移动式起重机（共4篇）
移动式起重机 篇1
1 引言
塔式起重机 (简称塔机) 配重的作用是使塔机前后平衡, 减小塔身所受弯矩, 改善塔身受力情况。动臂塔机的配重有固定式和移动式两种, 固定配重是将配重固定在平衡臂的尾部, 配重对塔身的后倾弯矩保持不变, 塔身承受较大的不平衡弯矩, 容易发生疲劳破坏;移动式配重是通过设置移动配重机构, 根据臂架俯仰情况, 调节配重位置, 减小塔身受到的不平衡弯矩。采用移动式配重的塔机塔身截面小, 质量轻, 但是移动式配重机构构造复杂, 往往需要添加辅助动力驱动, 成本较高, 而且安装维护也不方便[1]。现有的采用移动式配重的动臂塔机其配重移动方式主要有钢丝绳移动配重方式、平行四连杆移动配重方式和动力驱动移动配重方式[2~4]。
油缸变幅动臂塔机是以液压油缸为变幅机构, 采用移动式配重的动臂塔机, 是德国JOST公司专为英国市场开发的产品, 目前国内还没有相关研究。本文以油缸变幅动臂塔机为研究对象, 研究了其移动配重的实现方式, 给出了配重重量和起重性能的计算方法, 并与同级别平头塔机和固定配重动臂塔机进行了起重性能及塔身弯矩的对比分析。
2 油缸变幅动臂塔机移动配重设计
2.1 机构组成
油缸变幅动臂塔机移动配重机构主要是由配重、平衡臂、起重臂和液压油缸组成。如图1所示, 起重臂和平衡臂相连并铰接于旋转轴O处, 配重悬挂于平衡臂尾部C处, 液压油缸上下铰点A、B分别铰接于起重臂和塔身的适当位置。当油缸伸缩带动起重臂绕旋转轴做俯仰变幅运动时, 平衡臂随起重臂绕旋转轴同步转动, 从而带动配重移动。
1-配重;2-平衡臂;3-起重臂;4-液压油缸
2.2 移动配重力学模型
油缸变幅动臂塔机移动配重的力学模型如图2所示。
P-配重重量;Gb-起重臂自重;Gp-平衡臂自重;Q-吊物重量;Gt-塔身自重;Lo-旋转轴至回转中心的距离;-臂架仰角
2.3 移动配重计算
由图2所示力学模型可得, 塔身轴向力N和对回转中心弯矩M的计算如下
塔身为压弯杆件结构, 主要承受轴向压力和弯矩[5], 塔身横截面应力
式中 —轴心受压稳定系数;
A—塔身截面面积;
W—抗弯截面系数。
上回转塔式起重机按照塔身受载最小的原则确定配重质量[6]。在配重设计时, 应使塔身截面应力在塔身受最大前倾弯矩和最大后倾弯矩两个工况下差值最小。
式中M1—塔身所受最大前倾弯矩, 即塔机起吊额定起重量时塔身所受最大弯矩;
M2—塔身所受最大后倾弯矩, 即塔机空载时臂架位于水平位置塔身所受弯矩;
N1、N2—两个工况下塔身的轴向压力;
—两个工况下塔身横截面应力;
—两个工况下塔身截面应力的差值。
公式 (4) 中, N1和N2的差值是定值为额定起重量Q1, 所以当M1=M2时, 的取得最小值, 即最大前倾弯矩和最大后倾弯矩大小相等时, 塔身截面上应力的差值最小。故可得配重重量计算方法
式中Q1—额定起重量;
Rq1—最大前倾弯矩工况时吊物的幅度;
Rp1、Rz1、Rb1—最大前倾弯矩工况时平衡臂、配重和起重臂的重心位置至回转中心的距离;
Rp2、Rz2、Rb2—最大后倾弯矩工况时平衡臂、配重和起重臂的重心位置至回转中心的距离。
2.4 塔机起重性能曲线
影响塔机起重性能的因素有多种, 其中臂架稳定性和刚度、受力构件的强度和稳定性、塔机倾覆稳定性是影响塔机起重性能的主要因素[7], 本文仅考虑倾覆稳定性决定的起重性能, 起重机的抗倾覆稳定性是指起重机在自重和外载荷作用下抵抗翻倒的能力。倾覆稳定性计算的基本原则是稳定力矩大于倾覆力矩[5]。故可得塔机起重性能计算方法。
式中Qr—幅度Rq时的最大起重量。
3 实例分析
以JOST公司的TYP-JTL108.6油缸变幅动臂塔机为例进行计算分析, 并与同级别平头塔机和固定配重动臂塔机进行起重性能及塔身所受弯矩的对比分析。假设3种塔机的最大工作幅度相同, 最大工作幅度的起重量相同, 起重臂和平衡臂重量相同, 臂架和其他受力构件的强度和稳定性均满足要求。其塔机的主要参数见表1。
平头、固定配重动臂塔机的力学模型如图3所示。
3.1 起重性能对比分析
油缸变幅动臂塔机塔身受最大前倾弯矩工况为起重机工作幅度7.5m时, 起吊额定起重量的工况;塔身受最大后倾弯矩工况为臂架位于水平位置时, 空载工况。
注:重心比为重心至臂架铰点的距离与臂架长度的比值。
由公式 (5) 可得该型号油缸变幅动臂塔机配重大小为22.8t。根据图3所示力学模型, 按上述配重计算方法计算得到了平头塔机和固定配重动臂塔机的配重大小分别为22.3t和12t。
按照抗倾覆稳定性原则确定塔机的起重性能计算方法, 并利用MATLAB编程绘制油缸变幅动臂塔机、平头塔机和固定配重动臂塔机的起重性能曲线, 如图4所示。
由图4可知, 在最大幅度相同、最大幅度的起重量相同, 且各主要部件质量相同条件下, 油缸变幅动臂塔机的起重性能较平头塔机和固定配重动臂塔机略差, 是因为油缸变幅动臂塔机采用移动配重, 减小了塔机的稳定力矩, 降低了起重量, 防止塔机倾覆。
3.2 塔身弯矩对比分析
分别对起吊2t重物和空载这两种工况下3者塔身所受弯矩进行对比分析, 结果如图5所示。
由图5a可知, 油缸变幅动臂塔机塔身所受最大弯矩最小, 塔机所受弯矩变化最小, 对塔身截面要求低, 塔身截面小, 质量轻;由图5b可知, 空载时, 油缸变幅动臂塔机在最小幅度时塔身弯矩最小, 塔机非工作时, 臂架可仰起到最大角度, 占用空间小。
4 结论
1) 最大工作幅度相同, 最大工作幅度的起重量相同的条件下, 油缸变幅动臂塔机的起重性能较平头和固定配重动臂塔机略差, 但起吊相同载荷时, 塔身所受最大弯矩和塔身弯矩的变化最小, 塔身截面小, 质量轻。
2) 空载时, 油缸变幅动臂塔机塔身所受弯矩在最小工作幅度处达到最小值, 因此, 非工作工况时可将臂架仰起到最大角度, 塔身弯矩小, 占用空间少。
参考文献
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流动式起重机的危险源辨识及评价 篇2
近年来, 中国工程机械行业发展迅猛, 社会保有量不断增加。但是, 我国工程机械乃至整个机械装备制造业, 特别是流动式起重机, 依然存在突出的机械安全问题, 各类事故时有发生, 给人们的生命、财产、安全造成很大的危害。因此, 在现在和未来的工程机械产品设计、生产、使用、维修等整个寿命周期中, 避免和控制安全事故的发生成为当前最为迫切的任务之一, 充分辨识危险源是正确进行安全风险评价的一项重要基础工作。
1 危险源的简述
1.1 危险源的定义
GB/T 28001-2001把危险源定义为:可能导致死亡、伤害、职业病、财产损失、工作环境破坏或这些情况组合的根源或状态。危险源的特性见图1。危险源存在于确定的系统中, 不同的系统范围, 危险源的区域也不同。危险源和隐患又是两个不同的概念, 它们之间有着内在的联系, 危险源属自然常态, 隐患属不正常状态。
1.2 危险源的分类
按安全科学理论, 从概念上主要把危险源分为两种:①主要表现在由事故导致危害后果的严重程度性, 是事故发生的物理本质和前提, 为防止发生此类危险源, 必须采取措施约束、限制能量或危险物质, 控制其危险源;②造成约束、限制能量和危险物质措施失控的各种不安全因素, 主要体现在物的不安全状态 (设备故障或缺陷) 、人为失误 (人的不安全行为和心理性危险源) 、管理缺陷和环境因素, 这是导致第一类危险源发生事故的必要条件。一起伤亡事故的发生往往是两类危险源共同作用的结果。
(1) 人的不安全行为:人的不安全行为包括心理、生理性、行为性等危险因素, 能引起疲劳、劳动损伤等负荷超限及生产、操作过程中的违章作业及其他错误指挥。
(2) 物的不安全状态 (设备故障或缺陷) :物的不安全状态包括物理性危险因素、防护危险因素、电伤害、噪声伤害、信号危险因素、标志危险因素、化学性危险和有害因素等。
(3) 管理因素:管理因素包括组织机构和人员的配置不健全, 安全责任制未落实, 操作规程不规范及其他管理因素缺陷。
(4) 环境因素:环境因素包括作业环境亮度不够、遮挡视线、过量的噪声、自然危险等危险因素。
2 流动式起重机的特性
2.1 结构特性
流动式起重机是在汽车或特质底盘的基础上加装专用作业装置而成的一种可流动式的起重机械, 由上装和底盘两部分组成。上装的主要工作机构有起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构, 其中起升机构是最基本的工作机构。流动式起重机底盘的主要技术参数、基本性能参数等同于底盘能承载最大总质量的载货汽车, 行驶驾驶室一般由底盘自带, 上车专用装置配备上车操纵室, 操作者在上车操纵室中完成各种载荷作业。流动式起重机一般采用多节U型臂架型式, 有的是单缸伸缩, 有的是多缸同步伸缩。流动式起重机区别于其他起重机械的主要特点是其流动性, 即可以在公路上畅通行驶的, 是产量大、成本较小、应用较广泛的一种起重机械。它使工业、交通、建筑等各行业实现生产过程机械化, 减轻繁重体力劳动, 提高工作效率。
2.2 工作特性
流动式起重机是以间歇、重复的工作方式, 通过起重吊钩起升、下降、运移重物的机械设备。按照其起升性能参数, 在不同的工况下起升、下降、回转、移动相应幅度下的额定载荷, 在每个动作完成之后有短暂的间歇, 由于反复的制动和启动, 会对起重机的部分机构、零部件等造成较大的冲击和振动, 引起不稳定的冲击性应力, 会对受力材料的强度计算产生较大的影响。
流动式起重机属于危险起重作业机械的一种, 在自动化、机械化作业的同时, 也存在着各种安全隐患, 因此对流动式起重机的危险源进行分析是十分必要的。据资料统计, 我国每年起重伤害事故的死亡人数占全部工业企业死亡总数的15%左右, 每年起重机事故的死亡人数在所有机械事故死亡人数中居首位。
3 流动式起重机危险源的辨识和评价指标
工程机械的安全问题一直是我们最为关注的, 也是最为重要的, 安全系数也是产品的一个关键系数, 所以很好地辨识危险源, 降低产品的事故率, 减少人员和物质的损伤, 不断提高产品的安全性能和保证人员的安全, 一直以来是工程机械发展过程中被关注的焦点问题。结合作者的工作经历, 本文主要从以下几个方面对流动式起重机的危险源进行辨识。
(1) 整理行业内发生过的流动式起重机事故, 统计事故发生时的工作工况、事故的类别, 对事故发生的原因进行分析, 找出危险有害因素。
(2) 在对流动式起重机进行强制性试验、特种设备型式试验及CCC检验过程中, 发现故障及缺陷。
(3) 企业技术人员应进行充分的交流, 从理论设计上分析出有潜在危险的部件或状态。
(4) 依据与流动式起重机有关的国家标准、行业标准、企业标准及起重机械的法律法规辨识危险源。
(5) 参照国外对流动式起重机的安全法律法规、CE认证等, 扩大和细化危险因素的辨识范围。
(6) 用户走访、调查使用过程中出现的事故。
通过以上渠道能够查找出流动式起重机危险源, 并对危险源进行分类, 对每一种危险的发生, 分析其危险因素, 并作出相应的评价指标。
下面从第二类危险源着手, 依据国家相关标准、行业标准、《机动车辆类 (汽车产品) 强制性认证实施规则》、国家发展和改革委员会2005年第38号令等, 主要从物的不安全状态 (设备故障或缺陷) 来分析可能出现的危险源, 以物理性缺陷、信号缺陷、防护缺陷、噪声缺陷、标志缺陷及其他缺陷6个方面重点分析危险部位及相应的危险因素, 对每一种危险因素做出了评价要求。
3.1 信号缺陷
(1) 外部照明和光信号装置:依据GB 4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》和GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》标准规定, 所有光信号装置安装时其基准轴线应平行于车辆在道路上的停放面, 对称地安装在车辆上, 色度、配光性能及光照强度等满足此标准的要求。光信号装置的安装位置及尺寸错误、数量不够、光强度差等危险因素会引起信息传达错误, 造成交通事故。
(2) 操纵件、指示器及信号装置:应满足GB 4094-1999《汽车操纵件、指示器及信号装置的标志》标准的要求, 当信号装置不易识别或与其他信号源发生混淆时, 在驾驶员位置不方便操作, 引起误操作。
(3) 汽车电喇叭:应满足GB 15742-2001《汽车电喇叭的性能要求及试验方法》标准的要求, 当喇叭的装车位置及喇叭的声级等不符合要求时, 对路人或车辆起不到警示作用。
3.2 防护缺陷
(1) 前下部防护装置:应满足GB 26511-2011《商用车前下部防护要求》的标准要求, 当防护的阻挡能力、安装位置及调节等因素不符合要求时, 起不到安全防护作用。
(2) 侧面、后下部防护装置:依据GB 11567.2-2001《汽车和挂车后下部防护要求》和GB 11567.1-2001《汽车和挂车侧面防护要求》, 防护装置的外表面位置及形状;前、后缘尺寸位置;刚度、阻挡能力等满足此标准要求。当防护刚度和阻挡能力不够时, 易造成行人和车辆卷入车辆底部, 起不到安全防护的作用。
(3) 上车安全防护装置:依据标准JB 8716—1998《汽车起重机和轮胎起重机安全规程》第7条和GB12602—1990《起重机械超载保护装置安全技术规范》第5.6, 5.8, 5.9, 5.12, 5.14条, 如果限位器、力矩限制器等保护装置失效, 功能不全, 会造成人员伤害, 机器损坏。
(4) 安全防护装置其他要求:驾驶室内应设置防止阳光直射而使驾驶人产生眩目的装置, 装置在汽车碰撞时, 不对驾驶人造成伤害;设置保险杠, 如果未安装前保险杠, 发生事故时易造成人员伤害和车辆损坏。
3.3 物理性缺陷
(1) 车辆外廓尺寸、轴荷及质量:依据GB 1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》, 超限车辆 (包括超高、超宽及超重) 上路行驶时易造成道路严重损坏、桥梁或高架坍塌等严重事故。
(2) 汽车后视镜:依据GB 15084-2006《汽车后视镜的性能和安装要求》, 如果安装数量及后视镜的视野不足, 会造成驾驶员视线遮挡或视野范围过小, 产生驾驶盲区, 引发交通事故。
(3) 车速表:依据GB 15082-2008《汽车用车速表》, 当车速表示值不准确, 出现超速驾驶时, 易引发碰撞、追尾等事故。
(4) 转向系统:依据GB 17675-1999《汽车转向系基本要求》, 转向系统应具有适度的不足转向特性, 转动灵活, 操纵方便, 无卡滞现象, 应设置转向限位装置。当有不满足标准要求的因素时, 行驶时易发生转向失效等危险事故。
(5) 汽车安全带及安全带固定点:依据GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点》, 驾驶人座椅和前排乘员座椅需装置三点式汽车安全带, 避免驾驶员和前排成员的人身受到较大的冲击和振动, 保护人员安全。
(6) 制动装置:依据GB 12676-1999《汽车制动系结构、性能及试验方法》, 避免制动失效, 制动距离、控制力、稳定性及MFDD不满足标准要求, 下坡时制动性能不良, 行驶过程中紧急制动, 会出现制动严重跑偏, 引发追尾等交通事故。
(7) 倾翻稳定角:依据GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》标准的要求, 否则易引起侧翻车事故。
(8) 安全玻璃:依据GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》标准的要求, 否则会出现行驶中视线模糊, 受外力后玻璃破碎, 伤害人员。
(9) 外部凸出物:依据GB 20182-2006《商用车驾驶室外部凸出物》标准的要求, 如果有直接朝外的尖锐部分, 以及由于其形状、尺寸、朝向、硬度等外部凸出部分, 在碰撞事故中可能增加刮伤、撞伤的危险性或加重被撞者伤势。
(10) 非氟制冷剂:根据机汽发[97]099号文, 不允许使用氟利昂物质。
(11) 上装电气系统:依据JB 8716-1998《汽车起重机和轮胎起重机安全规程》第8条, 如出现电气连接松脱, 导线不可靠固定, 无零位或接地保护等不符合标准因素的状况时, 易引发电气故障等危险事故。
(12) 稳定性:依据JB 8716-1998《汽车起重机和轮胎起重机安全规程》第3.8条, 否则, 作业时机器易出现侧、后倾翻现象, 造成人员伤亡。
(13) 吊臂架:依据《机动车辆类 (汽车产品) 强制性认证实施规则》附件5第07~17条, 否则, 易出现应力集中区或高应力区, 影响臂架材料的疲劳寿命, 结构件产生永久变形或断裂。
3.4 噪声缺陷
(1) 加速行驶时车外噪声:依据GB 1495—2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》, 长期噪声超标会引起驾驶员听力、意识下降, 听觉系统损伤。
(2) 驾驶员耳边噪声:标准要求应不大于90dB (A) , 否则长期易造成驾驶员听觉系统伤害。
(3) 作业噪声:依据GB 20062-2006《流动式起重机作业噪声限值及测量方法》第4条, 否则, 长期高噪声作业易造成驾驶员听觉系统伤害, 增加环境辐射噪声。
3.5 标志缺陷
(1) 产品外部标识、标志和车辆识别代号:依据国家发展和改革委员会2005年第38号令, GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》, GB 16735-2004《道路车辆车辆识别代号 (VIN) 》, 如果出现未安装标牌、标牌信息不完整或模糊不清, 引起超负荷运行及VIN无法追溯。
(2) 车辆轮胎:依据GB 9744-2007《载重汽车轮胎》, 避免使用无CCC认证标记的轮胎。
(3) 车身反光标识:依据GB 23254-2009《货车及挂车车身反光标识》标准, 反光材料的反光特性, 粘贴位置和面积不足, 在夜间行驶时, 起不到一定的警示作用。
(4) 上装标志:依据GB 15052—1994《起重机械危险部位与标志》第3, 4.1.1~4.1.5, 4.4, 4.5条, 标志不规范等不符合因素, 存在潜在的安全隐患。
3.6 其他缺陷
驾驶室的前排座位, 按驾驶室内部宽度大于等于1 200mm时核定2人;大于等于1 650mm时核定3人, 但每名前排乘员的座垫宽和座垫深均应大于等于400mm, 避免出现超载现象。
4 结束语
通过对危险源进行系统性分析, 降低了流动式起重机设计、生产、使用等过程中的安全风险, 减少了人身伤亡事故, 为企业增加了经济效益, 提高了我国起重机械的安全水平, 增强了国际竞争力。
摘要：为了提高流动式起重机的安全性, 降低事故的发生率, 从4个方面对流动式起重机的危险源进行辨识, 主要在物的不安全状态 (设备故障或缺陷) 方面进行了细化分析, 并针对每种可能出现的危险因素作出了相应的评价指标。
移动式起重机 篇3
起重机正朝着自动化、智能化、核心技术化的方向发展[1,2],门式起重机作为其中一员,凭借场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点,在工厂、港口、造船厂、电站等处得到了广泛应用。
随着有限元技术的蓬勃发展,利用有限元分析软件对大型工程结构的数值模拟已成为一种比较流行的方法[3]。胡留现等[4]对小型门式起重机进行了模态分析的数值模拟,发现小型门式起重机结构为一低频振动系统,快速起升和突然卸载时的冲击容易引起结构共振;朱从兵[5]借助有限元分析软件对轻型港口起重机进行了模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析等结构动态响应研究,对起重机优化设计具有指导意义。
近年来,国内外学者对结构缺陷检测方面的研究也产生了浓厚兴趣。龚凌诸等[6]采用自然风的随机激励对港口起重机进行了工作振动模态分析,为基于模态的结构状态监测和裂纹诊断提供了一种有效方法。仲伟秋等[7]和杨永刚等[8]都对振动检测技术在桥梁上的应用提出了自己的方法与见解。Shuncong Zhong等[9]运用附加质量检测法,对杆状结构进行缺陷检测,通过研究发现,附加质量在杆状结构上的移动,能够放大缺陷对杆状结构动态特性的影响效果,从而探测缺陷的所在位置。这种方法具有效率高、鲁棒性好、精度高等优点。Qindan Huang等[10]结合修正的贝叶斯模型和一种基于振动的缺陷检测技术,利用指定结构的动态特性,提出了一种对潜在不确定因素引起的缺陷进行无损检测的方法。
本研究提出的移动载荷法通过用质量单元模拟重物在门式起重机上的移动过程对结构动态特性进行研究,从而得出缺陷所在位置,对推动无损检测的发展起到关键作用。
1 基于移动载荷法的单主梁门式起重机的结构缺陷识别方法
在以往的研究中,有学者研究发现[11],当缺陷的比例达到50%时,利用有限元技术对模型进行模态分析,有缺陷模型的第一阶弯曲振型相对无缺陷模型来说,其固有频率将会有5%的变化,也就是说,当缺陷深度占整个结构的50%以上时,才能用结构本身的固有频率变化检测出来。所以在缺陷尺寸相对较小的情况下,这是一项非常困难的工作。本研究提出了一种移动载荷法,通过在门式起重机上添加质量单元的方法,模拟重物由主梁一端移动到另一端的过程,以此放大缺陷对结构动态特性产生的影响,达到识别缺陷所在位置的目的。移动载荷法原理示意图如图1所示。
L—主梁总长度;lc—缺陷所在位置;lm—重物处于主梁的位置;hc—缺陷深度;截面A-A—双工字钢形状;m—重物质量
以研究对象单主梁门式起重机为例,尺寸如图1所示,重物由主梁的一端向另外一端缓慢移动。
随着载荷在主梁上的移动,整个结构的固有频率会发生相应地变化,当载荷移动到缺陷所在位置附近,对于整个结构来说,其刚度的变化相对其他远离缺陷的位置要明显得多,并且在缺陷深度增加的情况下,结构刚度变化的程度也会随着增加(相对于无缺陷的刚度)。因此,利用移动载荷法,就能够推断出缺陷所在位置。
2 单主梁门式起重机有限元建模及分析
本研究的研究对象是福建省特种设备检验研究院起重机械健康监测实验室的一台型号为MH0.5-3.5的单主梁门式起重机,其最大起升高度为1.5 m,额定起重载荷为500 kg,跨度为3.5 m,工作级别为A5,主起升速度分为快慢两档:8 m/min和2 m/min,葫芦运行速度分为快慢两档:12 m/min和3 m/min,大车运行速度分为快慢两档:20 m/min和5 m/min,材质为Q235-B,弹性模量为2.1×105 MPa,密度为7.85×103 kg/m3。该单主梁门式起重机的实物如图2所示。
建模主要以该起重机的金属结构作为研究重点,所以本研究对电气设施和大车运行机构作了适当简化,电动葫芦和载荷用质量点来代替。
2.1三维模型的建立
本研究利用三维建模软件UG,根据提供的单主梁门式起重机图纸,进行1∶1建模,三维模型如图3所示。
2.2建立有限元模型与网格划分
将在UG中建立好的三维模型用IGS格式导入前处理软件Ansa中,可进行有限元模型的形成与网格划分,本研究共得到560 861个节点,387 221个Solid185单元。
2.3有限元模态分析
在Ansa中建立好有限元模型之后,本研究用cbd格式导入有限元分析软件中进行模态分析。将小车在主梁上运动的有效长度平均分为32点、31段(首尾各有1点),利用在32个位置添加质量单元MASS21的方式,模拟小车和载荷共100 kg在主梁上运动时所处的不同位置。将底部与大车机构连接的地方设置为全约束(Ux、Uy、Uz、ROTx、ROTy、ROTz都为0)。本研究在距离悬臂端1 130 mm(小车运动到23号与24号位置序列之间处)的主梁双工字钢下表面处,设置了长120 mm,宽2 mm,深度分别为2 mm、4 mm、6 mm的规则缺陷(总厚度为8 mm),分成0%缺陷(无缺陷)、25%缺陷、50%缺陷、75%缺陷共4组有限元模型。50%缺陷网格放大图如图4所示。
本研究用Block Lanczos法对上述4个模型进行模态分析,在10阶扩展模态中,选出了2个典型的振型,并分别得到了4组模型的2个典型振型的振型图及固有频率曲线。第2振型图如图5所示。
两个典型振型对应的用移动载荷法得到的含有不同缺陷模型的固有频率曲线图如图6所示。
3 缺陷识别方法及结果讨论
从图6中很难看出4组模型在同样移动载荷情况下的差别。本研究用固有频率值求差的方法,以无缺陷固有频率曲线作为基准,将25%、50%、75%这3组模型得到的固有频率曲线分别与无缺陷模型的固有频率曲线求差,得到的第2振型固有频率差值曲线如图7所示。
从图7可以看出,当质量单元移动到23号与25号位置之间时,固有频率差值有明显的变化,这与之前设定的缺陷位置相符合。对同一振型来说,影响固有频率差值的因素有两个:①缺陷尺寸的大小;②质量单元离开缺陷所在位置的距离。缺陷的尺寸越大,质量单元越接近缺陷所在位置,那么,有缺陷的固有频率值与无缺陷的固有频率值之间的差值就越大,进而说明整个结构的刚度降低越明显。所以,通过移动载荷法可以定性地判断出起重机主梁上缺陷所在的位置,并且在实际的起重机结构无损检测过程中,也可以运用该方法进行缺陷定位。
4 结束语
本研究利用移动载荷法,建立了型号为MH0.5-3.5的单主梁门式起重机的三维模型和有限元模型,并且对4组不同缺陷的模型进行了小车和载重共100 kg在主梁上运动过程的模拟,提取了两个典型振型的固有频率曲线。笔者对模拟结果进行了固有频率值求差处理,并得出“质量单元在起重机主梁上的移动改变了结构固有频率”的结论。当尺寸的缺陷越大,质量单元越靠近缺陷所在位置,则有缺陷结构的固有频率值与无缺陷结构的固有频率值之间的差就越大,进而达到缺陷定位的目的,该结果为起重机无损检测提供了重要依据。
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移动式起重机 篇4
除氧器是热力发电厂的关键设备之一,由于其体积、重量较大,且安装位置一般位于厂房和锅炉之间,吊装工作存在一定的技术难度和安全风险。
本文通过笔者参与的西北某电厂#1机组除氧器吊装过程,探讨当除氧器布置在汽机房内,使用一台履带式起重机、一台塔吊及汽机房行车来完成除氧器吊装工作的思路。
2 工程概况
西北某电厂#1机组设置一台GC-2412/GS-240型无头内置式卧式除氧器,设备外形尺寸31500mm×Φ3860,整体净重110t。中间也即重心的位置设有固定支腿,重心两侧10m处各设有活动支腿。设备布置在机组主厂房13.7层4~8列、4/A~B排墙之间,支腿底面标高16.184m。
根据现场条件,项目部选择以SCC2600A/260t履带吊(以下简称履带吊)为主,ZSC70240/80t塔吊(以下简称塔吊)配合,两台QD80/20t-36.3m汽机房行车(以下简称行车)抬吊就位的方案。
3 施工前准备条件
(1)汽机房4/A~B之间13.7m层楼面及除氧器基础已施工完毕,同时预留4/A~B、1~2轴之间的屋面。
(2)除氧器途经范围内无任何障碍物,接近部位做好防剐蹭措施。
(3)履带吊活动区域内清场,地面铺设渣土分层压实并在履带吊行进方向铺设50mm路基板。
(4)除氧器三个支腿均需牢固焊接于本体。
(5)准备足够的枕木以便除氧器临时放置在13.7m层楼面上。
(6)除氧器已经根据就位方向临时存放,且除氧器贴近汽机房。
(7)履带吊布置在汽机房固定端外,其行走中线距除氧器中心线距离9m,主臂工况主臂长35m,负荷性能如表1[1].
吊装工作开始前应检查各项机械性能均完好。
(8)塔吊布置在#1锅炉右侧,塔吊布置在锅炉房右侧,距离除氧器中心线垂直距离56.15m。最大起重臂长70m,塔吊起重性能表如表2(70m臂长)[2].
吊装工作开始前应检查塔吊各项机械性能均完好。
(9)#1、#2汽机房行车布置在汽机房内,大钩最大起重量80t,吊装工作开始前应检查两台行车均已安装完成并经负荷试验合格。
4 施工步骤
(1)履带吊吊点在除氧器重心远离汽机房侧3m,塔吊点在除氧器重心靠近汽机房侧13.5m,抬吊除氧器至离地100mm时,做一次刹车性能试验。
(2)两吊车平稳起吊除氧器,当除氧器固定支腿底面高于13.7m层楼面时,履带吊、塔吊同步将除氧器向汽机房移动,直至塔吊吊点移动到极限位置为止。
(3)除氧器临时放置在13.7m层楼面上,使塔吊松钩,并从1~2轴之间重新挂钩,吊点位置保持不变;而后塔吊继续与履带吊共同将除氧器向汽机房移动。因1~2轴间屋架安装有斜撑,此步骤进行了两次。
(4)行车吊点布置在除氧器重心靠汽机房侧14m,待该吊点位置进入1轴排面4m后,可由#1行车代替塔吊与履带吊配合,继续移动除氧器进入。
(5)在#1行车配合下,履带吊向汽机房行走至极限位置,将除氧器临时放置在13.7m层楼面上;由塔吊配合,使履带吊吊点移动到除氧器重心远离汽机房侧14m。
(6)履带吊与#1行车继续抬吊除氧器向汽机房移动,直至除氧器三个支腿全部进入汽机房内。
(7)两台汽机房行车配合,将除氧器抬吊至安装位置。
5 安全、技术可行性分析计算
(1)除氧器整体净重Q为110t,取动载系数k1=1.1,不均衡载荷系数k2=1.1,则计算载荷为Qj=k1×k2×Q=1.1×1.1×110t≈133.1t。履带吊吊钩及钢丝绳重量约为1t。履带吊、塔吊的额定负载可以查前述负荷性能表。
经过力矩平衡计算,可得出除氧器吊装过程中各吊机负荷情况如表3。
(2)履带吊吊臂与除氧器间距。履带吊主臂长35m,作业半径9m,除氧器外径3.86 m,除氧器中心最高位置离地高度16.476m,吊钩滑轮离地高度36.166m。根据相似三角形得除氧器中心线距吊臂中轴线距离为:9×(36.166-16.476)÷35=5.063m。
履带吊吊臂高为3m,则履带吊吊臂外边与除氧器的距离为:5.063-(3.860÷2)-(3÷2)=1633mm。满足间距要求。
(3)汽机房4/A~B间13.7m层楼面强度校核。4/A~B间13.7m层楼面混凝土梁规格为KL8(1)600×1600,强度等级C40,且每列间距10m,则除氧器临时放置时,所有支座可以落在楼层混凝土梁上。
除氧器支座底面尺寸3200×800mm,极限情况除氧器重心落在单个混凝土梁上,则除氧器对梁的压力为:110×9.8÷(3.2×0.8)=0.42MPa<40MPa。
满足除氧器临时放置需要。
(4)钢丝绳选择。钢丝绳选择满足8倍安全系数即可,本文不再赘述。
6 结语
本次除氧器吊装中塔吊因额定负载偏小,只能辅助履带吊移动吊点,并严格限制塔吊工作幅度。如果另有一台额定负载大的起重机械配合,则完全可以由履带吊单独起吊除氧器。本文使用的方法风险较大,建议只在缺乏大起重能力的起重机械时予以考虑。
参考文献
[1]SCC2600A履带起重机操作手册.第四篇.载荷表[Z].