輥壓自動化傳輸設(shè)備橋式起重機吊架力學特性研究

 

    行吊又稱行車、吊車、天車，按驅(qū)動方式不同分為集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩類，按形狀不同可分為門式起重機和橋式起重機。本文研究的輥壓自動化傳輸設(shè)備行吊為集中驅(qū)動橋式起重機，是橫架于車間上空進行物料吊運的起重設(shè)備。

 

    由于行吊跨距遠、質(zhì)量大、位置高，發(fā)生失效時對企業(yè)生命和財產(chǎn)將產(chǎn)生嚴重損失。故設(shè)計人員在設(shè)計行吊時應反復校核，既要保證行吊丁作時的強度，又要防止變形過大產(chǎn)生剛度破壞，同時還應考慮行吊的振動特性，避免產(chǎn)生共振。

 

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

 

    1橋式起重機吊架結(jié)構(gòu)輥壓自動化傳輸設(shè)備橋式起重機基本結(jié)構(gòu)如所示，主又x二要由行走機構(gòu)、吊架、電控系r統(tǒng)、電永磁吸鐵、物料等組成。橋式起重機工作需要搬運物料時，在計算機上輸人控制指令傳達給配電柜，通過電機驅(qū)動齒輪齒條運動實現(xiàn)橋式起重機的平移和升降運動，運動到物料正上方距離物料較小距離時，電永磁繼電器通電，產(chǎn)生強力磁場，實現(xiàn)物料的抓取，通過電機驅(qū)動齒輪齒條運動將物料運輸?shù)街付ǖ奈恢?，電永磁繼電器斷電，實現(xiàn)物料的存放。

 

    2橋式起重機吊架剛度及強度分析橋式起重機在抓取和運輸貨物時，應保證吊架的強度和變形在許用值之內(nèi)。以往設(shè)計橋式起重機吊架時，由于不能完全模擬吊架的邊界條件，往往將模型和載荷簡化，使設(shè)計出的吊架具有較大的安全富裕度，造成資源浪費。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度，驗證吊架設(shè)計的可行性。

 

    由橋式起重機結(jié)構(gòu)圖可以看出，當起重機運輸物料時，在各軸承座處會產(chǎn)生反力，吊架受力不再為單方向的力。為了減少計算量，先計算出各支座處的反力，再將其施加到橋式起重機的吊架上，考核吊架的剛度和強度。

 

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

 

    通過計算分析，得到各個支點處的反力，如表1所示，所示為傳動桿的應力云圖。

 

    表1傳動桿各支點反力支點反力/N將求得的各支點反力施加到橋式起重機吊架上，計算吊架的變形和應力，考核橋式起重機吊架的剛度和強度。橋式起重機吊架的物理特性如表2所示。

 

    表2吊架物理特性長度/mm高度/mm寬度/mm厚度/mm材料在對到橋式起重機吊架施加邊界條件時，應考慮配電柜重量約150kg，吊架的邊界條件如所示。

 

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

 

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

 

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

 

    3橋式起重機吊架模態(tài)分析模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一種技術(shù)，通過它可以確定自然頻率、振型和振型參與系數(shù)。進行模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進行振動，使丁程師認識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響應的，有助于在其他動力分析中估算求解控制參數(shù)。

 

    模態(tài)分析基本理論：令u為廣義坐標的矩陣，及為與u相對應的剛度矩陣、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)達朗貝爾原理，只要在研究對象所受的外力中加人慣性力，就可以像建立靜力學平衡方程那樣去建立動力學方程。多自由度系統(tǒng)有阻尼振動方程如下：由式⑵可知，固有頻率由模型的質(zhì)量和剛度決定。通過數(shù)值仿真計算分析，可得到橋式起重機吊架各階振型的固有頻率，所示為橋式起重機吊架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）http瘳澤友，蔡運清。IEC60870-5-103和IEC104-5-104協(xié)議應用經(jīng)驗。電力系統(tǒng)自動化，2003，27蔡運清。IEC870-5系列及DNP3.0規(guī)約簡介。電力系統(tǒng)自動化，1998，22（1）：49-51，74.DL/T634-1997.遠動設(shè)備及系統(tǒng)第5部分：傳輸規(guī)約，第101篇：基本遠動任務(wù)配套標準。

 

    IEC60870-5-104，遠動設(shè)備及系統(tǒng)（5-104部分：傳輸規(guī)約，采用標準傳輸文件集的IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問）。

 

    IEC-60870-5-5遠動設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第5篇：基本應用功能。

 

    IEC-60870-5-3遠動設(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遠動設(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遠動設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第3篇：應用數(shù)據(jù)的一般結(jié)構(gòu)。

 

    IEC-60870-5-4遠動設(shè)備及系統(tǒng)，第5部分：傳輸規(guī)約，第4篇：應用數(shù)據(jù)的定義和編碼）。

 

    **：陶學軍，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）計算優(yōu)化后橋式起重機吊架各階振型的固有頻率，如0所示為優(yōu)化后橋式起重機吊架1~4階振型圖。

 

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

 

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