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随车起重机力矩限制器的振动设计
Vibration Design for Moment Limiter of Truck-mounted Crane
柳明辛泳霖郜普刚
LIU Ming et al
长治清华机械厂山西长治046012
摘要:介绍了力矩限制器的设计方法,先运用Pro/E进行三维建模,再采用计算模
态分析与试验模态分析相结合的方法,保证了力矩限制器设计的安全可靠性。
关键词:随车起重机力矩限制器振动模态分析 ANSYS Pro/E
Abstract The design method of moment limiter is described using the PRO/E sofeware
to 3D modeling. The computational modal analysis and experimental modal analysis
was used to achieve the safety and reliability of moment limiter designing
第一作者:柳明,男,1986年生,助理工
Key words truck-mounted crane; moment limiter; vibration; modal analysis; ANSYS
程师,现从事随车起重机开发设计工作
Pro/E
中图分类号:U469.614.03文献标识码:A文章编号:1004-0226(2015)01-0096-03
1引言
力矩限制器CAD模型
力矩限制器试验模态分析
力矩限制器作为随车起重机的安全保护装置,直接关系到起
ーーーー
建立力矩限制器CAD模型
导入力矩限制器CAD模型
重机作业的安全性。当操作不当或者超載使用随车起重机时,力
数值计算
数据处理
矩限制器可以发出警报提醒操作者,并与电气系统配合对随车起
重机进行力矩限制,防止起重机向危险方向动作,避免起重机发
获得计算模态参数
获得试验模态参数」
生倾翻、折臂等安全事故。
计算模态分析与试验模态分析参数对比分析
设计力矩限制器时,首先应用 ANSYS软件对力矩限制器模型
进行计算模态分析,根据结果不断对模型进行修正;再对修正后
的模型产品化,在国家重点实验室对产品进行专业的试验模态分
完成设计
析;最后对比分析计算和试验结果,确定产品最终结构。本文的
图1技术路线图
具体研究方法及技术路线如图1所示。
要求进行设计。此次力矩限制器抗振动的设计要求就是保证其能
2力矩限制器模型的建立
承受寿命周期内的振动,借助ProE和 ANSYS等设计手段对随车起
力矩限制器的设计应符合相关标准要求,在进行力矩限制器重机力矩限制器进行设计,力求结构紧凑、美观,抗振动性能符
结构设计时,要充分考虑振动、冲击和密封等因素的影响;对于合国家标准。力矩限制器具体模型如图2所示。
军用或特种随车起重机用力矩限制器更应严格按照相关国军标的
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技术论运 TECHNIC FORUMO
网格划分:力矩限制器的主要材料为铝,在进行计算时取密
度为2700kgm2,弹性模量E70GPa,泊松比=0.3。定义单元类
型为 solidl8单元,采用自适应网格划分。网格划分结束后得到
27899个单元,8609个节点,如图3所示。
图2力矩限制器模型
3基于 ANSYS的力矩限制器计算模态分析23
模态分析用以确定结构和构件的振动特性,即固有频率和振
型。在承受动态载荷的结构设计中,他们是重要的参数。进行模
态分析有许多好处,可以使结构设计避免共振或以特定频率进行
振动,使设计工程师认识到结构对于不同类型的动载荷是如何响
应的,有助于在其他动力分析中估算求解进行优化设计。
日3划分网格后三维模型
3.1模态分析理论方程的建立
边界条件:力矩限制器实际工况为支架固定在随车起重机臂
模态是弹性结构固有的整体特性,设计机构或机器部件的每
体上,所以边界条件为在力矩限制器支架下平面进行全约束。
一阶模态都有独立的模态参数,即模态频率、模态阻尼、模态振
3.3结果分析
型等。对于ー个N自由度线性体系,其基本振动方程可表示为
力矩限制器指定模态提取数为6,模态扩展数为6,利用 Block
[MX(の}+C]x(の}+K](Xの}={F(の)}
Lanczos法进行模态提取,详细过程在此不再赘述。计算得到力
式中,[M、[り、[分别为弹性系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚
矩限制器前6阶振型及固有频率如图4及表1所示。
度矩阵;{X(の}、{x(の}、{Xの分别为加速度向量、速度向量和
DMX=1,492
DMX=0.77804
SMX=1,492
位移向量;F(}为动激励载荷向量。在进行模态分析时,因结构
SMX=0.77
阻尼较小,对固有频率和振型影响甚微,故通常忽略不计。在这
种情况下,分析结构的固有频率与振型问题转化为求解特征值与
特征向量问题。
对于无阻尼的自由振动,其动力学方程为
172898345795,518693,491591
331447.662894,9943411.326
165723.49717,8286171.,161.49
[M{X()}+[k]{X()={0
086449,259347432244605142.77804
任何弹性体的自由振动都可以分解为一系列简请振动的叠
a)第一阶主振型图
b)第二阶主振型图
加。上述方程如下的间歇振动解
DMX=1.857
DMXE-23
X(の)}={X}sin(on)
SMXAL 85
SMX=2.322
将式(3)代入式(2)得
[K]-o[M]{X}=40
自由振动时,结构中各节点的振幅{}不全为零,所以式
(4)中{X}的系数矩阵行列式的值必须为零:
41275282550512381.651
05160471.0321.5482.064
206376、6191291.0321.4451.857
258023,774071.291.8062.322
(K]-0M=0
c)第三阶主振型图
d)第四阶主振型图
结构的刚度矩阵[门和质量矩阵[M都是〃阶方阵,n是节点自
由度数目,所以式(5)是关于o的n次方程,可以求出结构的n个固
DMX=2.423
DMX=1,518
SMX=2.423
SMX=1.518
有频率,对每个固有频率,可以根据式(5)确定各节点的振幅值
{Xn},称为结构的振型。
3.2有限元模型的建立
由于Pro/E与 ANSYS有良好的接口,可以把力矩限制器的模型
导入 ANSYSI内,在不改变力矩限制器力学性能的前提下,忽略某
5385261,0771.6162.154
37235,674691.0121.349
92638077891.3461,8852.423
168617,505852,8430871.181,518
些对几何模型整体力学性能影响较小的几何特征,如螺钉、调整<