輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備橋式起重機(jī)吊架力學(xué)特性研究

 

    行吊又稱行車、吊車、天車，按驅(qū)動(dòng)方式不同分為集中驅(qū)動(dòng)和分別驅(qū)動(dòng)兩類，按形狀不同可分為門式起重機(jī)和橋式起重機(jī)。本文研究的輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備行吊為集中驅(qū)動(dòng)橋式起重機(jī)，是橫架于車間上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備。

 

    由于行吊跨距遠(yuǎn)、質(zhì)量大、位置高，發(fā)生失效時(shí)對(duì)企業(yè)生命和財(cái)產(chǎn)將產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失。故設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)行吊時(shí)應(yīng)反復(fù)校核，既要保證行吊丁作時(shí)的強(qiáng)度，又要防止變形過(guò)大產(chǎn)生剛度破壞，同時(shí)還應(yīng)考慮行吊的振動(dòng)特性，避免產(chǎn)生共振。

 

    隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新興技術(shù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有十分重要的意義。有限單元法作為數(shù)值計(jì)算方法是在丁程分析領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種計(jì)算方法，利用有限單元法不僅可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短丁程周期，還可以節(jié)約大量加丁成本。本文以輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備橋式起重機(jī)吊架為研究對(duì)象，基于有限單元法對(duì)吊架進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析，并對(duì)吊架的振動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值仿真分析，為以后行吊的設(shè)計(jì)和校核提供。

 

    1橋式起重機(jī)吊架結(jié)構(gòu)輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備橋式起重機(jī)基本結(jié)構(gòu)如所示，主又x二要由行走機(jī)構(gòu)、吊架、電控系r統(tǒng)、電永磁吸鐵、物料等組成。橋式起重機(jī)工作需要搬運(yùn)物料時(shí)，在計(jì)算機(jī)上輸人控制指令傳達(dá)給配電柜，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的平移和升降運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到物料正上方距離物料較小距離時(shí)，電永磁繼電器通電，產(chǎn)生強(qiáng)力磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)物料的抓取，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條運(yùn)動(dòng)將物料運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢?，電永磁繼電器斷電，實(shí)現(xiàn)物料的存放。

 

    2橋式起重機(jī)吊架剛度及強(qiáng)度分析橋式起重機(jī)在抓取和運(yùn)輸貨物時(shí)，應(yīng)保證吊架的強(qiáng)度和變形在許用值之內(nèi)。以往設(shè)計(jì)橋式起重機(jī)吊架時(shí)，由于不能完全模擬吊架的邊界條件，往往將模型和載荷簡(jiǎn)化，使設(shè)計(jì)出的吊架具有較大的安全富裕度，造成資源浪費(fèi)。本文采用有限單元法，完全模擬吊架的邊界條件，考核吊架的剛度和強(qiáng)度，驗(yàn)證吊架設(shè)計(jì)的可行性。

 

    由橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖可以看出，當(dāng)起重機(jī)運(yùn)輸物料時(shí)，在各軸承座處會(huì)產(chǎn)生反力，吊架受力不再為單方向的力。為了減少計(jì)算量，先計(jì)算出各支座處的反力，再將其施加到橋式起重機(jī)的吊架上，考核吊架的剛度和強(qiáng)度。

 

    000mm，直徑50mm的長(zhǎng)桿，材料為Q235，本橋式起重機(jī)的額定起吊重量為0.6T，傳動(dòng)桿承載后的邊界條件如所示。

 

    通過(guò)計(jì)算分析，得到各個(gè)支點(diǎn)處的反力，如表1所示，所示為傳動(dòng)桿的應(yīng)力云圖。

 

    表1傳動(dòng)桿各支點(diǎn)反力支點(diǎn)反力/N將求得的各支點(diǎn)反力施加到橋式起重機(jī)吊架上，計(jì)算吊架的變形和應(yīng)力，考核橋式起重機(jī)吊架的剛度和強(qiáng)度。橋式起重機(jī)吊架的物理特性如表2所示。

 

    表2吊架物理特性長(zhǎng)度/mm高度/mm寬度/mm厚度/mm材料在對(duì)到橋式起重機(jī)吊架施加邊界條件時(shí)，應(yīng)考慮配電柜重量約150kg，吊架的邊界條件如所示。

 

    橋式起重機(jī)吊架受載后變形及應(yīng)力云圖如圖橋式起重機(jī)吊架應(yīng)力云圖為安全起見，取橋式起重機(jī)吊架應(yīng)力安全系優(yōu)化后橋式起重機(jī)吊架應(yīng)力云圖手冊(cè)查得，吊車梁的許用撓度為18.4mm.由和可知，橋式起重機(jī)吊架受載后的*大變形為1.012mm<18.4mm，*大應(yīng)力為78.33MPa，滿足強(qiáng)度和剛度要求，有較大的安全富裕度，可進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。

 

    將橋式起重機(jī)吊架厚度優(yōu)化為4mm，考核吊架的剛度和強(qiáng)度，所示分別為優(yōu)化后的吊架變形和應(yīng)力云圖。

 

    由和可知，橋式起重機(jī)吊架受載后的橋式起重機(jī)吊架14階振型圖由此可看出，通過(guò)傳統(tǒng)手段設(shè)計(jì)出的橋式起重機(jī)吊架存在較大安全富裕度，造成了一定的資源浪費(fèi)，通過(guò)有限單元法優(yōu)化的橋式起重機(jī)吊架滿足強(qiáng)度和剛度要求，較充分地利用了資源，節(jié)約了成本。

 

    3橋式起重機(jī)吊架模態(tài)分析模態(tài)分析是用來(lái)確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的一種技術(shù)，通過(guò)它可以確定自然頻率、振型和振型參與系數(shù)。進(jìn)行模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動(dòng)，使丁程師認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)于不同類型的動(dòng)力載荷是如何響應(yīng)的，有助于在其他動(dòng)力分析中估算求解控制參數(shù)。

 

    模態(tài)分析基本理論：令u為廣義坐標(biāo)的矩陣，及為與u相對(duì)應(yīng)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣，u、U分別為加速度矩陣和速度矩陣。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，只要在研究對(duì)象所受的外力中加人慣性力，就可以像建立靜力學(xué)平衡方程那樣去建立動(dòng)力學(xué)方程。多自由度系統(tǒng)有阻尼振動(dòng)方程如下：由式⑵可知，固有頻率由模型的質(zhì)量和剛度決定。通過(guò)數(shù)值仿真計(jì)算分析，可得到橋式起重機(jī)吊架各階振型的固有頻率，所示為橋式起重機(jī)吊架1~4階振型圖，表3為優(yōu)化前后吊架前10階的固有頻率。

 

    （下轉(zhuǎn)第44頁(yè)）http瘳澤友，蔡運(yùn)清。IEC60870-5-103和IEC104-5-104協(xié)議應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27蔡運(yùn)清。IEC870-5系列及DNP3.0規(guī)約簡(jiǎn)介。電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，22（1）：49-51，74.DL/T634-1997.遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分：傳輸規(guī)約，第101篇：基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)。

 

    IEC60870-5-104，遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)（5-104部分：傳輸規(guī)約，采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸文件集的IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)）。

 

    IEC-60870-5-5遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第5篇：基本應(yīng)用功能。

 

    IEC-60870-5-3遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第1篇：傳輸幀格式。

 

    IEC-60870-5-2遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第1篇：鏈路傳輸規(guī)則。

 

    IEC-60870-5-3遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第3篇：應(yīng)用數(shù)據(jù)的一般結(jié)構(gòu)。

 

    IEC-60870-5-4遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第4篇：應(yīng)用數(shù)據(jù)的定義和編碼）。

 

    **：陶學(xué)軍，男，1971年生，內(nèi)蒙古通遼人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：電氣控制。

 

    （編輯：阮毅）計(jì)算優(yōu)化后橋式起重機(jī)吊架各階振型的固有頻率，如0所示為優(yōu)化后橋式起重機(jī)吊架1~4階振型圖。

 

    通過(guò)模態(tài)數(shù)值仿真計(jì)算分析，得到輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備橋式起重機(jī)吊架的振動(dòng)特性，可直觀地分析吊架的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，有意識(shí)地避開吊架的固有頻率，以免發(fā)生共振。

 

    4結(jié)論本文以輥壓自動(dòng)化傳輸設(shè)備橋式起重機(jī)吊架為研究對(duì)象，針對(duì)通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的橋式起重機(jī)吊架，采用有限單元法對(duì)吊架進(jìn)行強(qiáng)度和剛度考核，并進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)論主要如下：通過(guò)傳統(tǒng)手段設(shè)計(jì)出的橋式起重機(jī)吊架滿足強(qiáng)度和剛度要求，但存在較大安全富裕度，造成了一定的資源浪費(fèi)；采用有限單元法優(yōu)化后的橋式起重機(jī)吊架滿足強(qiáng)度和剛度要求，較充分地利用了資源，節(jié)約了成本；通過(guò)對(duì)橋式起重機(jī)吊架模態(tài)分析，可得到吊架的振動(dòng)特性，直觀地分析吊架的動(dòng)態(tài)特性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，有意識(shí)地避開吊架的固有頻率，以免發(fā)生共振。