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  • http://www.guangzhouyuntichechuzu.com/ 三水云梯车出租,高明云梯车出租,顺德云梯车租赁    如何对云梯车的并联起重系统开展动态特性分析?
    新闻分类:公司新闻   作者:admin    发布于:2020-04-204    文字:【】【】【


                三水云梯车出租,高明云梯车出租,顺德云梯车租赁     如何对云梯车的并联起重系统开展动态特性分析?    相对于传统的云梯车的串联式起重系统来说,云梯车的并联起重系统具有高刚度、高承载能力、质量轻、结构简单等一系列优点,随着科技的进步,现代起重系统都朝着高速度、高精度、轻量化的方向发展,对起重系统动态特性的要求也越来越高。因此,起重系统动态特性的研究越来越受到广泛重视。模态分析是结构动态特性设计和设备故障诊断的重要方法之一。有限元作为模态分析的方法,目前被广泛应用,它不需要实物,可以在产品的设计阶段,通过有限元的计算预知产品的动态特性,在产品设计出来之前预见振动、噪声等一些动态问题,并且可以通过修改有限元模型对产品进行优化。谐响应分析是确定起重系统在一直承受随时间按简谐规律变化的载荷作用时的稳态响应8。谐响应分析使得起重系统设计人员能够预测结构的持续动力学特性,从而能够验证起重系统能否克服疲劳共振及其他受迫振动引起的响应。文中对一种新型4自由度云梯车的并联起重系统———2UPS/RPU进行了有限元模态分析和谐响应分析,找到了起重系统的薄弱环节,分析结果为进一步优化设计提供了理论依据。 该起重系统由动平台、静平台及连接动静平台的3条支链组成,其中2条支链为无约束主动支链UPS,另一条为恰约束主动支链RPU,恰约束支链RPU包含一串联输入。文中U,P,S,R分别表示虎克铰、移动副、球铰和转动副。该起重系统是目前两平移两转动起重系统中支链最少、结构最简单的构型。




               1云梯车的并联起重系统的有限元模型, 建立几何模型2UPS/RPU云梯车的并联起重系统为复杂的空间几何结构,直接采用有限元分析软件建立有限元实体模型比较困难,目前主流的有限元软件与三维CAD软件之间的数据接口已经非常成熟。文中首先利用SolidWorks建立几何模型,然后利用ANSYS和SolidWorks的无缝连接功能直接导入到ANSYS中进行模态分析。在保证分析结果准确性的前提下,对实体模型做了一些简化:(1)在三维SolidWorks造型的时候,要力求精确,避免实体内部相交,否则在生成有限元模型时,可能会有想不到的错误。(2)删除模型中的电机、电机与丝杠之间的联轴器这些受力很小的部件,这些零部件在受力分析中对单支链的影响可以忽略。(3)删除零件中螺栓连接的小孔、台阶、倒角这些微小的特征。(4)将动平台、滚珠丝杠、导向杆做等效简化。(5)简化配合关系,忽略运动副之间的间隙,采用节点耦合的方法将其合理简化。基于上述原则,最终起重系统的模型。 有限元模型将三维实体模型通过x-t格式导入到ANSYS中,对其进行单元划分、定义材料属性等前处理工作。利用有限元软件ANSYS对云梯车的并联起重系统模型进行动态特性分析,主要包括前处理、求解、后处理3部分。具体设置为:选择Solid95号单元划分,Solid95是三维20节点实体单元,每个节点都有沿X,Y,Z三个方向的自由度;起重系统的所有材料为钢,弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,密度为7850kg/m3。网格划分采用自由划分。



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               2云梯车的并联起重系统模态分析: 1模态分析基本原理模态分析13-14一般用于确定设计结构或机械部件的振动特性,即确定结构的固有频率和振型(模态),它们是承受动态载荷的重要参数,也是谐响应分析、瞬态动力学分析及谱分析等其他动力学分析的起点。无阻尼自由振动方程为:转换成质量矩阵M和刚度矩阵K的广义特征值问题)(3)式中:ωi图2简化模型图———结构的i阶固有频率;实物样机UPS支链动平台UPS支链RPU支链静平台,—i阶模态的特征向量。通过模态分析,可以求得矩阵的任意一行或一列元素,各阶的模态参数便完全确定了,此即模态参数辨识。如果该矩阵的全部元素都被确定了,振动系统的动态特性也就确定了。ANSYS模态分析中唯一有效的载荷是零位移约束,其他的载荷将被忽略。根据起重系统实际情况将静平台固定,然后做无阻尼自由振动。经过有限元分析求解,得到该起重系统的前8阶固有频率(如表1)及对应的振型动画截图。1阶振型4a。振型主要表现为动平台在XY平面的摆动,主要发生在动平台及各个支链处,其中虎克铰处位移最大。2阶振型4b。振型主要表现为动平台在YZ平面的摆动,主要发生在动平台及各个支链处,其中球副处位移最大。3阶振型4c。振型主要表现为UPS支链在XY平面上的1阶反向弯曲变形,反对称。最大位移发生在UPS支链中间移动副连接处。4阶振型4d。振型主要表现为UPS支链在XY平面上的1阶同向弯曲变形,对称。最大位移发生在UPS支链中间移动副连接处。5阶振型4e。振型主要表现为动平台的扭转。最大位移发生在动平台上。6阶振型4f。振型主要表现为UPS支链在YZ平面上的1阶同向弯曲变形,对称。最大位移发生在UPS支链中间移动副连接处。7阶振型4g。振型主要表现为3条支链在YZ平面上的1阶弯曲变形。最大位移发生在支链与静平台连接处。8阶振型4h。振型主要表现为3条支链在XY平面上的1阶同向弯曲变形。最大位移发生在支链与静平台连接处。综上所述,后第3~8阶固有频率远大于1,2阶的固有频率,说明第3~8阶移动的刚度远大于1,2阶的运动刚度。通过频率和各阶振型可以看出,3条支链和各个部件结合处的刚度比较弱,属于起重系统的薄弱环节。




                3云梯车的并联起重系统的谐响应分析,谐响应分析是确定一个起重系统在已知频率的正弦(简谐)载荷作用下结构响应的技术。模态分析仅能表示出起重系统自身的固有振型,谐响应分析可以很清楚地确定起重系统在受到不同频率简谐载荷时的变形,对于克服共振和疲劳响应具有重要意义。在确定模态分析的基础上,文中采用完全法对云梯车的并联起重系统进行谐响应分析。起重系统的动态特性主要受基频或低阶模态频率影响,高阶模态频率由于起重系统阻尼的作用,其相应衰减很快,故谐响应分析只考虑0~250Hz范围内起重系统的响应情况。动平台沿X和Z方向的曲线走向接近,说明沿两个方向移动的刚度相近,这是由于起重系统结构上的对称性决定的。在1阶、2阶固有频率附近,动平台沿X,Y,Z方向产生的响应最大,其余固有频率处共振振幅较小,说明机床对94Hz频率的外力最为敏感,因此为了保证起重系统的运行精度应该避开该频率。




                 4结束语,基于有限元法,对一种新型4自由度云梯车的并联起重系统进行了动态特性分析,得到了云梯车的并联起重系统的前8阶固有频率及振型图。在此基础上对机床进行了谐响应分析,得到了动平台在简谐载荷力作用下的振动位移特性,分析了结构设计中的薄弱环节,指出了云梯车的并联起重系统应避开的工作频率,为以后云梯车的并联起重系统的优化设计和控制提供了依据。




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