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1、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
2、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
3、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
4、,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
5、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),