鋼絲繩吊重起升仿真及起升動載系數(shù)計算

1、鋼絲繩吊重起升仿真及起升動載系數(shù)計算摘要：建立了鋼絲繩吊重離地起升的動力學模型，對起升 工況進行了仿真研究，較真實地反映了鋼絲繩吊重離地起升 過程中的動態(tài)特性，得到了離地起升瞬間的位移、速度、加 速度方程，并基于此提出了新的鋼絲繩和起重機的起升動載 系數(shù)計算公式。該公式與現(xiàn)行國內外標準相比，具有計算精 確、參數(shù)易取、簡單的特點，可應用于起重機系統(tǒng)設計中， 具有良好的參考價值。關鍵詞：鋼絲繩；動載系數(shù)；剛度；起重機；建模中圖分類號：th113文獻標識碼：a文章編號：1009-2374 (2012) 29-0049-03鋼絲繩吊重離地起升工況復雜，其動載荷與結構剛度、 鋼絲繩剛度、吊重質量、空氣阻

2、尼、起升速度等諸多因素有 關。在起重機設計中，常采用動載系數(shù)法計算動載荷。起升 動載系數(shù)是起重機動載系數(shù)中較為重要的一個，其選取對起重設備的安全性具有重 要影響。學者們對吊重提升系統(tǒng)的動載荷及起升過程的動態(tài) 特性進行了較多的研究，多為針對某種起重設備和工況的仿 真分析，尚未提供簡單易行且精確的起升動載系數(shù)計算公 式。因此，起重機設計中常采用參考相關標準進行起升動載 荷的計算。iso標準(is08686-1 )、歐洲搬運協(xié)會標準 (cen/tc147/wg/n2).德國工業(yè)標準din15018以及我國先 后發(fā)布的gb/t3811-1983. gb/t3811-2008等都根據(jù)起重機 的種類及使用

3、條件規(guī)定了起升動載系數(shù)的計算方法。然而， 各國標準在計算起升動載系數(shù)時都將起重機劃分了不同的 起升等級，并規(guī)定按起升等級計算起升動載系數(shù)，由于標準 中對起重機等級的劃分較為籠統(tǒng)，且為簡化計算，這給實際 中起重機起升動載系數(shù)計算帶來不便。本文建立了鋼絲繩吊重離地起升動力學模型，并進行仿 真及試驗研究，獲得起升過程的動態(tài)特性?；诖?，提出了 采用提升初速及提升鋼絲繩相關參數(shù)的起升動載系數(shù)計算 公式，該公式計算具有計算精確、參數(shù)易取、簡單的優(yōu)點。1模型建立1.1離地起升工況分析物品離地起升過程分為三個階段： 第一階段：起升機構卷繞起升鋼絲繩由松弛到張緊拉直但仍未受力。第二階段：起升鋼絲繩開始受力并逐

4、漸增大直至與物品的重力相等，結構和起升鋼絲繩產生位移但物品未離地。第三階段：物品離開地面的瞬間即與結構同時振動。1. 2動力學方程建立及求解 2仿真實例2. 1仿真參數(shù)的選取根據(jù)深圳市海星港的某臺門座起重機的實際情況，取支 撐結構折算質量=6000kg,取起升物體重量12500,吊鉤重量 800kg, =13300,支撐結構剛度=14. 7e+6o根據(jù)實驗所測量 數(shù)據(jù)，用動載法得到鋼絲繩剛度=8. 216e+005n/mo重力加速 度為9. 8,鋼絲繩長度為45,鋼絲繩為18x7不旋轉鋼絲繩。2. 2仿真結果實際計算的起升動載系數(shù)隨起升速度變化的曲線如圖3 中點劃線所示。從計算結果可知，所仿真

5、鋼絲繩提升重物離 地時，其起升動載系數(shù)與國際標準is08686-1第hc4等級接 近，主要落在中國標準gb/t3811-2008的第hc2和hc4等級 之間，且與起升速度成線性變化。采用標準計算起升動載系數(shù)，首先要確定起重機的起升等級，而起升等級的確定較為籠統(tǒng)。同時，現(xiàn)有標準只是對 起升系數(shù)進行簡單的計算，而實際影響起升動載系數(shù)的還有 結構的剛度、起升鋼絲繩剛度、重物質量以及起、制動強度 等因素。因此，在起升動載系數(shù)的選取中，無論使用何種標 準、把起重機劃歸為何種起升等級都是不準確的。由于計算中，認為起升時提升機構的運動速度保持不 變，也就相當于假設提升機構的剛度無限大，實際中由于提 升機構具

6、有一定的剛度，系統(tǒng)起升動載系數(shù)要小些，因此本 文的起升動載系數(shù)計算公式所計算值比實際中略偏大，安全 性好。3結語對鋼絲繩吊重離地起升進行仿真研究，仿真結果表明： 提升物體從靜止加速到提升初速所需時間與提升初速的大 小無關，只與鋼絲繩剛度及物體質量有關；鋼絲繩的起升動 載系數(shù)與提升初速成正比。提出以鋼絲繩彈性模量、有效長度、有效橫截面積、吊 重質量相關的鋼絲繩及起重機起升動載系數(shù)計算公式，該公 式克服了按標準計算時采用簡化計算及由于起重機起升等 級確定的籠統(tǒng)性而引起計算精度不足的缺點。此外，鋼絲繩 的實際彈性模量可以通過試驗測出或參考制繩所用鋼絲的 彈性模量憑借經驗選取，使得起升動載系數(shù)的計算簡

7、單易 行。該公式可為起重機設計提供一定的參考價值，同時，在 知道起重機起升動載系數(shù)的情況下，可用它來校核起升鋼絲 繩的強度以及起升速度等參數(shù)是否合適。參考文獻1 陳惠賢，劉雙，唐清泰.基于simulink的礦井提 升機鋼絲繩的動力學仿真及分析j.礦山機械，2008, 36(9)： 44-47.2 王貢獻，沈榮瀛.起重機臂架在起升沖擊載荷作 用下動態(tài)特性研究j機械強度，2005, (5)： 561-566.3 任會禮，王學林，胡于進，等.起重船吊物系統(tǒng) 動力響應仿真分析j.系統(tǒng)仿真學報，2007, 19 ( 12)： 2665-2668.4 徐格寧.機械裝備金屬結構設計m.北京：機械 工業(yè)出版社

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