基于Workbench的固定式起重機(jī)振動(dòng)失效檢驗(yàn)仿真分析

葉玉龍 金鵬

摘要：固定式起重機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、搬運(yùn)等環(huán)節(jié)常用的機(jī)械設(shè)備，屬于特種設(shè)備之一，其安全性和可靠性直接影響到現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，因此對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)顯得尤為必要?，F(xiàn)主要分析了固定式起重機(jī)的機(jī)械檢驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容和方法，并通過(guò)Workbench軟件對(duì)其振動(dòng)失效檢驗(yàn)進(jìn)行了有限元仿真，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：固定式起重機(jī);檢驗(yàn)方法;振動(dòng)失效;有限元仿真

0 引言

起重機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，其中固定式起重機(jī)由于具備便于操作、安全性高、經(jīng)濟(jì)適用性好等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于港口運(yùn)輸、重工制造等行業(yè)。一旦固定式起重機(jī)發(fā)生故障，不僅會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，因此需要對(duì)其進(jìn)行定期和不定期的檢驗(yàn)檢測(cè)。

固定式起重機(jī)的主要檢驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容包括機(jī)械部分和電氣部分的檢測(cè)，由于固定式起重機(jī)處于高載荷的工作環(huán)境中，其振動(dòng)失效會(huì)導(dǎo)致主臂梁斷裂和損壞，因此需要對(duì)主臂梁進(jìn)行有限元仿真分析，不僅可以節(jié)省檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間，還有助于提高固定式起重機(jī)的運(yùn)行可靠性和安全性。

1 機(jī)械檢驗(yàn)

1.1 ? ?機(jī)械檢驗(yàn)內(nèi)容

在對(duì)固定式起重機(jī)檢驗(yàn)之前，要做好規(guī)劃工作。首先要準(zhǔn)備好必要的檢測(cè)工具;其次，要確定檢測(cè)的內(nèi)容和流程;最后，要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的檢測(cè)工作。

固定式起重機(jī)檢驗(yàn)檢測(cè)的主要內(nèi)容有主臂梁上拱度的檢驗(yàn)和主梁腹板局部翹曲的檢驗(yàn)工作。在對(duì)主臂梁進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，要通過(guò)墊板將主臂梁進(jìn)行固定和平衡，并使墊板處于主臂梁下方，確保固定式起重機(jī)兩頭蓋板的垂直距離在2.4 mm內(nèi)。如果固定式起重機(jī)高度過(guò)高或者整體規(guī)格過(guò)大，還應(yīng)該布置支撐架，支撐架的高度要略低于主臂梁的高度。

對(duì)固定式起重機(jī)進(jìn)行機(jī)械部分的檢驗(yàn)檢測(cè)之前，還需要將水準(zhǔn)儀安放在合適的位置上，不僅要保證水準(zhǔn)儀穩(wěn)定，而且要保證水準(zhǔn)儀與固定式起重機(jī)的距離不能過(guò)近或者過(guò)遠(yuǎn)。與此同時(shí)，還需要將座尺布置在兩座板處的蓋板上，與主梁腹板也要保持適當(dāng)?shù)木嚯x。水準(zhǔn)儀的使用無(wú)法快速準(zhǔn)確地找到拱度的最高點(diǎn)，此時(shí)還需要多次進(jìn)行測(cè)量，然后計(jì)算出測(cè)量值的平均數(shù)。

主梁腹板局部翹曲的檢測(cè)方案基本是固定不變的，首先要依據(jù)想要測(cè)量的大致方向和地點(diǎn)，確定檢測(cè)工具和設(shè)備，然后挑選的檢測(cè)對(duì)象的距離不能高于上蓋板高度的1/3。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為固定式起重機(jī)的主梁腹板局部翹曲值應(yīng)該≥7 000 mm。

1.2 ? ?機(jī)械檢驗(yàn)方法

固定式起重機(jī)的檢驗(yàn)檢測(cè)方法較多，不同的檢測(cè)方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在對(duì)固定式起重機(jī)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇最為恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。目前，我國(guó)對(duì)于固定式起重機(jī)較為常用的檢驗(yàn)檢測(cè)方法有水準(zhǔn)儀法、拉鋼絲法和激光直線(xiàn)儀測(cè)量法。水準(zhǔn)儀法的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，為了進(jìn)一步提高水準(zhǔn)儀的準(zhǔn)確性，可以采用同一類(lèi)型的水準(zhǔn)儀，在相同的位置上進(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。另外，在相關(guān)人員進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)工作的過(guò)程中，還要保護(hù)好自己的人身安全，要求檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，有危險(xiǎn)性的工作也要暫時(shí)停止。

檢驗(yàn)檢測(cè)人員要戴好安全帽和采取必要的安全措施，在安全的情況下，細(xì)致準(zhǔn)確地開(kāi)展工作。為了不影響生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，檢驗(yàn)檢測(cè)的時(shí)間應(yīng)該避開(kāi)生產(chǎn)高峰期，體現(xiàn)人性化服務(wù)原則。

2 固定式起重機(jī)有限元模態(tài)分析

2.1 ? ?固定式起重機(jī)主臂梁模型的建立及網(wǎng)格劃分

固定式起重機(jī)需要檢驗(yàn)檢測(cè)的部分較多，本文僅選用最為關(guān)鍵的主臂梁部分進(jìn)行有限元模態(tài)分析，采用SolidWorks三維建模軟件對(duì)固定式起重機(jī)主臂梁進(jìn)行三維模型的建立，為了提高有限元仿真的計(jì)算速度，在對(duì)主臂梁進(jìn)行建模的過(guò)程中，對(duì)不必要的主臂梁細(xì)致模型特征進(jìn)行了簡(jiǎn)化，然后將建立的三維模型導(dǎo)入Workbench中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分的工具是Workbench中自帶的mesh模塊，由于主臂梁的三維模型較為規(guī)則，因此采用結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分方法。最終劃分的網(wǎng)格數(shù)量為46 386，固定式起重機(jī)主臂梁網(wǎng)格劃分如圖1所示。

2.2 ? ?邊界條件的設(shè)置及仿真求解

本文所建立的固定式起重機(jī)主臂梁的三維模型為長(zhǎng)形方塊體，假定主臂梁的材料選用40Cr鋼，約束類(lèi)型為左右約束，限定其上下和前后的自由度。模態(tài)分析通常只考慮前六階的模態(tài)分析。本文同樣是做了前六階的模態(tài)仿真分析，選用了具有代表性的一階、三階、六階作為分析對(duì)象，固定式起重機(jī)主臂梁一階模態(tài)分布如圖2所示，主臂梁三階模態(tài)分布如圖3所示，主臂梁六階模態(tài)分布如圖4所示。

由圖2可知，固定式起重機(jī)主臂梁一階模態(tài)分布的頻率為1 043 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區(qū)域，兩端變形最小，模態(tài)分析的變形值大小不具備參考依據(jù)，僅作為分析振形的依據(jù)。查閱相關(guān)資料可知，此時(shí)固定式起重機(jī)主臂梁一階模態(tài)分布的頻率在安全范圍之內(nèi)，主臂梁不會(huì)發(fā)生共振危險(xiǎn)。

由圖3可知，固定式起重機(jī)主臂梁三階模態(tài)分布的頻率為2 797.3 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區(qū)域，兩端變形最小。查閱相關(guān)資料可知，此時(shí)固定式起重機(jī)主臂梁三階模態(tài)分布的頻率依然在安全范圍之內(nèi)，主臂梁不會(huì)發(fā)生共振危險(xiǎn)。

由圖4可知，固定式起重機(jī)主臂梁六階模態(tài)分布的頻率為5 299.6 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區(qū)域，偏向兩端的部分也具有較大的變形，兩端變形最小。查閱相關(guān)資料可知，此時(shí)固定式起重機(jī)主臂梁六階模態(tài)分布的頻率同樣在安全范圍之內(nèi)，主臂梁不會(huì)發(fā)生共振危險(xiǎn)。

綜上分析，本文所選用的固定式起重機(jī)的主臂梁的激振頻率在安全范圍之內(nèi)，主臂梁不會(huì)發(fā)生共振風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，固定式起重機(jī)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的作用。由于固定式起重機(jī)屬于特種設(shè)備，關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，所以必須加大對(duì)其的檢驗(yàn)和檢測(cè)力度，機(jī)械部分的檢驗(yàn)檢測(cè)工作要選用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ?，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。有限元仿真技術(shù)具有科學(xué)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，檢驗(yàn)人員要善于將該項(xiàng)新技術(shù)運(yùn)用到檢測(cè)工作中。經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，本文所檢測(cè)的固定式起重機(jī)主臂梁設(shè)計(jì)合理，振動(dòng)頻率在允許范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生共振危險(xiǎn)。

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收稿日期：2020-01-20

作者簡(jiǎn)介：葉玉龍（1987—），男，安徽安慶人，工程師，研究方向：特種設(shè)備檢測(cè)。