辊压自动化传输设备桥式起重机吊架力学特性研究

 

    行吊又称行车、吊车、天车，按驱动方式不同分为集中驱动和分别驱动两类，按形状不同可分为门式起重机和桥式起重机。本文研究的辊压自动化传输设备行吊为集中驱动桥式起重机，是横架于车间上空进行物料吊运的起重设备。

 

    由于行吊跨距远、质量大、位置高，发生失效时对企业生命和财产将产生严重损失。故设计人员在设计行吊时应反复校核，既要保证行吊丁作时的强度，又要防止变形过大产生刚度破坏，同时还应考虑行吊的振动特性，避免产生共振。

 

    随着信息技术在各领域的迅速渗透，计算机辅助设计技术已得到广泛应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新兴技术，促进经济增长有十分重要的意义。有限单元法作为数值计算方法是在丁程分析领域应用较为广泛的一种计算方法，利用有限单元法不仅可以提高设计质量，缩短丁程周期，还可以节约大量加丁成本。本文以辊压自动化传输设备桥式起重机吊架为研究对象，基于有限单元法对吊架进行强度和刚度分析，并对吊架的振动特性进行数值仿真分析，为以后行吊的设计和校核提供。

 

    1桥式起重机吊架结构辊压自动化传输设备桥式起重机基本结构如所示，主又x二要由行走机构、吊架、电控系r统、电永磁吸铁、物料等组成。桥式起重机工作需要搬运物料时，在计算机上输人控制指令传达给配电柜，通过电机驱动齿轮齿条运动实现桥式起重机的平移和升降运动，运动到物料正上方距离物料较小距离时，电永磁继电器通电，产生强力磁场，实现物料的抓取，通过电机驱动齿轮齿条运动将物料运输到指定的位置，电永磁继电器断电，实现物料的存放。

 

    2桥式起重机吊架刚度及强度分析桥式起重机在抓取和运输货物时，应保证吊架的强度和变形在许用值之内。以往设计桥式起重机吊架时，由于不能完全模拟吊架的边界条件，往往将模型和载荷简化，使设计出的吊架具有较大的安全富裕度，造成资源浪费。本文采用有限单元法，完全模拟吊架的边界条件，考核吊架的刚度和强度，验证吊架设计的可行性。

 

    由桥式起重机结构图可以看出，当起重机运输物料时，在各轴承座处会产生反力，吊架受力不再为单方向的力。为了减少计算量，先计算出各支座处的反力，再将其施加到桥式起重机的吊架上，考核吊架的刚度和强度。

 

    000mm，直径50mm的长杆，材料为Q235，本桥式起重机的额定起吊重量为0.6T，传动杆承载后的边界条件如所示。

 

    通过计算分析，得到各个支点处的反力，如表1所示，所示为传动杆的应力云图。

 

    表1传动杆各支点反力支点反力/N将求得的各支点反力施加到桥式起重机吊架上，计算吊架的变形和应力，考核桥式起重机吊架的刚度和强度。桥式起重机吊架的物理特性如表2所示。

 

    表2吊架物理特性长度/mm高度/mm宽度/mm厚度/mm材料在对到桥式起重机吊架施加边界条件时，应考虑配电柜重量约150kg，吊架的边界条件如所示。

 

    桥式起重机吊架受载后变形及应力云图如图桥式起重机吊架应力云图为安全起见，取桥式起重机吊架应力安全系优化后桥式起重机吊架应力云图手册查得，吊车梁的许用挠度为18.4mm.由和可知，桥式起重机吊架受载后的*大变形为1.012mm<18.4mm，*大应力为78.33MPa，满足强度和刚度要求，有较大的安全富裕度，可进行适当优化。

 

    将桥式起重机吊架厚度优化为4mm，考核吊架的刚度和强度，所示分别为优化后的吊架变形和应力云图。

 

    由和可知，桥式起重机吊架受载后的桥式起重机吊架14阶振型图由此可看出，通过传统手段设计出的桥式起重机吊架存在较大安全富裕度，造成了一定的资源浪费，通过有限单元法优化的桥式起重机吊架满足强度和刚度要求，较充分地利用了资源，节约了成本。

 

    3桥式起重机吊架模态分析模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术，通过它可以确定自然频率、振型和振型参与系数。进行模态分析可以使结构设计避免共振或以特定频率进行振动，使丁程师认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的，有助于在其他动力分析中估算求解控制参数。

 

    模态分析基本理论：令u为广义坐标的矩阵，及为与u相对应的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，u、U分别为加速度矩阵和速度矩阵。根据达朗贝尔原理，只要在研究对象所受的外力中加人惯性力，就可以像建立静力学平衡方程那样去建立动力学方程。多自由度系统有阻尼振动方程如下：由式⑵可知，固有频率由模型的质量和刚度决定。通过数值仿真计算分析，可得到桥式起重机吊架各阶振型的固有频率，所示为桥式起重机吊架1~4阶振型图，表3为优化前后吊架前10阶的固有频率。

 

    （下转第44页）http瘳泽友，蔡运清。IEC60870-5-103和IEC104-5-104协议应用经验。电力系统自动化，2003，27蔡运清。IEC870-5系列及DNP3.0规约简介。电力系统自动化，1998，22（1）：49-51，74.DL/T634-1997.远动设备及系统第5部分：传输规约，第101篇：基本远动任务配套标准。

 

    IEC60870-5-104，远动设备及系统（5-104部分：传输规约，采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问）。

 

    IEC-60870-5-5远动设备及系统，第5部分：传输规约，第5篇：基本应用功能。

 

    IEC-60870-5-3远动设备及系统，第5部分：传输规约，第1篇：传输帧格式。

 

    IEC-60870-5-2远动设备及系统，第5部分：传输规约，第1篇：链路传输规则。

 

    IEC-60870-5-3远动设备及系统，第5部分：传输规约，第3篇：应用数据的一般结构。

 

    IEC-60870-5-4远动设备及系统，第5部分：传输规约，第4篇：应用数据的定义和编码）。

 

    **：陶学军，男，1971年生，内蒙古通辽人，硕士，工程师。研究领域：电气控制。

 

    （编辑：阮毅）计算优化后桥式起重机吊架各阶振型的固有频率，如0所示为优化后桥式起重机吊架1~4阶振型图。

 

    通过模态数值仿真计算分析，得到辊压自动化传输设备桥式起重机吊架的振动特性，可直观地分析吊架的动态特性，发现薄弱环节，有意识地避开吊架的固有频率，以免发生共振。

 

    4结论本文以辊压自动化传输设备桥式起重机吊架为研究对象，针对通过传统设计方法设计出的桥式起重机吊架，采用有限单元法对吊架进行强度和刚度考核，并进行模态分析，得到结论主要如下：通过传统手段设计出的桥式起重机吊架满足强度和刚度要求，但存在较大安全富裕度，造成了一定的资源浪费；采用有限单元法优化后的桥式起重机吊架满足强度和刚度要求，较充分地利用了资源，节约了成本；通过对桥式起重机吊架模态分析，可得到吊架的振动特性，直观地分析吊架的动态特性，发现薄弱环节，有意识地避开吊架的固有频率，以免发生共振。