塔式起重机回转起制动过程的动载特性研究

论文摘要

塔式起重机是一种间歇式工作机械,工作中运动状态和荷载的变化,将会引起机构﹑结构和整个系统的冲击和振动,它们将不同程度的影响零件寿命﹑结构可靠性以及司机的疲劳和安全。因此准确描述和精确计算塔机结构体系在外激励下的动态过程,对于塔机的经济性和安全性都具有非常重要的意义。目前,国内外对塔式起重机的动态分析多集中于起升机构的起动与制动过程的动态研究,各国设计规范中的计算方法与理论中的有关动载系数亦是针对起升过程而言。然而回转过程的动态反应是工程实际的客观存在,因回转起制动引起的动力学问题应引起足够关注。本文试图在此方向做出相应的贡献。本文针对塔式起重机回转起制动工况下扭转振动特性和惯性载荷特性进行了分析计算,总结出了一套方便、实用的方法,并且应用动态特性实验验证了该方法的正确性。本文首先根据多台塔式起重机的动力有限元分析结果和回转起制动的载荷特点,并根据桁架结构的刚度等效和机构动力分析的质量及转动惯量等效原则,建立了一个塔式起重机扭转振动分析的等效模型,将复杂的塔机结构简化成一平面结构,为扭转振动分析奠定了基础;然后在该等效模型的基础上,根据结构振动理论,计算出了塔机第一阶振动频率(基频)和振型。进而根据振型叠加法和结构分析中的位移法,分析计算了吊臂主弦杆和塔身腹杆等重要构件在扭转振动中的最大动应力,弥补了以前在此工况下动态载荷分析的不足;最后计算了QT810实验型塔式起重机分别在最大幅度、中间幅度和最小幅度额定载荷下的扭转振动情况,并进行了动态特性测试;通过实用方法的计算结果与实验结果比较证明了本分析方法具有很高的精度,而计算工作量较小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 塔式起重机回转工况下动态特性理论分析
• 2.1 建立有限元模型所做的简化
• 2.2 对于塔机结构所做的特殊处理
• 2.3 塔式起重机回转起制动过程中的载荷分析
• 2.4 塔机动态特性的理论分析
• 2.4.1 结点运动方程
• 2.4.2 结构动力响应分析
• 2.4.3 QT810 实验型塔机有限元分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 塔机扭转振动分析的实用方法
• 3.1 等效模型的建立
• 3.2 塔机回转平面内各部件等效刚度
• 3.2.1 塔身的等效扭转刚度
• 3.2.2 吊臂和平衡臂的等效抗弯惯性矩
• 3.3 塔机各集中质量的等效质量和转动惯量
• 3.4 塔机扭转振动模态分析
• 3.4.1 结构总刚度矩阵
• 3.4.2 结构总质量矩阵
• 3.5 塔机扭转振动响应分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 塔机扭转振动分析计算
• 4.1 塔机等效刚度
• 4.2 不计吊重时塔机等效质量
• 4.3 塔机空载时扭转振动模态分析
• 4.4 最大幅度下扭转振动响应
• 4.5 中间幅度下扭转振动响应
• 4.6 最小幅度下扭转振动响应
• 4.7 本章小结
• 第5章 塔机动态特性的实验分析
• 5.1 实验方法及步骤
• 5.1.1 测点的确定
• 5.1.2 应变片的粘贴
• 5.1.3 测试线的焊接
• 5.1.4 动态测试的步骤
• 5.2 回转工况下的应力测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢