引言

TsJl60岸邊起重機是為某工程岸邊取梁專門設計的固定式懸臂吊機,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。

機械振動對岸邊起重機的影響主要體現(xiàn)在其結構的動態(tài)剛性上。對起重機的動態(tài)剛性一般不作要求,但用戶從起重機使用條件考慮對此有要求,或從起重機設計角度考慮認為對此性能有要求時,則需進行校核。本文利用Femap&NxNastran有限元法,對岸邊起重機的建模和約束進行探討,并在此基礎上對其固有頻率和振型進行分析,希望對固定式懸臂吊機的設計和使用提供一些幫助。

1模態(tài)分析理論

模態(tài)分析是用來確定結構的振動特性的一種技術,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振型在多大程度上參與了振動。利用有限元分析軟件Femap&NxNastran建立有限元模型,并對其進行模態(tài)分析,可以確定結構的固有頻率和振型。

2有限元模型建立

2.1TSJ160岸邊起重機性能及參數(shù)

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

2.2有限元模型

采用有限元計算軟件Femap&NxNastran建立岸邊吊機有限元模型,岸邊吊機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構,主梁和立柱均采用梁單元模擬。圖l為岸邊起重機有限元模型。

約束條件說明:立柱與地面之間通過預埋的高強螺栓錨固,立柱與地面為固定連接。

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

3岸邊起重機的模態(tài)與振型

基于析架模型的岸邊起重機為低頻振動系統(tǒng),起升小車的卷揚機為慢速卷揚機,慢速起升和慢速下降時容易引起結構共振。考慮岸邊起重機的動態(tài)響應主要取決于岸邊吊機結構的前幾階頻率,對其結構的前八階模態(tài)進行分析,用于確定不同類型的動力載荷對結構的影響。

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的水平方向和豎直方向擺動,可由風載荷和吊重及重物偏擺等原因激勵起振。第一階模態(tài)反映的是反向水平彎曲振動,頻率為0.0867Hz:第二階模態(tài)反映的是豎直方向振動,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主梁上下扭轉擺動,可由吊重偏載等原因激勵起振。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主梁和主梁平聯(lián)的水平方向對稱彎曲擺動。第五階模態(tài)反映主梁水平方向對稱彎曲振動,頻率為0.2556Hz:第六階模態(tài)反映的是主梁平聯(lián)水平對稱彎曲振動,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主梁和主梁平聯(lián)水平方向和豎直方向同向擺動。第七階模態(tài)反映主梁水平方向同向彎曲振動,頻率為0.2968Hz:第八階模態(tài)反映主梁平聯(lián)同向彎曲振動,頻率為0.3222Hz。

圖5  第七階和第八階模態(tài)與振型

4結論

(1）本文利用大型有限元分析軟件Femap&NxNastran對岸邊起重機結構進行模態(tài)分析,展示了岸邊起重機結構固有振動形態(tài)并預測其動態(tài)特性,明確了引起振動的原因。

(2）準確地計算出結構的固有振型,并以圖像形式展現(xiàn)。

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