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摘 要：本文对物料冲击漏斗全过程进行瞬态动力学分析，并对带斗门座起重机动态特性以及 冲击载荷对漏斗的冲击进行理论分析计算，运用数值仿真技术得到其位移响应表达式及位移响应曲 线，为结构优化设计和带斗门座起重机动力学分析提供理论依据。 关键词：带斗门座起重机；动力学分析；冲击载荷；冲击动荷系数沧州欧谱 Abstract: This article researches on the transient state dynamics analysis to material impact funnel entire process, and the impact carries on the theoretical analysis computation to the Portal Crane with Self-Funnel dynamic characteristic as well as the impact load on the funnel, Obtains its displacement using the value emulation technique to respond the expression and the displacement response curve , the conclusions provide a reference for the design of the Portal Crane with Self-Funnel structure and dynamic analysis. Key words: Portal Crane with Self-Funnel ; Dynamic analysis ; Impact load ;Impact dynamic coefficient 一、引言 带斗门座起重机作为港口散货装卸主要的机械设备，为了保证港口的装卸效率和经济效益，其 结构的稳定性和安全性至关重要。因为带斗门座起重机在卸料的时候，物料对漏斗有很大的动载冲 击作用，此冲击会带来起重机结构剧烈地振动，导致起重机应力响应和位移响应达到峰值 。此种 情况会使带斗门座起重机某些敏感部件发生破坏，使其不能正常工作，所以对于带斗门座起重机物 料冲击漏斗载荷下的动态特性分析研究具有及其重要的理论价值和工程应用价值。 本文对物料冲击漏斗全过程进行瞬态动力学分析，并对带斗门座起重机动态特性以及冲击载荷 对漏斗的冲击进行理论分析计算，为结构优化设计和带斗门座起重机动力学分析提供理论依据。 二、系统振动模型 由大量研究门座起重机的文献可知，门腿的刚度比较大，在研究时可以把门腿视为绝对刚体。 漏斗通过漏斗支架与门腿相连，可以把漏斗支架看成是一个悬臂梁。得出带斗门座起重机在垂直轨 道平面内的计算简图如图1 所示。 2011 年特种设备安全与节能学术交流会 552 图1 系统模型简化示意图 根据带斗门座起重机的特点可以看出：漏斗是通过弹簧与漏斗架相连，在极短的时间内漏斗和 漏斗架属刚性接触，所以本文中忽略漏斗下弹簧的刚度。故振动模型可以进一步简化成单自由度模 型。 本文研究的带斗门座起重机DMQ1634 的设计参数如表1 所示： 表 1 DMQ1634 带斗门座起重机设计参数表 名称数值 带斗门座起重机结构等效质量m1 350000Kg 漏斗质量3 m 6000Kg 满载物料质量4 m 10000Kg 等效梁长L 9m 带斗门座起重机结构等效刚度K 7.6 10 N /m 7 截面惯性矩I 4 1.4m 阻尼率 0.05 空载固有角频率n 14.74rad / s 满载无料存固有角频率n 14.41rad / s 满载有料存固有角频率n 13.8rad / s 三、物料冲击漏斗动态特性分析 3.1 卸料过程分析 本文对带斗门座起重机的卸料过程进行了分析，将其实际工作中的卸料过程分为以下四个阶段： 第一阶段，从向下降方向开动闭合卷筒时开始计时，抓斗开始打开卸料，一直到物料刚刚落入 漏斗的瞬间的时刻为止，此卸料阶段物料只对抓斗有作用。 第二阶段，以物料落入漏斗的瞬间为时间始点，一直到物料从抓斗中全部卸完的瞬间为止。此 时吊点受到起升钢丝绳的力，漏斗受到物料对其的冲击力。此阶段两个力的同时作用会引起带斗门 座起重机结构剧烈地振动。 第三阶段，从物料全部从抓斗中卸完的时刻开始，一直到物料全部落入漏斗中的瞬间为止，此论文集 553 卸料阶段带斗门座起重机结构只受到物料对漏斗的冲击作用。 第四阶段，从物料全部从落入漏斗中的时刻开始，一直到振动结束，此阶段物料和整机结构一 起自由振动。 3.2 激励响应求解 本文研究的带斗门座起重机的漏斗下面安装有弹簧，漏斗与漏斗支架通过弹簧连接，物料冲击 漏斗的过程就相当于物料冲击弹簧。根据材料力学中的理论可知，若冲击是因重为P 的物体从高为h 处自由下落造成的，则物体与弹簧接触时，结构的静变形为st ，得到冲击动荷因数[2] 为： st d h K 2 1 1 （8） 其位移响应曲线如图2 和图3 所示： 图 2 开斗时间为1.5s 时位移响应曲线 沧州欧谱图3 开斗时间为4s 时位移响应曲线 论文集 555 开斗时间为1.5s时，在01s内，开斗卸料，带斗门座起重机结构发生了振动，此段产生了几 个波动，但是振动不是很激烈；在11.5s内，由于物料同时对料斗和漏斗都有冲击的作用，特别 是对漏斗的冲击使得结构位移在极短的时间内急剧增大；在1.52.5s内，大量物料对漏斗产生冲 击作用，使得结构振动激烈，位移变化特别快；在2.5s后结构自由振动，振动迅速衰减。从卸料的 前三个阶段可以看出，物料对漏斗的冲击对结构的影响远大于开斗卸料时物料对料斗的冲击的影响。 开斗时间为 4s 时，在01s内，开斗卸料，位移响应曲线接近平滑的一条直线，说明此段卸 料时结构受力均匀平缓；在14s内，由于物料同时对料斗和漏斗都有冲击的作用，特别是对漏斗 的冲击使得结构位移产生波动，这时结构发生振动，但是振动得比较缓慢；在45s内，大量物料 对漏斗产生冲击作用，同时还有前两个阶段振动的积累，使得结构振动激烈，位移变化特别快；在5s 后结构自由振动，振动迅速衰减。同样从卸料的前三个阶段可以看出，物料对漏斗的冲击对结构的 影响远大于开斗卸料时物料对料斗的冲击的影响。 当工况一定时，比较开斗时间为1.5s 和4s 的位移响应曲线，从中可以得出，在两种工况下开斗 时间为1.5s 时的结构的振动比开斗时间为4s 时要剧烈，峰值也比其大。说明工况一定时，位移峰值 跟开斗所需的时间成反比。 五、结论 根据本文以上的分析可得出以下结论： （1）分析了带斗门座起重机卸料的四个阶段，并得出其振动方程和位移响应表达式。 （2）通过对卸载各阶段位移响应曲线的比较可以得出，物料对漏斗的冲击是影响整机结构动态 特性的主要因素之一，在物料冲击漏斗的极短时间内，位移达到峰值，结构振动剧烈。 （3）位移峰值跟开斗卸料所需的时间成反比。 （4）开斗所需的时间越长，结构振动得越缓慢，位移峰值越小，增加开斗所需的时间有利于减 小结构的振动。 （5）开斗时间越短，卸料第二阶段的振动越激烈。 参考文献： [1]GB/T 3811—2008 起重机设计规范 [2]刘鸿文.材料力学.漆膜划格器http://www.qimohuageqi.com高等教育出版社,2003:138-147 作者简介： 江爱华，男，出生于1983 年9 月1 日，中级工程师，主要从事特种设备的理化检 验、失效分析、寿命评估等工作，此论文发表于《港口装卸》（中文核心期刊）2011 年第2 期。 |
