全地面起重机塔臂工况回转对主臂力学性能影响研究

摘要

起重机在回转起、制动过程中，因为加减速的惯性冲击作用，做回转运动的构件及吊重会产生较大的动载荷。这些动载荷是起重机臂架结构所承受载荷的重要组成部分，其中因吊重摆动产生的动载荷是这些动载荷的最主要组成部分。而且，全地面起重机在塔臂工况下作业时，臂架结构自重及工作幅度都较大，这将导致在回转起、制动过程产生更为显著的动载荷。因此，研究影响此动载荷的因素及其对主臂力学性能（强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性）的影响规律，对于全地面起重机臂架结构设计和回转参数的确定具有重要意义。
　　本文以某1200t全地面起重机为研究对象，根据多体动力学、结构力学、材料力学等理论，针对塔臂工况回转过程中产生的动载荷进行分析，研究回转过程中吊重的摆振特性，以及回转起动过程产生的动载荷对主臂力学性能的影响规律。具体研究工作如下:
　　(1)研究全地面起重机塔臂工况的结构组成，根据臂架系统结构特点，对臂架系统进行简化，建立臂架系统力学模型，并以全地面起重机有限元模型验证力学模型的合理性。
　　(2)基于机器人动力学理论，利用牛顿-欧拉递推公式，建立全地面起重机塔臂工况吊重摆振动力学模型及微分方程，对吊重摆振动态特性进行计算机仿真分析。
　　(3)结合推导的力学模型及动力学模型，研究回转起动过程中起动时间、吊绳长度、塔臂长度、工作幅度等因素对主臂强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性等力学性能的影响规律。
　　(4)以主臂长度、塔臂长度等变量为影响因素，以吊重偏摆角、主臂力学性能为边界约束条件，研究最大回转角速度与最短斜坡时间之间的关系，并利用MATLAB软件编写程序，实现对于任意作业工况回转起动最短斜坡时间的快速化计算。
　　本文的研究成果可为全地面起重机臂架结构设计提供重要的理论参考，为实现起重机吊重消摆控制和提高吊装就位精度提供一定的参考依据，并为回转运动参数的确定提供一种计算方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 全地面起重机概述

1．2 课题研究现状

1．2．1 多体动力学研究现状

1．2．2 起重机动力学研究现状

1．3 课题研究意义和内容

1．3．1 课题研究意义

1．3．2 课题研究内容

2 臂架系统力学模型建立

2．1 塔臂系统受力分析

2．1．1 塔臂系统力学模型简化

2．1．2 塔臂系统力学模型求解

2．2 主臂系统受力分析

2．3 回转动载荷求解

2．3．1 塔臂产生的动载荷

2．3．2 吊重产生的动载荷

2．4 简化模型合理性验证

2．4．1 有限元模型的建立

2．4．2 计算结果对比分析

2．5 本章小结

3 吊重摆振特性研究

3．1 起重机动力学方程建立

3．1．1 起重机机器人模型

3．1．2 系统动力学方程

3．3 吊重摆振特性研究

3．2．1 径向和切向摆振研究

3．2．2 影响偏摆角大小因素研究

3．3 本章小结

4 回转对主臂力学性能影响研究

4．1 回转对主臂强度影响规律研究

4．1．1 复合应力求解

4．1．2 影响规律分析

4．2 回转对主臂刚度影响规律研究

4．2．1 弯曲刚度等效

4．2．2 弯曲变形求解

4．2．3 影响结果分析

4．3 回转对主臂整体稳定性影响规律研究

4．3．1 整体稳定性求解

4．3．2 影响结果分析

4．4 回转对主臂局部稳定性影响规律研究

4．4．1 局部稳定性求解

4．4．2 影响结果分析

4．5 本章小结

5 回转起动最短斜坡时间计算

5．1 边界条件确定

5．1．1 起升钢丝绳偏摆角边界条件

5．1．2 主臂力学性能边界条件

5．2 最短斜坡时间计算方法

5．3 算例分析

5．3．1 不同塔臂长度时最短斜坡时间计算

5．3．2 不同回转角速度时最短斜坡时间计算

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢