第7起重機械動力學

1、第7章 起重機械動力學起重機械的激勵：主要是加載方式不同：（1）驟加載荷（2）沖擊載荷起重機械的特點：帶負荷頻繁的啟動、制動與調(diào)速；機構(gòu)以及金屬結(jié)構(gòu)承受較大的動載荷。起重機械的載荷：靜載荷、慣性載荷和振動載荷三部分。靜載荷：起重機在穩(wěn)定運動狀態(tài)下所承受的載荷慣性載荷：啟動與制動等過程中，所承受的慣性載荷振動載荷：考慮構(gòu)件彈性以及由此引起系統(tǒng)振動而產(chǎn)生的載荷7.1 概述起重機動力學主要研究：（1）起升機構(gòu)動力學；（2）運行機構(gòu)動力學；（3）金屬結(jié)構(gòu)動力學7.2 起升機構(gòu)動力學（1）重物懸吊于空中時，啟動與制動過程；（2）置于地面的重物被突然提升離地的啟動過程；（3）吊在空中的重物突然脫開、墜地，

2、使整機卸載。一、起升機構(gòu)各種工況下的受力分析起升機構(gòu)典型工況 ：1.懸吊于空中時啟動與制動（p128）當重物被懸吊于空中后作短暫停留，然后提升。啟動前，鋼絲繩已被拉緊，并承受吊重的靜載q。當作用于鋼絲繩上端的驅(qū)動力大于靜載q時，吊重即被起吊上升。gqm 2qfkleak e5103 . 11 . 1e5104 . 1e5107 . 1eal為鋼絲繩的抗拉彈性模量金屬絲芯鋼絲繩封閉式鋼絲繩為鋼絲繩中所有鋼絲的截面之和為鋼絲繩受拉部分的長度（包括纏繞在卷筒上的一圈繩長） 1m2m為原動機與傳動裝置的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)化到卷筒邊緣上的等效質(zhì)量為被起吊重物的質(zhì)量 為啟動圓周力，可根據(jù)原動機的起動轉(zhuǎn)矩求得為鋼絲

3、繩的剛度有機芯鋼絲繩（mpa）2112(1 cos)()snm fqxtk mmk1 112()qsm xk xxffq2212()m xk xxq 12xxx2121112snfmmxxqmm m運動微分方程sf為剩余加速度力。 該系統(tǒng)為雙質(zhì)量單自由度系統(tǒng)。令則（7-4）kmmmmn21211固有頻率0tkqx)0(0)0(x 初始條件（懸吊于空中時，鋼絲繩的靜變形）則2112(1 cos)()snm ffkxtqmm2maxmax122()svm fffqqmm討論最大動載荷)(212mmfmfsg系統(tǒng)視為剛性系統(tǒng)，即忽略鋼絲繩的彈性，鋼絲繩上的動載荷值為系統(tǒng)被視為彈性系統(tǒng)比視為剛性系統(tǒng)時

4、，最大計算動載荷要大一倍。因此，在重要場合，必須進行彈性動力學計算。（p129）結(jié)論則鋼絲繩上的力vfsf振動載荷隨著剩余加速度力的增大而增大。選用大功率的電動機，將會加大啟動載荷，是不利的 2.重物突然提升離地（ p 129）222212sin(1 cos)()snnnm fvqxttk mmk2maxmax212()svnm fkvffqqmm沖擊載荷0tkqx)0(0)0(x 初始條件（懸吊于空中時，鋼絲繩的靜變形）在起重現(xiàn)場，由于視線不好或操作不慎等原因，常會以較高速度突然提起重物，產(chǎn)生一個很大的沖擊載荷但則122112nnmmkm m則鋼絲繩上的力qtmmfmtkvkxfnsnn)c

5、os1 ()(sin221222則慣性載荷（7-11）討論討論（1）重物突然提升離地，鋼絲繩與機構(gòu)所承受的載荷包括：靜載荷、慣性載荷、沖擊載荷。（2）沖擊載荷與起升速度 v 和鋼絲繩的剛度 k 有關(guān)。降低鋼絲繩的剛度可以吸收沖擊能量，降低沖擊載荷。但鋼絲繩剛度調(diào)節(jié)余地不大，通常是在其固定端安裝彈簧緩沖器或其它彈性元件。（3）在啟動前，首先控制電動機的啟動轉(zhuǎn)矩小于額定靜力矩，將使鋼絲繩拉緊，但不足以提起和使機構(gòu)啟動。起升機構(gòu)處于預緊狀態(tài)后，再切換電阻，加大啟動力矩，使機構(gòu)啟動，重物上升。這樣可消除沖擊。3.聚然卸載（p130）在塔式起重機中，吊重突然墜落（鋼絲繩斷裂），有可能導致機身向后傾倒。這

6、與重物下降時制動情況相類似maxmin()2gggfffqfqfq（2）當起升制動（或下降啟動）時，慣性力與靜載荷（吊重）方向相反maxmin2()2ggfqfqqffq（3）當?shù)踔赝蝗粔嬄洌ㄤ摻z繩斷裂）時min0gffq （1）當起升啟動（或下降制動）時，慣性力與靜載荷（吊重）方向一致共同特點：q將可能導致起重機整機向后傾覆7.3 起升機構(gòu)動力學qt起重機的運行機構(gòu)，可以簡化為一個3質(zhì)量二自由度（水平）直線振動系統(tǒng) 1m2m3m12k23k為電動機轉(zhuǎn)子及傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到車輪軸處的等效質(zhì)量為車體質(zhì)量為吊重質(zhì)量為傳動軸轉(zhuǎn)化到車輪軸處的等效剛度為懸吊鋼絲繩的水平移動剛度 為啟動力矩 zf為阻力 鉛垂

7、（拉伸）剛度leak 23k計算懸吊鋼絲繩的水平移動剛度 mgq xtanmgf lqlmgxmgxfksintantan23使重量的吊重由平衡位置產(chǎn)生位移，所需施加的力為故等效剛度為將系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)化到車輪軸上形成扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為23tk以扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)為例討論，系統(tǒng)的運動微分方程為23332312221211tjtttjttjzq （7-17）qtzt)()(322323211212ttktkt 為等效啟動轉(zhuǎn)矩為等效阻力矩（7-18）2312,tt1212121212231212212232312231223232232()qtztttttztkjjttkttkj jjjjkjjkttkttjj jj 整理為以為變量的微分方程寫成矩陣形式