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六安異形匯洋高空作業(yè)電動(dòng)吊籃檢測(cè)架動(dòng)態(tài)特性與瞬態(tài)響應(yīng)分
高處作業(yè)電動(dòng)吊籃是我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)和民用建筑施工過(guò)程中主要的施工機(jī)械之一，因其操作簡(jiǎn)單靈活、移位容易、方便實(shí)用、安全可靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高層建筑外裝修、外墻維修和外墻清洗.隨著高處作 業(yè)吊籃異型化技術(shù)的進(jìn)步,隨之而來(lái)的安全檢測(cè)問(wèn)題越來(lái)越顯得突出，這就要求在平臺(tái)應(yīng)用于實(shí)際施工 之前必須對(duì)其進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，因此適應(yīng)于異型高處作業(yè)電動(dòng)吊籃的檢測(cè)架應(yīng)運(yùn)而生.檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè) 架整體系統(tǒng)起升瞬間處于動(dòng)荷載作用下,這些動(dòng)態(tài)載荷通過(guò)各部件的銜接傳遞到系統(tǒng)的各個(gè)部位，從而 引起整體及局部的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，因此為了設(shè)計(jì)出構(gòu)造合理、安全、可靠的檢測(cè)裝置有必要對(duì)檢測(cè)架做動(dòng)態(tài)分 析.筆者利用有限元分析,確定檢測(cè)架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型等，避免外力頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相同或接近，防止發(fā)生共振，同時(shí)在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析，獲得了起升沖擊荷載對(duì)測(cè)試架結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形情況.
1檢測(cè)架有限元計(jì)算模型建立
異型高處作業(yè)電動(dòng)吊籃檢測(cè)架是由頂架、底部架和支座3部分組成的空間桁架結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)參數(shù)所示.
異型高處作業(yè)電動(dòng)吊籃檢測(cè)架工作環(huán)境復(fù)雜，其特性取決于多方面因素，因此，必須對(duì)其真實(shí)模型進(jìn)行系列簡(jiǎn)化處理[3]:把高空作業(yè)電動(dòng)吊籃各個(gè)桿件焊接 連接處和螺栓連接處用梁?jiǎn)卧耐粋�(gè)節(jié)點(diǎn)代替. 人為檢測(cè)架材料是各向同性材料，密度分布均 勻，并且為完全彈性體.
采用BEAM188單元進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，對(duì)可能產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位進(jìn)行局部細(xì)化，從而得到檢測(cè)架的有限元模型如圖1所示.測(cè)試架有限元模型 包含765個(gè)節(jié)點(diǎn)，882個(gè)單元.
2檢測(cè)架模態(tài)分析
固有頻率和振型向量是進(jìn)行檢測(cè)架動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的參數(shù)，因此有必要對(duì)檢測(cè)架進(jìn)行固有特性的模態(tài)分析[4].由于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)可以表達(dá) 為各階固有振型的線性組合，其中低階的振型對(duì)結(jié) 構(gòu)的動(dòng)力影響程度比高階振型大[5]，因此本文在模態(tài)分析中米用了Block-Lanczos法對(duì)檢測(cè)架前8階 的模態(tài)振型進(jìn)行分析，經(jīng)計(jì)算得到的前8階固有頻 率列于表2 ,對(duì)應(yīng)的各階模態(tài)振型如圖2所示，文 中只列出前2階模態(tài)振型
根據(jù)高處作業(yè)電動(dòng)吊籃標(biāo)準(zhǔn)[6]，要求檢測(cè)架的低階固有頻率不能與提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率相同或相接近，經(jīng) 過(guò)計(jì)算得出提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為50 Hz ,轉(zhuǎn)速為1 500 r 'mm- \由表2可知檢測(cè)架前8階固有頻率有 效避開(kāi)了提升機(jī)正常工作的頻率范圍，避免發(fā)生整體共振現(xiàn)象，因此檢測(cè)架整體滿足動(dòng)態(tài)性能要求.
3檢測(cè)架瞬態(tài)響應(yīng)分析
結(jié)構(gòu)在給定動(dòng)荷載激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是評(píng)價(jià)其動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo).在實(shí)際工程中，由于試驗(yàn) 條件、經(jīng)濟(jì)條件以及設(shè)計(jì)周期等因素的限制，在設(shè)計(jì)階段通常很難對(duì)檢測(cè)架進(jìn)行振動(dòng)和沖擊試驗(yàn),運(yùn)用有 限元方法對(duì)檢測(cè)架進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析可以確定動(dòng)力荷載作用下檢測(cè)架應(yīng)力、位移等隨時(shí)間變化的規(guī)律，從 而為設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供理論依據(jù)[3].
31動(dòng)載荷施加
異型高處作業(yè)電動(dòng)吊籃起升瞬間產(chǎn)生的沖擊荷載對(duì)檢測(cè)架結(jié)構(gòu)的沖擊影響很大，因此對(duì)檢測(cè)架進(jìn)行瞬態(tài) 響應(yīng)分析是非常有必要的.吊籃正常起升過(guò)程中起升高度為5 m,起升荷載為10 000 N ,起升沖擊時(shí)間在 0.2 s內(nèi)完成.瞬態(tài)分析求解的精度取決于積分時(shí)間步長(zhǎng)大小.要計(jì)算出時(shí)間步長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)遵守一定的 準(zhǔn)則，文中考慮到實(shí)際有限元計(jì)算模型較大，并根據(jù)模態(tài)分析求解結(jié)果，確定積分時(shí)間步長(zhǎng)Af = 0. 01 s , 劃分為20個(gè)子步，滿足直接積分的條件穩(wěn)定性要求.
32瞬態(tài)分析計(jì)算結(jié)果

基于上述工作，通過(guò)完全法對(duì)檢測(cè)架有限元模型起升沖擊荷載進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解,獲得檢測(cè)架危 險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)(77號(hào)節(jié)點(diǎn))處的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間歷程.圖3?5給出該節(jié)點(diǎn)受到起升沖擊荷載后x, y, z向的位移-時(shí) 間響應(yīng)曲線;圖6為第0. 08 s等效動(dòng)應(yīng)力云圖;表3為檢測(cè)架對(duì)起升沖擊荷載響應(yīng)的位移與動(dòng)應(yīng)力結(jié)果 統(tǒng)計(jì),表中只列出前10個(gè)子步的數(shù)據(jù)
3 . 3結(jié)果分析
為危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)在x,y,z方向的位移隨時(shí)間變化曲線.由圖3?5和表3可以看出，在起升沖擊 荷載的作用下，檢測(cè)架以x方向振動(dòng)為主方向振動(dòng)位移幅值小于x方向振動(dòng)位移幅值,z方向振動(dòng)位 移幅值小于y方向振動(dòng)位移幅值.節(jié)點(diǎn)在x向振動(dòng)幅度較大，主要表現(xiàn)為平面擺動(dòng)，其中第0.09 s時(shí)達(dá)到 30. 349 8 mm ,根據(jù)工程實(shí)際設(shè)計(jì)要求，變形應(yīng)小于檢測(cè)架整體高度的0. 5 °%,即許用變形39 mm ,x向滿 足動(dòng)剛度要求,+ y向上的振動(dòng)幅度達(dá)到4 mm ,但均值很小，其主要變形方式為y軸負(fù)方向的壓縮,對(duì)檢測(cè) 架的整體穩(wěn)定性有一定的影響,+ z向上的變形很小，僅僅為0.47 mm ,對(duì)整體剛度幾乎沒(méi)有影響.
為第8階子步的等效動(dòng)應(yīng)力圖.由圖可知，檢測(cè)架等效動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)在吊桿與頂架撐桿連接的 部位，是整個(gè)檢測(cè)架的危險(xiǎn)區(qū)域，等效動(dòng)應(yīng)力為110. 917 MPa ,由表3可知起升過(guò)程中，各子步的等效 動(dòng)應(yīng)力的均值隨時(shí)間變化相對(duì)穩(wěn)定，其值為89. 04 MPa.檢測(cè)架各桿件選用材料為Q235-A ,其屈服極限 為235 MPa ,設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2 ,因此其許用應(yīng)力為117. 5 MPa ,大于檢測(cè)架危險(xiǎn)區(qū)域的等效動(dòng)應(yīng)力 110. 917 MPa ,結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求.
4結(jié)論
根據(jù)振動(dòng)特性可知，6?8階為局部的彎曲變形，振幅較大，因此底部架撐桿是檢測(cè)架較為薄弱構(gòu) 件，可通過(guò)改變截面尺寸對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng).通過(guò)模態(tài)分析得出檢測(cè)架低階固有頻率有效地避開(kāi)了提升機(jī)正 常的工作頻率50 Hz ,避免了發(fā)生整體共振現(xiàn)象.