起重机起升动载系数的确定方法王承程�王重华(上海海事大学物流工程学院,上海200135)摘要:通过建立非线性起升动力学模型,确定了起重机在起升过程中产生的最大动载荷。模型较为准确地反映了荷重离地起升的过程,可以用于计算起升动力响应,求得的动载荷可用于起重机结构动态有限元分析。关键词:起重机;非线性;起升动载系数;起升速度曲线中图分类号:TH21,U653.921��文献标识码:ADeterminationMethodforCraneHoistingDynamicLoadCoefficientWangChengcheng,WangChonghuaAbstract:Bymeansofestablishingnon�linearliftingdynamicsmode,lmaximumdynamicloadgeneratedduringthecranehoistingprocesshasbeendetermined.Thisdynamicmodelaccuratelyreflectsthelift�offandrisingprocessoftheloading,whichcanbeusedtocalculatehoistingdynamicresponse,andthecalculateddynamicloadcanbeusedforthedynamicfiniteelementanalysisofthecranestructure.Keywords:crane;non�linear;hoistingdynamicloadcoefficient;hoistingvelocitycurve��设计起重机时首先必须确定载荷,然后才能据此进行结构设计。作用在起重机上的载荷有多种,起升过程产生的动载荷往往在起重机中占有重要地位。通常使用起升动载系数�2[1]来估计起升时产生的最高动力值。许多国家的起重机设计规范都给出了起升动载系数的具体的计算方法。人们也提出了各种估计起升过程中的最高动力值的计算方法[1,2,3,4],这些动载系数计算公式通常是建立在线性振动模型和经验之上的。通过将起升过程中起升绳的等效刚度视为常量,然后在离地时给定荷重一个初速度[1,2,3,4],从而转化为少自由度的振动问题来估计最大载荷。由于这样处理没有考虑起升时起重机的起升速度是不断变化的这一事实,因而误差较大。实际的起升时起升速度随时间变化,然后达到设定的稳定提升速度的动态过程,荷重离地时系统的自由度也发生了转变,而且由于卷筒的卷绕运动也导致起升绳刚度的变化。应充分考虑这一动态过程建立相应的模型才能得到更符合实际最大动载。通过以提升速度曲线为过程量,建立了起重机的变刚度、变阻尼[6]、变自由度的非线性起重机动力学模型。建立的模型可以用于求取荷重离地时的速度以及量化分析起升状态级别的差异,为起重机的合理设计提供了指导。收稿日期:2008�03�26作者简介:王承程(1977�),男,中国机械工程学会注册机械工程师,硕士研究生,研究方向为机械设计及理论。基金项目:上海市重点学科建设项目港口机械电子工程组成部分(T0601)1�起升动力模型的建立建立起升动力学仿真模型后需进行合理的抽象处理才能建立比较符合实际的模型。动力分析结果的准确性与过程描述和模型本身的准确程度有关,如:刚度、质量、阻尼、非线性及其作用过程。对于求取起升过程中产生的最高动载荷,少自由度模型一般就能满足应用需求,因此,可以简化为图1所示的模型,离地前为单自由度,离地后为二自由度。1.1�起升过程分析准确描述起升过程对于动载荷的模拟具有重要意义,通常将起升过程可分为三个阶段[2]:第一阶段:从起升机构启动开始至起升钢绳滑轮系统将要受力时结束,这一过程消除起升绳松弛和机构间隙,起升机构仅空转;第二阶段:从起升钢绳开始受力时至起升质量离地时结束,同时结构开始受力变形,主要是克服结构和钢丝绳弹性变形,为荷重离地起升创造条件;第三阶段:荷重离地并上升为第三阶段,系统自由度发生转变,荷重开始参与整个系统的振动。1.2�荷重离地前的动力学模型由于结构和钢丝绳的弹性变形,在荷重离地时起升卷筒虽已达到一定的速度,但荷重仍静止在刚性的基础上。设m1为结构等效质量,m2为荷重质量,k1为结构等效刚度。本文在起升机构启动时起升绳已被拉直(但尚无张力)的条件下33中国重型装备!No.2HEAVYMACHINERYSCIENCE�ANDTECHNOLOGYJune2008建立模型,即从第二阶段开始分析。当起升绳拉力与荷重的重量相等时荷重将离开地面,设钢丝绳t时刻的变形为�(t),刚度为k2(t),对m1应用牛顿第二定理得m1x..1(t)=Frope(t)-k1x1(t)(1)��卷筒收绳量可以表示为S(t)=(t)R=�(t)+x1(t)(2)��则(2)式可以写为m1x..1(t)+k1x1(t)=k2(t)[(t)R-x1(t)](3)��离地时刻为t0应满足...
