基于ADAMS的脉动风下门座起重机制动分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Abstract：With the 40t portal crane as the study object，the braking analysis is performed for cranes operated in theopen air under the actual wind load with the aid of ADAMS simulation software.Both the characteristics of fluctuating windand numerical modeling method are described，with sinlulation and analysis for the braking perilirnlance of portal cralesunder the initial fuctuating wind and high-speed wind，which shows that the existing brake can ensure the braking safetyunder the initial fluctuating wind.but fail to ensure the braking safety undel high-speed wind.The analysis method andconclusion in the paper can provide new thought and metbod for crane designers and safety management personne1。

Keywords：portal crane；fluctuating wind；ADAMS；braking；analysis在 GB/I'381 1-2008《起重机设计规范》 巾对露天工作起重机的抗风防滑安全性做出明确规定，要求工作状态时运行机构制动器在车轮踏面上产生的制动力必须满足-定的要求，但其中对起重机的计算风压设计取值为恒定值，而起重机实际制动过程中遇到的风往往是脉动风。脉动风中某-时间段内的阵风，风力往往大于恒定的均值，超过设计载荷。这种阵风现象在空旷的港口最为常见，往往事故就发生在这-瞬间。因此，有必要分析露天工作起重机在脉动风作用下的制动状态。

1 门座起重机模型采用机械系统动力学仿真分析软件 ADAMS对起重机的制动状态进行仿真。

1.1 基本参数以港口MQ40 t门座起重机 (以F简称 MQ40 t门机)为分析对象，研究其工作状态下遇到脉动风时的制动效果。起重机参数为：起重机自重 560 t国家质检总局科技计划资助项目 (2009QK153)- 66 - 起重量 40 t工作幅度 l2～43 m车轮直径 600 mm车轮数量 32个大车运行速度 26 m/min基距/轨距 14 m/16 1TI轨道型号 QU801.2 起重机几何模型在 ADAMS/View环境下建立起重机行走机构，按照 MQ40 t门机实际尺寸建立模型 .行走机构-的电动机、减速箱、联轴器等部件以及加强筋板等结构对仿真结果影响较小，如果完全细化建模反而会造成求解困难甚至造成错误 大I此，将这些部分省略，只保留轨道、车轮、轮轴等部分，起重机的上部结构简化为～-个刚体在ADAMS中，轨道按照QU80型号建 模型，车轮外径 (b0.65 m，内径 0.6 m，质 为200 kg。

轴与车轮质心采用旋转副连接，轴、驱动车架、卡板 、上平衡架 的连接座运用布尔运算连接为整体。

《起重运输机械》 2013(4) 在 SolidWorks中对起重机上部结构进行快速化建模，然后导人 ADAMS中。在不影响制动性能分析结果的前提下，建模时做了较大的简化。在 ADAMS环境下将起重机上部分模型与之前建立的模型进行相应布尔操作，建立起重机几何模型如图 1所示。

图 1 起重机几何模型1.3 边界约束与外载荷模型的主要约束包括车轮与轮轴的约束以及车轮与轨道之间的约束。车轮与轮轴的约束通过添加-个转动副的方式获得。该约束使二者连接，车轮相对于轮轴转动，限制了二者之间 3个方 向的移动与2个方向的转动。

车轮与轨道之间的约束是-种复杂的接触约束关系。在 ADAMS软件可以通过接触力的设置来描述 2个刚体之间的接触关系∮触力的设置使用 ADAMS中的Impact函数。在该函数的参数设置中，根据 GB/T 38112O08的规定，摩擦力 的选项中选择库伦摩擦 ，静摩擦因数取为 0.1，动摩擦因数取为0.12。

模型中的外载荷包括风力和制动力矩。风力可简化成-个作用于起重机上部结构质心的集中力，制动力矩作用于轮子与轴的转动副。2个外载荷的施加均使用了 ADAMS中的 Step函数，Step函数利用三次多项式逼近海赛阶跃函数，它可以使载荷在特定的时间作用在模型上，并且载荷施加是-个平稳的过程，可以减少 ADAMS积分过程中的积分奇异。

1.4 积分求解器与仿真传感器设置模拟计算中选择 WSTIFF积分器和 SI2积分格式，相对于系统默认的 GSTIFF积分器和 SI1积分《起重运输机械》 2013(4)格式，这样选择可以给出位移、速度、加速度较为精确的解 ，并尽量减少了积分过程 中对摩擦和接触的敏感性。

ADAMS仿真传感器可以用于监控给定事件的仿真，在本次模拟中，使仿真停止的条件是起重机的速度为 0。因此，设置-个仿真传感器，当检测到起重机的速度为 0时，自动停止仿真计算。

2 脉动风模拟脉动风是由于风的不规则性引起 ，幅值大而频率高的风现象，其强度随着时间随机变化。

2.1 脉动风特性脉动风实际上是三维的风紊流，包括顺风向、横风向和垂直向的紊流。根据对脉动风大量实测记录的样本时程曲线统计分析，脉动风速时程可用零均值的高斯平稳随机过程来模拟。

脉动风的大小是随机的，但在主方向上总是围绕某-平均值在波动。脉动风的特性主要包括脉动风的风速谱和相干函数。

功率谱密度函数是脉动风的重要统计特征，它反映某-频域上脉动风的能量分布大校由于本次模拟的门座起重机重心处高度大约为 15 m，因此，可采用在工程上常用的风速沿高度不变的Davenport谱对脉动风进行模拟，其表达式为fSv( ： - L 10式中：Sv( 为脉动风速功率谱，厂为脉动风频率，k为地面粗糙度系数， 。为 10 m高度处的平均风速。

脉动风在不同时间和空间上的相关性是脉动风的另-个重要特性，其相关程度在频域中用相干函数来描述。风洞试验和实测表明，相干函数是-条指数衰减曲线≌间脉动风速相干函数的表达式为c。 )- pf∞√ c ( rj) 1(2)兀 z )v(z，)式中： 、z 分别为离地高度，C 、C C 分别为纵向、横向和竖向相关的指数衰减系数，其值可以由试验确定。

2.2 脉动风数值模拟脉动风风场模拟就是模拟作用于结构离散节点上的随机脉动风速时程，为结构动力分析提供载荷激励。根据实际作用在门座起重机上风的特点，模拟过程应为-种平稳随机过程，模拟采用谐波叠加法的数值模拟方法。

谐波叠加法的基本思想是采用以离散谱逼近目标随机过程的模型的-种离散化数值模拟方法。

随机信号可以通过离散傅立叶分析变换，分解为- 系列具有不同频率和幅值的正