第 7 章起重机械动力学

起重机械的激励：主要是加载方式不同：（1）骤加载荷（2）冲击载荷起重机械的激励：主要是加载方式不同：（1）骤加载荷（2）冲击载荷第7章起重机械动力学 7.1 概述起重机械的特点：带负荷频繁的启动、制动与调速；机构以及金属结构承受较大的动载荷。起重机械的载荷：静载荷、惯性载荷和振动载荷三部分。静载荷：起重机在稳定运动状态下所承受的载荷惯性载荷：启动与制动等过程中，所承受的惯性载荷振动载荷：考虑构件弹性以及由此引起系统振动而产生的载荷起重机动力学主要研究：（1）起升机构动力学；（2）运行机构动力学；（3）金属结构动力学

7.2 起升机构动力学 一、起升机构各种工况下的受力分析起升机构典型工况：（1）重物悬吊于空中时，启动与制动过程；（2）置于地面的重物被突然提升离地的启动过程；（3）吊在空中的重物突然脱开、坠地，使整机卸载。

1.悬吊于空中时启动与制动（P128） 当重物被悬吊于空中后作短暂停留，然后提升。启动前，钢丝绳已被拉紧，并承受吊重的静载Q。当作用于钢丝绳上端的驱动力大于静载Q时，吊重即被起吊上升。为原动机与传动装置的转动惯量转化到卷筒边缘上的等效质量为被起吊重物的质量为启动圆周力，可根据原动机的起动转矩求得为钢丝绳的刚度有机芯钢丝绳（MPa）为钢丝绳的抗拉弹性模量金属丝芯钢丝绳封闭式钢丝绳为钢丝绳中所有钢丝的截面之和为钢丝绳受拉部分的长度（包括缠绕在卷筒上的一圈绳长）

运动微分方程 为剩余加速度力。该系统为双质量单自由度系统。（7-4）令则固有频率初始条件（悬吊于空中时，钢丝绳的静变形）则

则钢丝绳上的力 最大动载荷系统视为刚性系统，即忽略钢丝绳的弹性，钢丝绳上的动载荷值为讨论随着剩余加速度力振动载荷的增大而增大。选用大功率的电动机，将会加大启动载荷，是不利的系统被视为弹性系统比视为刚性系统时，最大计算动载荷要大一倍。因此，在重要场合，必须进行弹性动力学计算。（P129）结论

2.重物突然提升离地（ P 129） 在起重现场，由于视线不好或操作不慎等原因，常会以较高速度突然提起重物，产生一个很大的冲击载荷初始条件（悬吊于空中时，钢丝绳的静变形）但则则钢丝绳上的力（7-11）则冲击载荷惯性载荷

（1）重物突然提升离地，钢丝绳与机构所承受的载荷包括：静载荷、惯性载荷、冲击载荷。（1）重物突然提升离地，钢丝绳与机构所承受的载荷包括：静载荷、惯性载荷、冲击载荷。（2）冲击载荷与起升速度 v和钢丝绳的刚度 k有关。降低钢丝绳的刚度可以吸收冲击能量，降低冲击载荷。但钢丝绳刚度调节余地不大，通常是在其固定端安装弹簧缓冲器或其它弹性元件。（3）在启动前，首先控制电动机的启动转矩小于额定静力矩，将使钢丝绳拉紧，但不足以提起和使机构启动。起升机构处于预紧状态后，再切换电阻，加大启动力矩，使机构启动，重物上升。这样可消除冲击。讨论

在塔式起重机中，吊重突然坠落（钢丝绳断裂），有可能导致机身向后倾倒。这与重物下降时制动情况相类似在塔式起重机中，吊重突然坠落（钢丝绳断裂），有可能导致机身向后倾倒。这与重物下降时制动情况相类似 3.聚然卸载（P130）共同特点：（1）当起升启动（或下降制动）时，惯性力与静载荷（吊重）方向一致（2）当起升制动（或下降启动）时，惯性力与静载荷（吊重）方向相反（3）当吊重突然坠落（钢丝绳断裂）时将可能导致起重机整机向后倾覆

7.3 起升机构动力学 起重机的运行机构，可以简化为一个3质量二自由度（水平）直线振动系统为电动机转子及传动系统转化到车轮轴处的等效质量为车体质量为吊重质量为传动轴转化到车轮轴处的等效刚度铅垂（拉伸）刚度为悬吊钢丝绳的水平移动刚度为启动力矩为阻力

计算悬吊钢丝绳的水平移动刚度 使重量的吊重由平衡位置产生位移，所需施加的力为故等效刚度为将系统等效转化到车轮轴上形成扭转振动系统转化为以扭转振动系统为例讨论，系统的运动微分方程为（7-17）（7-18）为等效启动转矩为等效阻力矩

整理为以 为变量的微分方程（7-19）写成矩阵形式（7-20）运用第2～3章介绍的方法，可对上式进行计算分析

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