基于預(yù)載荷的鎳板起重吊具模態(tài)分析

 

    ANSYSWorkbench的無縫連接，在對(duì)1.5t鎳板起重吊具靜載分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行模態(tài)分析，得到起重吊具的前6階固有頻率及振型，為其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析，故障珍斷和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

 

    1鎳板起重吊具的結(jié)構(gòu)和工作原理鎳板起重吊具主要由鉗腿、導(dǎo)向桿、上橫梁、導(dǎo)向輪、液壓缸和下橫梁等組成。液壓缸一端通過螺栓連接在上橫梁上，另一端通過液壓座和下橫梁連接；在上橫梁的四個(gè)角分別布置供移動(dòng)整個(gè)裝置的導(dǎo)向輪，下橫梁兩端分別對(duì)稱連接著鉗腿，導(dǎo)向桿通過螺母固定在下橫梁上。穿過鎳板吊耳的導(dǎo)電棒均勻放置在鉗腿上表面，如圖工作時(shí)，下橫梁通過導(dǎo)向桿的輔助導(dǎo)向作用，在液壓缸的驅(qū)動(dòng)下做垂直方向的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鎳板的起重運(yùn)輸功能。上橫梁在導(dǎo)向輪的導(dǎo)向作用下沿導(dǎo)軌做水平運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)起重吊具的水平移動(dòng)。實(shí)際上，導(dǎo)向輪在起重吊具的力學(xué)分析中只起支撐作用，故只需對(duì)導(dǎo)向輪建模，而不需要對(duì)建模。

 

    模型的簡化工作芫成后，將其按照Parasolid塍輸出‘（。Xt>柿密度為7850kg/m3，彈1鶘1通GPa，泊松比為3.采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分方法，對(duì)可掠的實(shí)體采用掃掠方法劃分為六面體網(wǎng)格，對(duì)不掠的實(shí)體采用協(xié)調(diào)分片算法劃分為四面體網(wǎng)格。同時(shí)對(duì)重要的部位（如鉗腿>采用軟件中的Si命令來進(jìn)f格的細(xì)化，劃頒格后節(jié)點(diǎn)數(shù)為162747，單元數(shù)為68113，*小邊長1-4mm.網(wǎng)格劃分的*終結(jié)果如2所示。

 

    2建立三維實(shí)體模型利用三維設(shè)計(jì)軟件SdWEdge對(duì)鎳板起重吊具進(jìn)行實(shí)體咄型，建模時(shí)應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)車間導(dǎo)電棒的長度、電鎳板的規(guī)格等因素。對(duì)1.5t鎳板起重吊具建模，采用自下而上的裝配方法，通過空間定位約束將鉗腿、導(dǎo)向桿、上橫梁、導(dǎo)向輪、液壓缸和下橫梁裝配到一起。

 

    3有限元模態(tài)分析3.1有限元模型的建立所示的起重吊具上橫梁相關(guān)零件較多，為了提高計(jì)算精度，減少計(jì)算量，在符合結(jié)構(gòu)主要力學(xué)特曲的前提下，對(duì)行如ra化魏（1>因?qū)щ姲艉玩嚢宀粚儆谄鹬氐蹙呓Y(jié)構(gòu)部件，在越只是為了提高視覺塍和闡述工作原理，應(yīng)當(dāng)去掉，并在分析時(shí)用施加在鉗腿內(nèi)側(cè)上表面的均布力對(duì)其進(jìn)滴效靴（幻為了方便的劃分網(wǎng)格，去掉對(duì)應(yīng)力影響不大倒角、角、螺栓和螺母等微小結(jié)構(gòu)；（3>由于導(dǎo)向輪在起重吊具的力學(xué)分析中只起支撐作用，可以用等效支撐的方式對(duì)其簡化，即在導(dǎo)向輪的安裝位置處施加固定約束。

 

    3.2基于預(yù)載荷的模態(tài)分析街腿內(nèi)側(cè)域面承腠板和導(dǎo)電棒的勤G=15kN，因?qū)щ姲艟鶆蚍胖迷阢Q腿上，遂將鉗腿內(nèi)側(cè)找面荷為均布力在導(dǎo)向輪的安裝位置處添加固定約束（Fixedsupport），然后在鉗腿內(nèi)側(cè)上表面施加均布力P=250kPa，求解。3所示為靜力分析應(yīng)力云圖和總變形云，*大應(yīng)力和*大變形分別為5mm，都是在需用范圍之內(nèi)的。

 

    將模態(tài)分析模塊拖入起重吊具靜力分析的結(jié)果中，進(jìn)行有預(yù)載荷狀態(tài)下的模態(tài)求解，計(jì)算得到了鎳板起重吊具的前6階固有頻率及其振型，見表1；振型云如國4~9所示。

 

    表1前6階模態(tài)分析結(jié)果固有頻率/*大變形量/*大變形位置田腿中下部田腿下部田腿內(nèi)側(cè)承載處田腿下鵬角處田腿上鵬角處是鎳板起重吊具的3階振型，下橫梁有較大的波浪形穹曲現(xiàn)象，鉗腿和下橫梁在垂直方向上左右擺動(dòng)，*大變形量發(fā)生在鉗腿內(nèi)側(cè)承載處。

 

    fwiritaufieterwder模態(tài)固有頻率/*大變形量/*大變形位置由表1并結(jié)合各階振型云圖可知：（1>是鎳板起重吊具的1階振型，下橫梁在水平方向上繞液壓缸輕微扭曲竄動(dòng)，*大變形量發(fā)生在鉗腿中下部。

 

    是鎳板起重吊具的2階振型，下橫梁發(fā)生輕度穹曲現(xiàn)象，鉗腿和下橫梁在垂直方向上前后擺動(dòng)，*大變形量發(fā)生在鉗腿下部。

 

    是鎳板起重吊具的4階振型，下橫梁發(fā)生較大的弓形變形，兩個(gè)鉗腿繞下橫梁中心線做張合擺動(dòng)，*大變形量發(fā)生在鉗腿下部拐角處。

 

    是鎳板起重吊具的5階振型，導(dǎo)向桿、下橫梁和鉗腿均發(fā)生較大程度的穹曲變形，和3階振型相比，鉗腿和下橫梁在垂直方向上左右擺動(dòng)的幅度更大。*大變形量發(fā)生在鉗腿上部拐角處。

 

    是鎳板起重吊具的6階振型，鉗腿和下橫梁均有較大的扭曲變形，兩者分別在各自的平面內(nèi)做扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。*大變形量發(fā)生在鉗腿下部兩邊沿。

 

    由此可見，鎳板起重吊具的固有頻率隨著階次的增大而增大，其固有振型主要分為擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)兩類。該吊具的第1、6階振型主要是扭曲，設(shè)計(jì)時(shí)液壓缸和下橫梁以及鉗腿和下橫梁的安裝應(yīng)當(dāng)加固；第2、3、4、5階振型主要是不同方向的擺動(dòng)，應(yīng)當(dāng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)或者在下橫梁和鉗腿上增加肋板來提高系統(tǒng)的剛度。

 

    4結(jié)論通過建立鎳板起重吊具的三維實(shí)體模型和有限元模型，對(duì)其進(jìn)行有預(yù)載荷的模態(tài)分析，得到了起重吊具的前6階固有頻率及振型。

 

    在對(duì)鎳板起重吊具進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)，有必要對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析。研究發(fā)現(xiàn)，擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)是鎳板起重吊具的主要振型，下橫梁和鉗腿是吊具的薄弱環(huán)節(jié)。

 

    通過預(yù)載荷下鎳板起重吊具的模態(tài)分析，確定了起重吊具的薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步優(yōu)化吊具結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性提供了理論