載荷搖擺引起的塔式起重機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

摘要
此文主要研究載荷搖擺引起的塔式起重機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。簡(jiǎn)單的擺動(dòng)方式和小的搖擺角度適于簡(jiǎn)化控制方程。塔式起重機(jī)的模型用有限元的方法建立。而擺動(dòng)被描繪成剛性物體。與動(dòng)態(tài)問題相關(guān)的綜合控制方程源于基于包括耗散功能的拉格朗日方程。一個(gè)有真實(shí)的球形或者平面擺動(dòng)的起重機(jī)吊臂動(dòng)態(tài)模型用被建議的公式和方法來分析。起重機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)受控于自然頻率和起重機(jī)的結(jié)構(gòu)以及有效載荷的擺動(dòng)。動(dòng)態(tài)放大系數(shù)一般隨著最初的搖擺角的升高而升高，而且這種變化只是對(duì)于平面擺動(dòng)而言是非線性的。
關(guān)鍵詞：起重機(jī)、有限元、搖擺、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

1、 介紹
塔式起重機(jī)主要用于在高層建筑中提升并移動(dòng)載荷。在內(nèi)在和外在原因的激發(fā)下，載荷傾向于圍繞它的垂直位置振蕩，結(jié)果導(dǎo)致起重機(jī)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)振動(dòng)問題和有效載荷搖擺。這種搖擺導(dǎo)致的振動(dòng)引起起重機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定以及破壞。因?yàn)槠鹬貦C(jī)設(shè)計(jì)和控制的需要，一些研究人員已經(jīng)做出努力且明白了起重機(jī)包括有效載荷的物理性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)的工程意義。最近的關(guān)于起重機(jī)動(dòng)力學(xué)模型與控制的觀點(diǎn)由Abdel-Rahman et al. (2003)給出。與起重機(jī)的動(dòng)力學(xué)和控制相關(guān)的研究主要基于簡(jiǎn)化起重機(jī)結(jié)構(gòu)的模型。Chin et al. (2001)建立了一個(gè)吊桿起重機(jī)模型作為球面擺動(dòng)和有兩個(gè)自由度的系統(tǒng)以及假定的平臺(tái)影響的運(yùn)動(dòng)，但這影響并非來自有效載荷的擺動(dòng)。在Towarek (1998),的研究中起重機(jī)的結(jié)構(gòu)也被看作有或者沒有不連續(xù)的彈性的剛性體。Kiliceaslan et al. (1999) 和 Ghigliazza and Holmes(2002). Oguamanam et al. (2001)研究起重機(jī)的動(dòng)力學(xué)問題，在這里，梁結(jié)構(gòu)被用來防止彈性起重機(jī)結(jié)構(gòu)。總的來說，當(dāng)有效載荷的擺動(dòng)作為主要考慮因素的時(shí)候，起重機(jī)結(jié)構(gòu)模型的簡(jiǎn)化是合理的。然而，當(dāng)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的壓力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)是有趣的時(shí)候，詳細(xì)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)模型當(dāng)然是需要的。塔式起重機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的由空間構(gòu)架、繩索系統(tǒng)、集中質(zhì)量構(gòu)成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。因此，有限元分析看來在這種情況下是適當(dāng)?shù)?。在塔式起重機(jī)系統(tǒng)的詳細(xì)的有限元模型被應(yīng)用中，Ju and Choo (2002, 2005a)研究由于有效載荷的加速或者減速而引起的固有頻率和塔式起重機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在他們的研究中，有效載荷的運(yùn)動(dòng)被限制在沒有搖擺的垂直方向上。此項(xiàng)研究的目標(biāo)是源于綜合的有限元公式，來分析與有效載荷相關(guān)的塔式起重機(jī)系統(tǒng)。