起重机械动力学.ppt

第7章 起重机械动力学,起重机械的激励：主要是加载方式不同：（1）骤加载荷（2）冲击载荷,起重机械的特点：带负荷频繁的启动、制动与调速；机构以及金属结构承受较大的动载荷。,起重机械的载荷：静载荷、惯性载荷和振动载荷三部分。静载荷：起重机在稳定运动状态下所承受的载荷惯性载荷：启动与制动等过程中，所承受的惯性载荷振动载荷：考虑构件弹性以及由此引起系统振动而产生的载荷,7.1 概述,起重机动力学主要研究：（1）起升机构动力学；（2）运行机构动力学；（3）金属结构动力学,7.2 起升机构动力学,（1）重物悬吊于空中时，启动与制动过程；（2）置于地面的重物被突然提升离地的启动过程；（3）吊在空中的重物突然脱开、坠地，使整机卸载。,一、起升机构各种工况下的受力分析,起升机构典型工况：,1.悬吊于空中时启动与制动（P128）,当重物被悬吊于空中后作短暂停留，然后提升。启动前，钢丝绳已被拉紧，并承受吊重的静载Q。当作用于钢丝绳上端的驱动力大于静载Q时，吊重即被起吊上升。,为钢丝绳的抗拉弹性模量,金属丝芯钢丝绳,封闭式钢丝绳,为钢丝绳中所有钢丝的截面之和,为钢丝绳受拉部分的长度（包括缠绕在卷筒上的一圈绳长）,为原动机与传动装置的转动惯量转化到卷筒边缘上的等效质量,为被起吊重物的质量,为启动圆周力，可根据原动机的起动转矩求得,为钢丝绳的刚度,有机芯钢丝绳,（MPa）,运动微分方程,为剩余加速度力。,该系统为双质量单自由度系统。,令,则,（7-4）,固有频率,初始条件,（悬吊于空中时，钢丝绳的静变形）,则,讨论,最大动载荷,系统视为刚性系统，即忽略钢丝绳的弹性，钢丝绳上的动载荷值为,系统被视为弹性系统比视为刚性系统时，最大计算动载荷要大一倍。因此，在重要场合，必须进行弹性动力学计算。（P129）,结论,则钢丝绳上的力,振动载荷,随着剩余加速度力,的增大而增大。,选用大功率的电动机，将会加大启动载荷，是不利的,2.重物突然提升离地（P 129）,冲击载荷,初始条件,（悬吊于空中时，钢丝绳的静变形）,在起重现场，由于视线不好或操作不慎等原因，常会以较高速度突然提起重物，产生一个很大的冲击载荷,但,则,则钢丝绳上的力,则,惯性载荷,（7-11）,讨论,（1）重物突然提升离地，钢丝绳与机构所承受的载荷包括：静载荷、惯性载荷、冲击载荷。（2）冲击载荷与起升速度 v 和钢丝绳的刚度 k 有关。降低钢丝绳的刚度可以吸收冲击能量，降低冲击载荷。但钢丝绳刚度调节余地不大，通常是在其固定端安装弹簧缓冲器或其它弹性元件。（3）在启动前，首先控制电动机的启动转矩小于额定静力矩，将使钢丝绳拉紧，但不足以提起和使机构启动。起升机构处于预紧状态后，再切换电阻，加大启动力矩，使机构启动，重物上升。这样可消除冲击。,3.聚然卸载（P130）,在塔式起重机中，吊重突然坠落（钢丝绳断裂），有可能导致机身向后倾倒。这与重物下降时制动情况相类似,（2）当起升制动（或下降启动）时，惯性力与静载荷（吊重）方向相反,（3）当吊重突然坠落（钢丝绳断裂）时,（1）当起升启动（或下降制动）时，惯性力与静载荷（吊重）方向一致,共同特点：,将可能导致起重机整机向后倾覆,7.3 起升机构动力学,起重机的运行机构，可以简化为一个3质量二自由度（水平）直线振动系统,为电动机转子及传动系统转化到车轮轴处的等效质量,为车体质量,为吊重质量,为传动轴转化到车轮轴处的等效刚度,为悬吊钢丝绳的水平移动刚度,为启动力矩,为阻力,铅垂（拉伸）刚度,计算悬吊钢丝绳的水平移动刚度,使重量,的吊重由平衡位置产生位移,，所需施加的力为,故等效刚度为,将系统等效转化到车轮轴上形成扭转振动系统,转化为,以扭转振动系统为例讨论，系统的运动微分方程为,（7-17）,为等效启动转矩,为等效阻力矩,（7-18）,整理为以,为变量的微分方程,写成矩阵形式,运用第23章介绍的方法，可对上式进行计算分析,（7-20）,（7-19）,