許 輝,劉丁丁,劉海華,田苗苗,朱 磊
(中聯(lián)重科股份有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000)
施工升降機(jī)振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)硬件由各類NI采集模塊(如9234、9237)、機(jī)箱(如9188)各類傳感器(如加速度傳感器)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和圖形編程軟件Labview組成,其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 施工升降機(jī)振動(dòng)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)框圖
由于計(jì)算機(jī)及精密電子儀器、虛擬儀器的快速發(fā)展,特別是多通道、高分辨率的快速傅立葉變換(FFT)分析技術(shù)的應(yīng)用,使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的頻譜分析變得快速、準(zhǔn)確和有效,所謂快速傅立葉變換(FFT)并不是一種新變換,而是離散傅立葉變換的一種新算法,對(duì)于一般周期函數(shù)x(t)可表達(dá)為
運(yùn)用廣義函數(shù)概念,可以認(rèn)為X(t)的傅立葉變換由下式給出
此處令
運(yùn)用符號(hào)Xk,則其傅立葉變換對(duì)為
若將周期函數(shù)的1個(gè)周期T分為N等分,則式(3)中的Xk是離散序列Xr(r=0,1,2,…,N-1)的離散傅立葉變換,并可得以下離散變換對(duì),即
Labview是專為測(cè)量、數(shù)據(jù)分析并提交結(jié)果而設(shè)計(jì)的,其功能眾多的圖形用戶界面又易于編程,廣泛應(yīng)用與仿真、結(jié)果顯示、通用編程等方面,本文研究中的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)頻譜分析程序分別如圖2和圖3所示。
本文研究測(cè)試了施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及吊籠的振動(dòng)加速度值,傳感器安裝布置情況如下:
(1)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)左立柱上端,測(cè)量驅(qū)動(dòng)架加速度值,如圖4所示;
圖2 數(shù)據(jù)采集程序
圖3 數(shù)據(jù)頻譜分析程序
圖4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置
(2)吊籠籠底左側(cè)橫梁,靠近司機(jī)室一端,測(cè)量籠底結(jié)構(gòu)加速度值,如圖5所示。
載荷放置按GB26557-2011中要求的單位面積載荷p<4.0kN/m2,載荷均布于籠底板80%面積上,且處于最不利的位置,加額定載荷及1.25倍額定載荷,采用2個(gè)1t及1個(gè)0.5t的特制砝碼,模擬2t或2.5t的試驗(yàn)載荷,載荷布置如圖6中A1區(qū)域所示。
圖5 吊籠測(cè)點(diǎn)布置
圖6 載荷布置區(qū)域
按空載、額載兩種狀態(tài),測(cè)量驅(qū)動(dòng)架、吊籠測(cè)點(diǎn)處上行和下行的振動(dòng)加速度,記錄并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
本文以SC200/200E二傳動(dòng)施工升降機(jī)為研究對(duì)象,按空載、滿載及上行、下行工況進(jìn)行試驗(yàn),并記錄和分析相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析,經(jīng)FFT后得到驅(qū)動(dòng)架振動(dòng)頻譜圖。
由圖7可知,驅(qū)動(dòng)架空載上行和下行時(shí),振源的基頻頻率分別22.8Hz和23.6Hz,上行時(shí)振動(dòng)能量主要集中在基頻處,下行時(shí)振動(dòng)能量主要集中在3階倍頻處,即70.8Hz。
由頻譜分析可知振源基頻為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)齒輪與齒條的嚙合頻率,通過齒輪齒數(shù)(z=15)及減速機(jī)減速比(i=16)可計(jì)算出空載上行和下行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)頻分別為24.32Hz和25.17Hz,即電機(jī)轉(zhuǎn)速為1459.2r/min和1510.2r/min,電機(jī)下行轉(zhuǎn)速比上行快,處于發(fā)電狀態(tài)。
圖7 驅(qū)動(dòng)架空載振動(dòng)頻譜圖
由圖8可知,驅(qū)動(dòng)架滿載上行和下行時(shí),振源的基頻頻率分別22.3Hz和23.8Hz,上行時(shí)振動(dòng)能量主要集中在基頻處,下行時(shí)振動(dòng)能量主要集中在3階倍頻處,即71.4Hz。滿載運(yùn)行時(shí),其振動(dòng)頻譜較空載運(yùn)行時(shí)復(fù)雜,倍頻成份更多,這是由于驅(qū)動(dòng)架離振源更近,振動(dòng)來不及衰減。上行和下行的頻率差異特性與圖7相似,即下行時(shí)電機(jī)運(yùn)行更快處于發(fā)電狀態(tài),且滿載上行比空載上行稍慢,滿載下行比空載下行稍快。
圖8 驅(qū)動(dòng)架滿載振動(dòng)頻譜圖
空載和滿載時(shí)振動(dòng)量值相差不大。
通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析,經(jīng)FFT后得到吊籠振動(dòng)頻譜圖。
由圖9可知,吊籠空載上行和下行時(shí),振源的基頻頻率分別22.8Hz和23.6Hz,且上下和下行的振動(dòng)能量都主要集中在基頻處,振動(dòng)頻譜中倍頻成分較少,這是由于吊籠距振源(驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)齒輪齒條嚙合處)較遠(yuǎn),其他頻率成分振動(dòng)能量衰減較快。上行和下行時(shí)的電機(jī)運(yùn)行特性與前述分析一致。
圖9 吊籠空載振動(dòng)頻譜圖
圖10 吊籠滿載振動(dòng)頻譜圖
由圖10可知,吊籠滿載上行和下行時(shí),振源的基頻頻率分別22.3Hz和23.8Hz,且上下和下行的振動(dòng)能量都主要集中在基頻處。上行和下行時(shí)的電機(jī)運(yùn)行特性與前述分析一致??蛰d和滿載時(shí)振動(dòng)量值相差不大。
以前述測(cè)試的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例,該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)架、驅(qū)動(dòng)單元、背輪和滾輪等構(gòu)成,由于計(jì)算需要,將滾輪、背輪等去除,電機(jī)和減速機(jī)外形簡(jiǎn)化,賦予相應(yīng)的質(zhì)量特性,在保證計(jì)算結(jié)果的前提下節(jié)省計(jì)算資源。運(yùn)用通用的有限元計(jì)算軟件Abaqus,導(dǎo)入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三維模型,并設(shè)置好材料特性及邊界條件,計(jì)算得到系統(tǒng)固有模態(tài),本文只計(jì)算前6階固有模態(tài)。
由圖11和表1可知,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)前6階固有模態(tài)與振源頻率值22.3Hz、22.8Hz、23.6Hz、23.8Hz不重合,不會(huì)發(fā)生共振。
圖11 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有振型
以前述測(cè)試的吊籠為例,該吊籠由籠架、網(wǎng)片、進(jìn)料門、出料門、籠頂板、籠底板等組成,由于計(jì)算需要,保留籠架及籠底板,其余部件在原位置處賦予相應(yīng)的質(zhì)量特性,以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文只計(jì)算前6階固有模態(tài)。
表1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固有頻率
由圖12和表2可知,吊籠前6階固有模態(tài)與振源頻率值22.3Hz、22.8Hz、23.6Hz、23.8Hz不重合,不會(huì)發(fā)生共振。
圖12 吊籠固有振型
(1)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、吊籠的振源基頻頻率為22.3~23.8Hz,由此可以推算出電機(jī)轉(zhuǎn)頻(即轉(zhuǎn)速)和施工升降機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度;
表2 吊籠固有頻率計(jì)算值
(2)施工升降機(jī)下行時(shí)振源頻率比上行時(shí)稍高,處于發(fā)電狀態(tài),電機(jī)轉(zhuǎn)速>同步轉(zhuǎn)速1500r/min;
(3)空載上行的振源頻率比滿載上行的稍高,運(yùn)行速度稍快,空載下行的振源頻率比滿載下行的稍低,運(yùn)行速度稍慢;
(4)通過振動(dòng)頻譜分析及模態(tài)有限元計(jì)算值的對(duì)比,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及吊籠固有頻率值與振源頻率值不重合,不會(huì)發(fā)生共振,本文的研究對(duì)施工升降機(jī)各結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。