是主梁平聯(lián)水平對(duì)稱彎曲振動(dòng),頻率為0.2834Hz。

如圖5所示,第七階模態(tài)和第八階模態(tài)固有頻率與固有振型反映了岸邊吊機(jī)主梁和主梁平聯(lián)水平方向和豎直方向同向擺動(dòng)。第七階模態(tài)反映主梁水平方向同向彎曲振動(dòng),頻率為0.2968Hz:第八階模態(tài)反映主梁平聯(lián)同向彎曲振動(dòng),頻率為0.3222Hz。

圖5  第七階和第八階模態(tài)與振型

4結(jié)論

(1）本文利用大型有限元分析軟件Femap&NxNastran對(duì)岸邊起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,展示了岸邊起重機(jī)結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)形態(tài)并預(yù)測(cè)其動(dòng)態(tài)特性,明確了引起振動(dòng)的原因。

(2）準(zhǔn)確地計(jì)算出結(jié)構(gòu)的固有振型,并以圖像形式展現(xiàn)。

(3）由模態(tài)分析的結(jié)果可知,岸邊起重機(jī)典型工作頻率可避開前幾階固有頻率。