起重机的动刚度及其测试方法

3 起重机动刚度的测试方法
如前所述 ,起重机动刚度的测试 ,实际上就是测 试起重机在规定方向上的自振频率 。对于不同类型 的起重机 ,在不同方向上动刚度的大小 ,相应的标准
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图 4 贴应变片法测试与分析框图 《起重运输机械》 1999 (4)
的动刚度 。这一方法的测试精度高于光线示波器 法 ;而采用动态数据采集分析系统则可直接对信号 进行采集和频谱或功率谱分析 ,实时地得到所测的 动刚度 ,具有速度快 、精度高的特点 。 3. 2 压电加速度计法
图 1 受简谐激振力的单自由度系统 图 2 单自由度系统的动刚度曲线
4 结束语
该微机监控系统在建设部长沙机械研究院设计 的 Q TZ2800 型塔式起重机上作了现场试验 ,结果证 明该微机电控系统工作稳定 、可靠 ,抗干扰能力强 , 功能强大 ,司机可以通过液晶屏随时掌握塔式起重 机的工作参数 ,起吊重物的自动就位误差小于 10cm ,各项功能达到了设计要求 。
λ= ω/ ωn ω ———简谐激振力角频率
动刚度的幅值为
| KD| = K (1 - λ2) 2 + (2ξλ) 2
(2)
可见 ,动刚度并非是一个常数 ,而是随频率的改
变而变化 ,是频率的函数 (见图 2) 。
1 动刚度的基本概念
在机械振动学中 ,动刚度的定义为起重机结构
产生单位振幅所需要的动态力 。对于受简谐激振力
的单自由度系统 (如图 1 所示) ,其动刚度 KD 可以 表示为 :
KD = K〔(1 - λ2) + 2 ξi λ〕
(1)
式中 K ———系统的静刚度
ξ———阻尼比
ξ= C/ (2 mωn) C ———阻尼系数
m ———系统质量 ωn ———系统固有频率 ωn = K/ m = 2πf n
f n ———结构的自振频率 λ———频率比
Kd = 2ξ (1 - ξ) 2 k
(3)
当ξ较小时 ,即ξ≤012 ,则
Kd≈2ξk
(4)
由式 (4) 可知 ,结构的动刚度与静刚度 k 、阻尼
比ξ成正比 ,提高结构的静刚度及阻尼比 ,都可提
高结构的动刚度 。
2 起重机动刚度的物理含义
中均有具体规定 。另外 ,标准中还规定了测量动刚 度的具体条件 ,如桥式起重机垂直方向上动刚度的 测量 ,要求小车在跨中位置 ,吊重为额定载荷 。其目 的主要是为了使动刚度的测试在一个统一的标准条 件下进行 ,以消除其它因素对动刚度测试的影响 。
械局的领导到会作了讲话 。会议传达了中国重机协
会关于“制止低价倾销单双梁起重机工作会议纪要”
等文件 ,听取了专业委员会秘书处所作“九八年工作
总结和九九年工作计划”的汇报 。会议期间 ,代表们
对部分企业盲目降价竞争问题进行了讨论 ,指出企
业的竞争应该是成本价格 、质量 、产品技术水平及售
后服务等全方位的竞争 。会议强调行业单位要提高
自振频率 f n 成正比 ,而振动的衰减时间则与结构自
振频率 f n 成反比 ,即 f n 越小 ,衰减时间越长 ; f n 越
大 ,衰减时间越短 。正是基于这一原因 ,起重机动刚
度用结构的自振频率来衡量 ,这是起重机动刚度区
别于一般机械结构动刚度的特殊之处 。
图 3 冲击动载波形图
3. 1 贴应变片法 这是标准中推荐的一种方法 (见图 4) ,使用比
起重机的动刚度及其测试方法
太原重型机械 (集团) 有限公司 高俊云
动刚度是衡量起重机结构抗振能力的主要指 标 ,对于一般的起重机 ,在设计时主要是对其静刚度 进行校核 ,而对动刚度则不进行验算 。除非有特殊 要求 (如高速运行以及要求精确安装的起重机等) 时 ,才必须对起重机的动刚度加以考虑 。如在 JB/ ZQ8001 —89《通用桥式起重机产品质量分等》中 ,要 求动刚度 ≥2 Hz ,并制定了相应的测试方法 。
电机与电器教研室 邮 编 :410082 收稿日期 :1998211226
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同一起重机结构的动刚度 ,对于各种不同的振 动 ,虽其数值各不相同 ,但都取决于其本身的参数 (静刚度 k 、阻尼比ξ和质量 m ) ,而且在不同频率范 围内 ,各参数对动刚度的影响是不同的 。一般以共 振时的动刚度值 Kd (动刚度的最小值) 作为起重机 结构受迫振动时的动刚度 ,即
较广泛 。首先将应变片沿着所测动刚度的方向贴于 测点处 ,应变片与动态应变仪相连接 ,其输出信号可 分别与光线示波器 、电平记录仪或磁带机等记录设 备相连 ,也可与动态数据采集分析系统相连 。然后 按要求产生测试动刚度所需的动载 ,用测试系统记 录所产生的动态信号 ,通过对记录信号的正确分析 得到所测动刚度的数值 。若信号记录在光线示波器 或电平记录仪的记录纸上 ,可通过量取所测应变时 域曲线的周期 ,再求出这一周期的倒数 ,即为所测的 动刚度 ;若信号记录在磁带机上 ,则需通过对所测信 号的回放 ,用动态信号分析仪对时域信号进行频谱 分析或功率谱分析 , 频谱或功率谱的峰值即为所测
起重机在实际工作时所承受的动载荷主要为冲 击动载 ,如图 3 所示 ,起吊重物到一定高度时突然制 动 ,在主梁上产生冲击动载的波形曲线 ,这一冲击动 载可近似看作三角脉冲 。从理论上讲 ,只要脉冲宽 度 Δ = 1/ f n ,就可激发起重机的自振频率 ,采用适当 的测试与分析方法即可得到起重机的动刚度 。
重机协会葫芦单双梁起重机专业委员会于
1999 年 1 月 22 日至 24 日在天津召开了会员代表大
会 ,来自 91 个单位的 107 名代表参加了会议 。中国
重机协会 、中国重机总公司 、北京起重运输机械研究
所 、国家起重运输机械质量监督检验中心 、天津市机
这种方法的原理与贴应变片法的本质是相同 的 ,只不过所使用的传感器与二次仪表不同 (见图 5) 。首先将加速度计安装在测点处 ,主方向与所测 动刚度的方向相一致 ,并与电荷放大器相连接 ,其输 出信号可分别与电平记录仪或磁带机等记录设备相 连 ,也可与动态数据采集分析系统相连 。然后按要 求产生测试动刚度所需的动载 ,用测试系统记录所 产生的动态信号 ,通过对记录信号的正确分析得到 所测动刚度的数值 。其分析方法与贴应变片法相 同 ,不再赘述 。
实测时 ,为了快速 、准确地得到起重机动刚度 , 主要采用以下两种方法 :
起重机在起吊 、卸载以及突然起制动过程中 ,均 会引起冲击动载 ,使其产生一定振幅和一定时间的 衰减振动 。起重机对动刚度的要求主要是为了控制
由于冲击动载所引起的振幅和振动的衰减时间 。由
于起重机结构 、材质等因素的不同 ,阻尼比在一个较 大范围内进行变化 ,而且难以进行理论估计 ,这就给 直接计算动刚度带来了困难 。
对市场的认识 ,开拓新市场 。
会议经常务理事会讨论审查 ,吸收武进市起重
电器厂等单位为行业协会新会员 ,并对长沙前进电
器厂等八单位长期不履行会员义务作出了暂停其参
加行业活动的决定 。会议同意赵中千同志辞去行业
总公司总经理与行业协会副秘书长职务 ,由李东皋
同志接任行业总公司总经理及行业协会副秘书长职
务。
图 5 压电加速度计法测试与分析框图
除以上两种方法外 ,还可采用机械式测振仪法 和应变式加速度计法对起重机动刚度进行测试 。
图 6 贴应变片法测得的曲线图
图 7 压电加速度计法测得的曲线图 《起重运输机械》 1999 (4)
作 者 :高俊云 地 址 :太原市河西区玉河街 53 号 邮 编 :030024 收稿日期 :1998206223
《起重运输机械》 1999 (4)
参 考 文 献 1 孙函芳 1Intell 6 位单片机 1 北京 :北京航空航天大学出
版社 ,19951 2 何立民 1 单片机应用系统与接口技术 1 北京 :北京航空
航天大学出版社 ,19901
作 者 :黄守道 地 址 :湖南省长沙市岳麓山湖南大学电气与信息工程系
4 应用实例
如图 6 、图 7 所示 ,分别用贴应变片法和压电加 速度计法对龙羊峡 500t 门式起重机在垂直方向上 的动刚度进行测试 ,得到实测曲线及分析结果 ,由此 可以看出所测得的动刚度非常接近 。与此同时 ,贴 应变片法还测得了动应力的大小 ;加速度计法测得 了振动加速度的大小 。因此 ,在实际应用中可根据 测试的具体要求和目的选用不同的测试方法 。
参 考 文 献 1 起重机设计手册 1 北京 :机械工业出版社 ,19801 2 张阿舟 1 振动控制工程 1 宇航出版社 ,19891 3 机械工程手册 1 北京 :机械工业出版社 ,19781 4 500t/ 300t/ 40t 双向门式起重机测试报告 1 太原重型机
械研究所 ,19891
(韩起城)
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由于 k = mω2n ,ωn = 2πf n ,则式 (4) 可变为
Kd
=
8π2ξm
f
2 n
(5)
另外 ,对于自振频率为 f n ,阻尼比为 ξ的一阶
自由度系统 ,其振幅由最大值 X0 衰减到 X n 所需的
时间 T 为
T
=
1 2πξf
ln
n
X0 Xn
(6)
若假定阻尼 、结构质量为常数 ,则动刚度与结构