基于縮尺模型的橋式抓斗卸船機安全評估研究.pdf

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

2、制作、三維有限元建模與仿真以及模型試驗等系統(tǒng)研究。具體方法、結(jié)果及結(jié)論如下:
　　通過大量收集國內(nèi)外港口起重機的相關(guān)資料,系統(tǒng)了解港口起重機研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;實地勘查2250t/h型橋式抓斗卸船機,掌握該型號卸船機的工作原理、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,運用量綱分析法推導(dǎo)該卸船機在多種因素影響下的靜力和動力相似準(zhǔn)則,為其縮尺模型的設(shè)計、制作以及相似性判定提供理論依據(jù)。
　　綜合卸船機的靜力

3、和動力相似理論分析結(jié)果,完成其1:40縮尺模型的設(shè)計,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鋼結(jié)構(gòu)的實物縮尺模型,為后面的模型試驗研究打下了基礎(chǔ)。
　　在完成卸船機鋼結(jié)構(gòu)縮尺模型的設(shè)計和制作基礎(chǔ)上,用Pro/E分別建立了卸船機原型及其縮尺模型的三維實體模型,并導(dǎo)入Ansys Workbench建立兩者的三維有限元模型。首先,對兩者分別進行了結(jié)構(gòu)靜力分析,比較兩者的應(yīng)力場和應(yīng)變場,驗證了靜力相似準(zhǔn)則的

4、正確性;其次,對兩者分別進行了模態(tài)分析,對比兩者的模態(tài)振型和模態(tài)頻率,驗證了動力相似準(zhǔn)則的正確性。以上研究為卸船機的設(shè)計、制造和維護提供相關(guān)理論依據(jù)。
　　根據(jù)卸船機原型及其縮尺模型的有限元分析結(jié)果,對制作出的卸船機鋼結(jié)構(gòu)縮尺模型開展了應(yīng)力應(yīng)變特性研究和模態(tài)試驗研究:通過應(yīng)力應(yīng)變特性試驗研究,獲得了模型俯仰梁與前拉桿上5個測點在滿載荷的抓斗從抓料位置運動至卸料位置過程中的應(yīng)變-時間歷程曲線,將試驗結(jié)果與有限元結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果對比,

5、吻合較好,驗證了卸船機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)試驗研究,獲得了模型俯仰梁端部、主梁端部和塔架最高處三個測點的三向振動幅頻特性曲線,識別得出各測點在三個方向上的固有頻率,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)計制造的卸船機縮尺模型符合靜力和動力相似準(zhǔn)則;可以將該模型上的試驗數(shù)據(jù)推算到原型上,為卸船機的設(shè)計制造、維護維修和安全評