林利芬， 肖浩

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，武漢430205；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽蕪湖241007）

0 引言

TSJ160岸邊起重機(jī)是為某工程岸邊取梁專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的固定式懸臂吊機(jī)。吊具自重約200 t，最大吊重160 t。主要由：起升小車(chē)、主梁、立柱、吊掛、錨固、爬梯等部件組成。

岸邊吊機(jī)在懸臂端取梁，然后把梁塊運(yùn)送到尾部，再把梁塊放到移梁臺(tái)車(chē)上，小車(chē)?yán)^續(xù)開(kāi)到懸臂端；在此過(guò)程中，梁塊需要準(zhǔn)確地抓取和堆放，起升小車(chē)反復(fù)地啟動(dòng)和制動(dòng)，引起底部錨固螺栓軸力的周期變化。本文利用Femap&NX Nastran有限元法，對(duì)懸臂端起吊過(guò)程進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到底部錨固螺栓的軸力變化規(guī)律，希望對(duì)固定懸臂吊機(jī)的設(shè)計(jì)和使用提供一些幫助。

1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)理論

瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)（也稱時(shí)間歷程分析）是用于確定承受任意的隨時(shí)間變化載荷的結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法［1］，通過(guò)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，可以得到力、應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間變化的規(guī)律。在進(jìn)行有限元法計(jì)算時(shí)，首先要建立激勵(lì)隨時(shí)間變化的函數(shù)。然后在指定的激勵(lì)點(diǎn)添加隨時(shí)間變化的載荷。

2 激勵(lì)隨時(shí)間變化函數(shù)的建立

圖1 啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間曲線

TSJ160岸邊起重機(jī)性能及參數(shù)：起重機(jī)最大懸臂10m，最大起重量160 t，起升速度為V=1.7 m/min，岸邊吊機(jī)自重約197 t。懸臂端起吊時(shí)，由于需要調(diào)整吊掛的位置，起重小車(chē)需要啟動(dòng)、制動(dòng)、再啟動(dòng)再制動(dòng)的過(guò)程，該起升電機(jī)為變頻電機(jī)，圖1為啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間曲線。根據(jù)啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間曲線可以得到激勵(lì)隨時(shí)間變化的函數(shù)，如圖2。其中縱坐標(biāo)為激勵(lì)的變化因子，橫坐標(biāo)為整個(gè)啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程。

圖2 激勵(lì)隨時(shí)間變化的函數(shù)

3 有限元模型建立

采用有限元計(jì)算軟件Femap&NX Nastran建立岸邊吊機(jī)有限元模型，岸邊吊機(jī)上部為兩層的桁架梁，下部立柱由板材焊接而成的桁架結(jié)構(gòu)，主梁和立柱均采用梁?jiǎn)卧M。圖3為岸邊起重機(jī)有限元模型。

圖3 岸邊起重機(jī)有限元模型

約束條件說(shuō)明：立柱與地面之間通過(guò)預(yù)埋的高強(qiáng)螺栓錨固，立柱與地面為固定連接。

4 懸臂端起吊過(guò)程的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

在對(duì)懸臂端起吊過(guò)程進(jìn)行瞬態(tài)分析前，首先對(duì)懸臂端起吊進(jìn)行靜態(tài)分析，受拉錨固節(jié)點(diǎn)分別為：5 372、5 418、10 697、10 732；所受的靜態(tài)分析下的錨點(diǎn)拉力分別為1 140 346 N、1 105 961 N、1 111 070 N、1 130 182 N。

激勵(lì)隨時(shí)間變化的載荷為階躍載荷，由于響應(yīng)滯后于施加的載荷，所以在發(fā)生階躍的時(shí)間點(diǎn)，需要較小的時(shí)間變量來(lái)表達(dá)載荷變化，時(shí)間變量的取值為0.08 s，小于1/（180f），f為振動(dòng)頻率，岸邊吊機(jī)為鋼結(jié)構(gòu)，阻尼系數(shù)取0.02［2］。圖4為錨固螺栓拉力時(shí)間響應(yīng)曲線，橫坐標(biāo)為響應(yīng)的時(shí)間，共24 s，縱坐標(biāo)分別為尾部錨固拉力節(jié)點(diǎn) 5 372、節(jié)點(diǎn) 5367、節(jié)點(diǎn) 10697、節(jié)點(diǎn) 10692上的拉力。

懸臂起吊過(guò)程中，尾部錨固的最大拉力分別為3 303 300 N、4 446 300 N、3 260 900 N、4 347 000 N，對(duì)應(yīng)靜態(tài)分析下的錨固拉力倍數(shù)分別為2.89、4.02、2.93、3.85。故在岸邊起重機(jī)尾部錨固設(shè)計(jì)時(shí)，螺栓的安全系數(shù)應(yīng)取到靜力下的4倍。

圖4 錨固螺栓拉力時(shí)間響應(yīng)曲線

5 結(jié)語(yǔ)

1）本文利用大型有限元分析軟件Femap&NX Nastran對(duì)岸邊懸臂吊機(jī)在懸臂端的起吊過(guò)程進(jìn)行有限元分析，研究了懸臂端起吊對(duì)尾部錨固的影響，得出了一些有意義的結(jié)論。

2）在進(jìn)行固定式懸臂吊機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)尾部錨固重視。

［參考文獻(xiàn)］

［1］胡宗武.工程振動(dòng)分析基礎(chǔ)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1999.

［2］王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［M］.北京：人民交通出版社，2007.