港口大型桥式起重机结构晃动的被动控制李博超

港口大型桥式起重机结构晃动的被动控制李博超

李博超

（蛇口集装箱码头有限公司广东深圳518000）

摘要：港口大型桥式起重机运行时候，如果结构出现晃动，就需要采取有效的措施予以控制，确保起重机正常发挥作用。使用调频质量阻尼器可以对晃动起到控制作用，结合使用Ansys软件仿真晃动模式以及控制的效果，以对起重机结构晃动有效控制。本论文针对口大型桥式起重机结构晃动的被动控制展开研究。

关键词：港口大型桥式起重机；结构；晃动；被动控制

引言：

当前的各种建筑结构规模越来越大，就需要面临质量问题。港口建筑施工中，大型桥式起重机是必不可少的。这种设备的使用中，会出现结构晃动的现象，采用被动控制技术可以对晃动予以控制。将调频质量阻尼器安装在桥式起重机上，对于桥式起重机的结构晃动可以起到很好的抑制作用。

一、桥式起重机所具备的动力学特性

将桥式起重机结构的有限元模型建立起来，根据桥式起重机的结构，拉杆是杆单元，其他的组件是梁单元。将机器房简化为节点[1]。在这个模型中一共有344个节点。桥式起重机自身的重量是1076吨。桥式起重机的有限元模型见图1。（图1：桥式起重机结构的有限元模型）

图1：桥式起重机结构的有限元模型

使用Ansys软件对起重机的结构进行分析，有3个整机晃动，晃动频率分别为0.113赫兹、0.135赫兹和0.152赫兹。起重机运行的过程中，就会前后摇晃，还会出现水平扭转摆动或者侧向摇晃，晃动频率是0.108赫兹。当起重机处于正常运行的过程中，超过一分钟，就会出现晃动。当起重机处于停止运行状态的时候，在大风的作用下，就会激发起桥式起重机晃动[2]。

二、合理选择调频质量阻尼器

调频质量阻尼器是一种控制装置，构成上来看，包括阻尼器、弹簧、质量块。当起重机运行中，质量块产生惯性力的时候，就会实现共振吸能，结构振动反应就会减少。

调频质量阻尼器长期以来被用于机械减振，控制建筑结构的动力反应。在建筑上使用调频质量阻尼器是对前两阶振动加以控制，对第一阶振动的控制作用非常重要，类似于控制桥式起重机的晃动。所以，对于桥式起重机结构的控制中采用调频质量阻尼器是比较合适的。

（一）调频质量阻尼器的安装位置

在安装调频质量阻尼器的过程中，需要将其安装在振幅较大之处。对于起重机的控制，调频质量阻尼器，需要发挥其控制第一阶振型的作用[3]。桥式起重机的前大梁的最前端振幅最大，如果在这个位置安装调频质量阻尼器，起重机整体的稳定性会减低，前腿轮压增加，前大梁产生的弯曲负荷也会相应地增加，最好是将调频质量阻尼器安装在梯形架横梁处，可以减少集中负荷。在梯形架横梁两端安装调频质量阻尼器，控制起重机结构晃动的效果是非常好的。

（二）调频质量阻尼器的质量

调频质量阻尼器的组成结构中，质量块的作用是对其质量予以控制。其质量增加，就会产生很大的惯性力，对于起重机的振动就能够有效控制[4]。由于起重机结构承载能力存在局限性，质量增加幅度有限，将质量限定在5130千克。

（三）调频质量阻尼器的刚度

调频质量阻尼器的频率要等同于振动频率，这样可以获得良好的控制效果。将其频率确定在0.114赫兹，就可以对其弹簧的刚度加以确定，为6.144千牛/米[5]。

（四）调频质量阻尼器的阻尼

当调频质量阻尼器的质量与结构的质量之间的比例是0.005：1的时候，调频质量阻尼器的阻尼比为0.04是最好的，阻尼系数是452N/（ms-1）。

三、使用Ansys软件仿真操作

在桥式起重机上安装调频质量阻尼器之后，使用Ansys软件仿真操作。发挥白噪声滤波模拟作用，对水平向风载激励，与第二振型和第三振型正交，第一阶振动有明显的优势。

通过仿真模拟，可以对梯形架横梁、前大梁的前横梁、前大梁铰、机器房、后大梁末端处安装的调频质量阻尼器减振情况进行比较，将减振系数制定出来。将调频质量阻尼器安装完毕后，计算出安装调频质量阻尼器之后的位移响应方差与安装调频质量阻尼器之前的位移响应方差比例[6]。梯形架横梁、前大梁的前横梁、前大梁铰、机器房、后大梁末端处的减振系数具体见表1。（表1：5点的减振系数）

减振系数越小，就意味着对于振动的控制获得了良好的效果。通常桥式起重机结构上安装调频质量阻尼器之后，减振系数介于0.55至0.75之间。从表1的减振系数来看，减振系数介于0.625至0.678之间，可见，使用调频质量阻尼器可以对桥式起重机的晃动情况有效控制。

结束语：

综上所述，本文的研究中，提出了港口大型桥式起重机上安装调频质量阻尼器可以起到抑制振动的效果，使得起重机结构晃动问题得以解决。对于起重机的结构控制上采用被动控制技术，使用调频质量阻尼器是比较实用的，保证起重机运行中处于稳定状态。

参考文献：

[1]蔡加宽.港口桥式起重机精益生产对企业的效益观[J].现代商贸工业，2018（02）：63—64.

[2]顾正欢.港口桥式起重机电气控制系统远程IO系统应用探析[J].中国设备工程，2017（12）：57—58.

[3]郭炳夫.船用起重机折叠式减摇臂的结构设计与仿真[D].大连海事大学硕士学位论文，2017.

[4]任祖全.港口起重机械金属结构安全技术与检测检验分析[J].世界有色金属，2018，499（07）：299—300.

[5]孙晖，王春阁，袁建明，etal.电差动牵引桥式起重机能量回馈控制系统设计[J].港口装卸，2017（06）：7—10.

[6]张江朋.岸边集装箱桥式起重机防摇控制系统的相关研究[J].科技创新与应用，2018（01）：25—26.