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澳门皇冠解析:塔式起重机动态响应分析和测试
发表于:2019-05-24 16:08

  由于现代高层结构的施工要求,自升式塔式起重机已成为不可缺少的重要施工机械,而且随着现代工业的迅速发展和市场竞争的加强,对塔式起重机设计的要求越来越高,不仅要考虑其静强度,更需要考虑动强度。所以,塔机的动力特性已成为重要的研究课题。

  本文主要论述了QTZ80型塔机,当吊重离地起升工况下的有限元动态响应分析和动强度电测试验。

  建立正确而可靠的塔机结构体系有限元计算模型是一项十分重要的工作,它直接关系到结果的正确与否。

  (5)起重机在工作过程中,钢结构工作在弹性范围内,力与变形属线性关系,振动属线.常用单元

  针对塔机结构的特点,用有限元法计算时,主要采用杆元、梁元、板元、块元,板杆组合、板块组合。共有节点9066个,梁元1113个,块元1836个,壳元5868个。图1表示了板杆组合的平衡臂,图2表示了板元组成的下回转支座中的立V板。t2101.gif(1167bytes)

  塔身底部结构刚度很大,又与地基用地脚螺栓相连,则认为在底部能承受弯矩,可以假定它是固接支座。起重臂根部是通过销轴与塔机的回转节相连,故在臂架起升平面可认为是固定铰支座。

  起重臂二根拉杆以梁元处理,其上吊点按固定铰支座处理。平衡臂的臂根和上吊点处理方法与起重臂相似,为固定铰支座。由于塔身的刚度很大,弯矩小,故可把塔帽与上回转支座的连接及下回转支座与塔身的连接做为固接支座。

  (2)分布载荷如果作用在结构上的载荷是在一定面积或一定长度上,称其为分布载荷。塔机结构的自重,风载荷,由加速运动引起的惯性力等,通常都作为分布载荷。

  由于我们采用有限元通用软件,这些程序的单元库中不可能包含钢丝绳、滑轮单元。因而有时在计算中仅仅把钢丝绳简化为杆单元,而不考虑滑轮作用。这样显然不能保证钢丝绳的轴力以及滑轮轴对支承的作用与实际情况相符。所以我们利用杆单元模拟钢丝绳滑轮作用。忽略摩擦力的影响,钢丝绳滑轮承载后的受力状态如图3(a)所示。

  根据滑轮的构造和受力特点,在建立有限元计算模型时,在局部构造一个在平面内三杆汇交于一点的体系,来模拟钢丝绳和滑轮作用。即把滑轮两端的钢丝绳分别取为二个杆单元,其轴线同钢丝绳的实际轴线重合。同时再构造一个新的杆单元如AO杆,它处于上述两杆单元的对称位置上代替了滑轮的作用。如图3(b)所示。

  起升是塔式起重机主要工况之一,正常起升包括上升启动、稳定上升、上升制动、下降启动、稳定下降和下降制动六个阶段,其中上升启、制动及下降启、制动为非稳定运动状态,吊重会产生动载荷。这就使起重臂结构上的载荷成为交变动载荷,在此动态载荷激励下,起重臂结构产生振动,结构中应力为交变动应力。

  下降制动有二种情况,一是将吊重安装就位,二是空钩下降取物。QTZ-80型塔机根据现行塔机设计规范,起升机构设置了微动下降速度挡。前一种情况在操作时首先由正常下降速度转换为较低的微动下降速度,而后再采取制动。后一种情况虽常常由高速下降直接制动,但为空载状态。所以二种情况所产生的动载荷都远远小于满载离地起升工况。

  第一阶段:起升机构启动并加速,松驰的钢丝绳被拉直,但没有张紧,所以结构并未受载。假设在钢丝绳张紧以前,起升机构达到额定转速。

  第三阶段:物品离地后上升,在此阶段中若座标原点取在静平衡位置,则系统从第二阶段末了时的速度和位移为初始条件作自由振动。

  当吊重离地起升第一阶段结束时激励载荷F(t)是由起升机构卷绕和张紧钢丝绳而产生的,当单绳起升速度为Vt时,则起升钢丝绳的张力即激励载荷为:

  对第二阶段来讲,第一阶段结束时的动力参数也是它的初始激励因素,包括激励力、初始位移和初始速度。进入第二阶段后,重物已经脱离地面,钢丝绳已不能再张紧以提高激励力。所以F(t)是一个常量。此外,在重物脱离地面的瞬间,重物尚无运动速度,因此重物有向下相对运动的初始速度。

  结合QTZ80型塔机对吊重离地起升时进行的动态响应分析,得到了起重臂位移与时间和应力与时间的关系,见结论。

  (2)在物品起升和下降制动过程中,原动机和传动机构的运动不受结构振动的影响。

  实测时在回转节、起重臂、塔身主弦杆上进行了测点布置,整体布局如图4所示。

  (1)根据动强度测试及动态响应计算发现,塔机结构设计中不存在一个统一的动载系数:塔根处动载系数最大,起重臂次之,吊钩最小。这是因为吊钩的动载荷仅由吊重的惯性力引起;起重臂的动载荷除了吊重的惯性力外,还有自身的惯性力;塔身根部的动载荷则综合了吊重、起重臂和塔身三者的惯性力。动载系数的测试值见表1。

  (2)起重臂动载系数的计算值与测试值基本吻合。图5为动强度测试中起重臂的结构示意图,图中所示的下弦杆为测试单元;在计算过程中,采用了与测试的起重臂具有相同的结构特征和材料特性建立的计算模型。图5中的数字为计算模型中与测试点相对应的单元序号。表2为吊重全速离地上升时动载系数的测试值与计算值的比较,二者相对误差在3.7%~10%之间,计算值稍偏大。