門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真_第1頁(yè)
門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真_第2頁(yè)
門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真_第3頁(yè)
門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真_第4頁(yè)
門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩10頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)建模與動(dòng)力學(xué)仿真摘要:研究了門(mén)式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)的建模方法,根據(jù)剛性體部件、柔性體部件和鋼絲繩的特點(diǎn),分別給出了不同的建模方法。通過(guò)對(duì)起升工況和大車(chē)運(yùn)行工況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,得到了整機(jī)的位移時(shí)間歷程、動(dòng)應(yīng)力以及各連接件之間的作用力等,較真實(shí)地反映了門(mén)式起重機(jī)在作業(yè)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。起重機(jī)在起動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中,承受著強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng),這種沖擊振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷在起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的影響是必須加以考慮的。長(zhǎng)期以來(lái),在起重機(jī)設(shè)計(jì)中都是將動(dòng)態(tài)問(wèn)題簡(jiǎn)化為靜態(tài)問(wèn)題處理,一些國(guó)家和國(guó)際起重機(jī)協(xié)會(huì)的起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范均采用一個(gè)動(dòng)載系數(shù)花來(lái)考慮這種動(dòng)態(tài)載荷。其最大的缺陷是不能夠較為準(zhǔn)確地反映起重機(jī)實(shí)際工況的動(dòng)態(tài)性能。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外不少研究者根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)及受載特點(diǎn),對(duì)起重機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行了大量的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算和研究分析,使動(dòng)態(tài)仿真方法逐步應(yīng)用于起重機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析中。本文主要探討將虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)用于起重量為250t的門(mén)式起重機(jī)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),就門(mén)式起重機(jī)的起升工況和大車(chē)運(yùn)行工況進(jìn)行仿真研究,探索建立門(mén)式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)的方法。門(mén)式起重機(jī)的虛擬樣機(jī)的建模:門(mén)式起重機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。主要由小車(chē)、門(mén)架結(jié)構(gòu)、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、副機(jī)房、司機(jī)室、測(cè)風(fēng)裝置和欄桿梯子平臺(tái)等組成。門(mén)式起重機(jī)的門(mén)架結(jié)構(gòu)的主梁和支腿均采用箱型焊接結(jié)構(gòu),主梁和支腿之間通過(guò)法蘭盤(pán)連接。小車(chē)位于門(mén)架主梁的軌道上,主起升機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)放置于小車(chē)上。副機(jī)房固定在門(mén)架主梁的伸出端,其作用是控制副起升。1.副機(jī)房2.小車(chē)3.測(cè)風(fēng)裝置4,主吊鉤5.司機(jī)室6.大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)7,欄桿梯子平臺(tái)8.副吊鉤9.門(mén)架結(jié)構(gòu)剛?cè)狁詈祥T(mén)式起重機(jī)模型:本文建立的門(mén)式起重機(jī)模型是剛?cè)狁詈系奶摂M樣機(jī)模型。采用Pro/E建立門(mén)式起重機(jī)中的剛體部件,然后導(dǎo)入ADAMS。柔性體部件的建立(見(jiàn)圖2)是采用ANSYS有限元分析計(jì)算軟件,有限元模型一般采用建立剛性節(jié)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)柔性體與外部構(gòu)件之間的連接。如圖2中的10個(gè)外部節(jié)點(diǎn)即為在ADAMS中的聯(lián)接點(diǎn),其中,1?4處裝配大車(chē)車(chē)輪;5?9處裝配小車(chē)系統(tǒng);7、10處裝配副機(jī)房。ANSYS中的柔性體通過(guò)mnf.中性文件導(dǎo)入ADAMS中。圖2門(mén)架結(jié)構(gòu)的有限元模型鋼絲繩是起重機(jī)的主要撓性構(gòu)件。鋼絲繩在ADAMS中的建模方法是用一段段的圓柱體通過(guò)軸套力(Bushing)連接來(lái)模擬鋼絲繩的。這種方法較真實(shí)地反映了鋼絲繩的拉伸、彎曲等力學(xué)性能,但分段很多,計(jì)算規(guī)模較大。在很多情況下,鋼絲繩彈性對(duì)系統(tǒng)影響很小或只有拉伸的影響,因此可以簡(jiǎn)單地用一個(gè)彈簧阻尼器來(lái)模擬。本文采用的就是這種方法。本模型中的鋼絲繩由3段圓柱體結(jié)合Joint生成,上兩段圓柱體之間施加了一個(gè)移動(dòng)副,對(duì)其施加運(yùn)動(dòng)函數(shù),用于模擬鋼絲繩的起升運(yùn)動(dòng);下兩段圓柱體之間施加了一個(gè)彈簧力,賦予剛度和阻尼屬性,模擬鋼絲繩的動(dòng)力學(xué)性能。當(dāng)剛性體部件、柔性體部件和鋼絲繩等都導(dǎo)入ADAMS后,添加相應(yīng)的約束和載荷,就生成了門(mén)式起重機(jī)的整機(jī)模型,見(jiàn)圖3,通過(guò)對(duì)整機(jī)進(jìn)行仿真,即可輸出仿真分析結(jié)果。

圖3門(mén)式起重機(jī)虛擬樣機(jī)模型起升工況的動(dòng)力學(xué)仿真分析整個(gè)起升過(guò)程,在起升機(jī)構(gòu)剛起動(dòng)的瞬間,繩索系統(tǒng)是松弛的,因此起升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的第1階段是在空轉(zhuǎn),這時(shí)松弛的繩索被收緊;當(dāng)繩索開(kāi)始受力時(shí),這一階段結(jié)束,這時(shí)ml具有一定的速度,而m0、m2還處于靜止?fàn)顟B(tài)。從繩索受力開(kāi)始直至滑輪組的彈性張力等于荷載重力Q為止,這是運(yùn)動(dòng)的第2階段。在這一階段中,m2還處于靜止?fàn)顟B(tài),而ml和m0則在滑輪組彈性力和門(mén)架主梁彈性力的作用下產(chǎn)生振動(dòng),這一階段鋼絲繩的彈性力將從零增大到Q[1]。第3階段從吊重離地瞬間開(kāi)始[2、3]。它的計(jì)算模型簡(jiǎn)化為圖4。圖4中m0為小車(chē)系統(tǒng)的推算質(zhì)量;k0為主梁的剛度系數(shù);ml為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)構(gòu)中所有運(yùn)動(dòng)部分的推算質(zhì)量;m2為吊重的質(zhì)量;k為鋼絲繩的剛度系數(shù);P為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力;s0、s1、s2分別表示質(zhì)量m0、ml、m2的位移。ml、m2的位移。//////.7?圖4起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算模型由拉格朗日方程[4]可以得到m0、ml、m2的3個(gè)運(yùn)動(dòng)微分方求解該方程組可以計(jì)算出該三質(zhì)量二自由度的完整解。但考慮到m0的動(dòng)變形與靜變形相差很少,故不考慮m0的運(yùn)動(dòng)方程,系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二質(zhì)量一自由度系統(tǒng)。在吊重離地的瞬間,ml的速度為v,m2的速度為零,可解得鋼絲繩(及傳動(dòng)系統(tǒng))的力FF=0+kf況-5))=kAsillt+8?一=(P-Q)-Q, +也2 -為: 一

離地起升工況中鋼絲繩的受力情況可以用以下方程組表示:[| ,--..?,?妙■ * -F=ks(t) tC[Qftx)F=Q+kA'sin仙f+為+ (P-Q)tC[tift>)mi+州?F=Q 強(qiáng)伉“fl?2z t 廠F=Q+ ' (-Pz-Q)(\-co^)t)tt[4h)=Q 強(qiáng)3,R其中,[0,t1)為離地之前的時(shí)間;s(t)為離地之前鋼絲繩隨時(shí)間的伸長(zhǎng)量;[t1,t2)為從離地開(kāi)始到平穩(wěn)上升之間的時(shí)間;[t2,t3)為平穩(wěn)上升的時(shí)間;[t3,t4)為從制動(dòng)開(kāi)始到靜止的時(shí)間。該方程組的曲線形式見(jiàn)圖5。Q+U圖5Q+U圖5吊重離地起升工況的動(dòng)載荷理論曲線2.1.2起升制動(dòng)工況計(jì)算下面討論起升機(jī)構(gòu)在上升平穩(wěn)后制動(dòng)工況時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)載荷計(jì)算。起重機(jī)在這種工況時(shí),受到起升機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力Pz的作用。同樣可解得鋼絲繩(包括傳動(dòng)系統(tǒng))的力F—Q k=Q- ~~為: ':-'<2.2起升工況的仿真分析[5]

Pz-Q)(1-cost^t)對(duì)于門(mén)式起重機(jī)的離地起升工況,在ADAMS所建虛擬樣機(jī)中實(shí)現(xiàn)方法是,首先吊重靜止放在地面上,地面與吊重之間施加接觸力,初始接觸力等于吊重重力,即鋼絲繩尚未提供拉力,然后拉動(dòng)起升鋼絲繩上端將其提起,平穩(wěn)上升后,對(duì)其制動(dòng)。根據(jù)實(shí)際情況給鋼絲繩上端施加描述起升運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。2.2.1模型的相關(guān)參數(shù)設(shè)置根據(jù)電機(jī)選型后的起制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算,得到啟動(dòng)過(guò)程為0.98s,制動(dòng)過(guò)程為1.01s。起升運(yùn)動(dòng)函數(shù)的加速度曲線見(jiàn)圖6。圖6鋼絲繩的起升加速度曲線鋼絲繩的剛度則可以通過(guò)虎克定律計(jì)算得到。2.2.2起升工況仿真結(jié)果在仿真起始時(shí)首先做靜平衡分析。然后模擬起升運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副拉動(dòng)鋼絲繩上端將吊重拉離地面,得到平穩(wěn)上升中的變形云圖和應(yīng)力云圖,可知起升工況中門(mén)架的最大應(yīng)力為129.06MPa。門(mén)架的變形曲線圖和應(yīng)力曲線圖見(jiàn)圖7、圖8。

CtsneTranslstionaiDeiormefttonY-1-1-2-2-3-37門(mén)架振動(dòng)的變形曲線CtsneTranslstionaiDeiormefttonY-1-1-2-2-3-35工8門(mén)架振動(dòng)的最大應(yīng)力曲線50E*006圖9中的實(shí)線為吊重起升過(guò)程中鋼絲繩的受力情況,虛線為起升瞬間地面對(duì)吊重的接觸力變0E*006化曲線。圖9鋼絲繩張力與地面接觸力曲線由圖9可以看出,在1.38s時(shí),吊重離開(kāi)地面,此時(shí)鋼絲繩承受較大的沖擊力,其最大拉力為1.33x10*。在5s時(shí),起升過(guò)程開(kāi)始制動(dòng),此時(shí)鋼絲繩的張力有一個(gè)較大的波動(dòng)。

=一L33X10”_=]086=一L33X10”_=]086mg/2250XI0土X9.8/2數(shù)冷為:此外,通過(guò)仿真還可以得到機(jī)構(gòu)中各部件的速度曲線、加速度曲線及相互之間的作用力等。3大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí),懸吊著的吊重將會(huì)擺動(dòng)。吊重?cái)[動(dòng)時(shí),將會(huì)對(duì)起重機(jī)產(chǎn)生附加的水平力。3.1大車(chē)運(yùn)行工況計(jì)算理論3.1.1大車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)工況計(jì)算圖10為大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的示意圖,圖11所示的三質(zhì)量二自由度的彈性系統(tǒng)為大車(chē)運(yùn)行機(jī)圖10大車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)工況示意圖構(gòu)的簡(jiǎn)化系統(tǒng)。圖11大車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)工況簡(jiǎn)圖計(jì)算模型中的參數(shù)說(shuō)明如下:m0為起重機(jī)大車(chē)的推算質(zhì)量;ml為大車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的推算質(zhì)量;m2為吊重的質(zhì)量;k01為大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)高速部分的剛度系數(shù);l為吊重起升時(shí)鋼絲繩的長(zhǎng)度;k20為吊重?cái)[動(dòng)的剛度系數(shù),k20=Q/l=m2g/l;P為大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力;W為大車(chē)的運(yùn)行靜阻力;s0、s1、s2分別為質(zhì)量m0、ml、m2的位移。由于高速部分的剛性系數(shù)k01比吊重?cái)[動(dòng)的剛性系數(shù)k20大得多。因此可以用一個(gè)二質(zhì)量一自由度的系統(tǒng)來(lái)解決吊重的擺動(dòng)問(wèn)題,見(jiàn)圖12。圖12大車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)工況計(jì)算簡(jiǎn)圖

由拉格朗日方程得到運(yùn)動(dòng)微分方程Co+叫iJ7+服),為■筮,=p-w&-dSm工2~^20『?免■力/=°組:Idr已知s0-s2為吊重與大車(chē)之間的相對(duì)擺幅,因此可以解得擺動(dòng)的水平力為:式!(]Nq一+用“相3=I中,3.1.2大車(chē)運(yùn)行制動(dòng)工況計(jì)算門(mén)式起重機(jī)在大車(chē)運(yùn)行制動(dòng)時(shí),受到運(yùn)行機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力Pz的作用。此處亦將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二質(zhì)量一自由度系統(tǒng),見(jiàn)圖13。圖此處亦將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二質(zhì)量一自由度系統(tǒng),見(jiàn)圖13。圖13大車(chē)運(yùn)行制動(dòng)工況計(jì)算簡(jiǎn)圖同樣,解得擺動(dòng)的水平力F=龍°<-%-S)為:ricoscot)大車(chē)運(yùn)行工況中的水平動(dòng)載荷,可以用以下方程組表TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"(P-W) 廣f= ■co女te[如<f=o $em〃)\o"CurrentDocument"血(-P--W) 廠F= H-coswr;*-[.、&]\o"CurrentDocument"示人 5—的 一’其中,[0,t1)為大車(chē)運(yùn)行起動(dòng)的時(shí)間;[t1,t2)為大車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)間;[t2,t3]為大車(chē)運(yùn)行制動(dòng)的時(shí)間。該方程組的曲線形式見(jiàn)圖14。圖14圖14大車(chē)運(yùn)行工況中的水平動(dòng)載荷理論曲線3.2大車(chē)運(yùn)行工況的仿真分析10.010.0在仿真起始時(shí)首先做靜平衡分析。對(duì)大車(chē)和大車(chē)軌道之間施加移動(dòng)副,對(duì)該移動(dòng)副賦予加速度函數(shù)。根據(jù)電機(jī)選型后的起制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算,得到啟動(dòng)過(guò)程為3.6s,制動(dòng)過(guò)程為4.3s。由大車(chē)運(yùn)行的變形云圖和應(yīng)力云圖可知大車(chē)運(yùn)行過(guò)程中門(mén)架的最大應(yīng)力為129.35MPa。門(mén)架的豎直方向的變形曲線見(jiàn)圖15,圖中實(shí)線表示前主梁的豎直方向變形,虛線表示后主梁“MAKKER.149.151TranslfltC'r^|_DefcrTTiatioriY3拍 七岫牝— 的豎直方向的變形。圖15大車(chē)運(yùn)行的豎直方向變形曲線門(mén)架水平方向的變形曲線見(jiàn)圖16,由圖可知前后主梁的水平方向變形一致。

MARKERjl4導(dǎo)J MARKERjl4導(dǎo)J TrarmtabonwDefDriTrttHjn心- 每00~-01TimiP(f-rc1圖16大車(chē)運(yùn)行的水平方向變形曲線大車(chē)運(yùn)行工況的最大應(yīng)力曲線見(jiàn)圖17,圖中實(shí)線表示前主梁的最大應(yīng)力曲線,虛線表示后主Dooocooooon-r897fi-c.-4331fl_?才『癡21h2?Z2231wiDooocooooon-r897fi-c.-4331fl_?才『癡21h2?Z2231wi1_1—_114—<111梁的最大應(yīng)力曲線。圖17大車(chē)運(yùn)行的最大應(yīng)力曲線結(jié)論通過(guò)對(duì)門(mén)式起重機(jī)的起升工況和大車(chē)運(yùn)行工況進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,得到了整機(jī)的動(dòng)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論