基于縮尺模型的橋式抓斗卸船機(jī)安全評(píng)估研究.pdf

1、橋式抓斗卸船機(jī)在作業(yè)過程中存在反復(fù)啟動(dòng)和制動(dòng),各結(jié)構(gòu)件經(jīng)常承受比較強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊,所以,整體鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性控制變得非常重要。但是,由于卸船機(jī)結(jié)構(gòu)龐大、工作環(huán)境惡劣,受到人力、經(jīng)濟(jì)和設(shè)備能力的限制,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)難以組織。為了以較低的試驗(yàn)成本,為卸船機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)和維修等提供相關(guān)理論依據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),本論文以湛江港在役的2250t/h型橋式抓斗卸船機(jī)(以下簡(jiǎn)稱卸船機(jī))為具體研究對(duì)象,對(duì)其開展靜力與動(dòng)力相似理論分析、縮尺模型設(shè)計(jì)與

2、制作、三維有限元建模與仿真以及模型試驗(yàn)等系統(tǒng)研究。具體方法、結(jié)果及結(jié)論如下:
　　通過大量收集國(guó)內(nèi)外港口起重機(jī)的相關(guān)資料,系統(tǒng)了解港口起重機(jī)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì);實(shí)地勘查2250t/h型橋式抓斗卸船機(jī),掌握該型號(hào)卸船機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、主要技術(shù)參數(shù)和載荷類型等。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)相似原理,運(yùn)用量綱分析法推導(dǎo)該卸船機(jī)在多種因素影響下的靜力和動(dòng)力相似準(zhǔn)則,為其縮尺模型的設(shè)計(jì)、制作以及相似性判定提供理論依據(jù)。
　　綜合卸船機(jī)的靜力

3、和動(dòng)力相似理論分析結(jié)果,完成其1:40縮尺模型的設(shè)計(jì),并用Pro/E畫出整體裝配圖和所有零件圖,最后選用合適的型材制作卸船機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)物縮尺模型,為后面的模型試驗(yàn)研究打下了基礎(chǔ)。
　　在完成卸船機(jī)鋼結(jié)構(gòu)縮尺模型的設(shè)計(jì)和制作基礎(chǔ)上,用Pro/E分別建立了卸船機(jī)原型及其縮尺模型的三維實(shí)體模型,并導(dǎo)入Ansys Workbench建立兩者的三維有限元模型。首先,對(duì)兩者分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力分析,比較兩者的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng),驗(yàn)證了靜力相似準(zhǔn)則的

4、正確性;其次,對(duì)兩者分別進(jìn)行了模態(tài)分析,對(duì)比兩者的模態(tài)振型和模態(tài)頻率,驗(yàn)證了動(dòng)力相似準(zhǔn)則的正確性。以上研究為卸船機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)提供相關(guān)理論依據(jù)。
　　根據(jù)卸船機(jī)原型及其縮尺模型的有限元分析結(jié)果,對(duì)制作出的卸船機(jī)鋼結(jié)構(gòu)縮尺模型開展了應(yīng)力應(yīng)變特性研究和模態(tài)試驗(yàn)研究:通過應(yīng)力應(yīng)變特性試驗(yàn)研究,獲得了模型俯仰梁與前拉桿上5個(gè)測(cè)點(diǎn)在滿載荷的抓斗從抓料位置運(yùn)動(dòng)至卸料位置過程中的應(yīng)變-時(shí)間歷程曲線,將試驗(yàn)結(jié)果與有限元結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果對(duì)比,

5、吻合較好,驗(yàn)證了卸船機(jī)縮尺模型的合理性和結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果的正確性;通過模態(tài)試驗(yàn)研究,獲得了模型俯仰梁端部、主梁端部和塔架最高處三個(gè)測(cè)點(diǎn)的三向振動(dòng)幅頻特性曲線,識(shí)別得出各測(cè)點(diǎn)在三個(gè)方向上的固有頻率,與縮尺模型的有限元模態(tài)分析結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了模型的合理性和模態(tài)分析結(jié)果的正確性。
　　綜合以上研究,得出結(jié)論:本文設(shè)計(jì)制造的卸船機(jī)縮尺模型符合靜力和動(dòng)力相似準(zhǔn)則;可以將該模型上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算到原型上,為卸船機(jī)的設(shè)計(jì)制造、維護(hù)維修和安全評(píng)