工業輸送棧橋振動特性測試范文

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《鋼結構雜志》2014年第六期

1測點布置與試驗工況

1.1測點布置為了更全面地測試該結構的振動特性，試驗中對其靜止狀態（即皮帶停止運轉）、皮帶運轉但未輸送物料以及皮帶運轉且輸送物料三種狀態進行了測試。共布置3個傳感器，其中2個布置在跨中，以考察水平方向和垂直于跨度方向（結構傾斜角度較小，可以近似看作豎向）結構的振動特性。為捕捉不同振型下結構的振動特性（如簡支梁第2階振型1／4跨處振幅最大，跨中振幅為0），第3個傳感器在1／4跨度處豎直布置。不同試驗工況下測點布置位置和方向均相同。此外，為避免構件局部振動對結果的影響，所有傳感器均布置在局部剛度相對較大的節點上。

1.2試驗工況根據輸送棧橋工作狀態的不同以及試驗過程中選取的采樣頻率和濾波大小的不同，確定以下6種試驗工況，見表1．

2試驗結果及分析

2.1試驗結果通過現場測量，得到每種工況下結構的振動特性，選取4種工況下結構的自譜分析結果進行對比，見圖5－圖8。由圖5可以看出，在低頻區（0～10Hz），1、3號（豎向）傳感器結果相似，2號傳感器（水平）結果峰值很小，所以可以得出結構在無激振的情況下的較低階頻率：第1階為4．49Hz，第2階為5．49Hz，且均以豎向為主。圖中2、3號傳感器在25Hz附近的較大峰值為外界干擾所致。根據工況3－工況5自譜分析結果，可以看出，皮帶運轉后，無論是否輸送物料，均與皮帶靜止時結構的振動特性有以下不同：1）3個工況都有著相同的自振頻率，第1階為4．74Hz，第2階為9．49Hz，第3階為13．94Hz，但豎向振動的幅值大于水平方向。2）結構的頻率隨著階數的增大，幅值不斷衰減，且振動頻率與階數幾乎成正比關系。

2.2結果分析根據以上結果，分析其可能原因。在皮帶運轉過程中，桁架結構在水平和豎直兩個方向有相同的振動頻率，且高階頻率與基頻成倍數關系，因此可以認定該頻率為外界激振頻率。由圖4可以看出，為了更好地承托皮帶輸送物料，托輥以一定角度傾斜放置，這樣導致托輥以一定角速度轉動時產生的激振力在水平和豎直方向都有分力，且這兩個分力頻率相同。托輥的激振頻率與托輥角速度有關，兩個方向的振動幅值取決于托輥的傾斜角度，故造成結構在兩個方向均有頻率相同而幅值不同的振動。為測定托輥的角速度，對皮帶的運行速度以及托輥直徑進行了現場測試，測得皮帶運行速度v＝1．38m／s，托輥直徑D＝8cm。假設皮帶與托輥之間不存在相對滑動，則托輥的角速度ω＝2v／D＝34．5rad／s，對應的頻率f＝ω／2π＝5．5Hz。由于現場試驗條件有限，以及皮帶和托輥可能存在一定的相對滑動，導致托輥的角速度測量存在一定的誤差，因此可以初步認為，皮帶運轉狀態下結構振動的第1階頻率4．74Hz與托輥的激振頻率有關。由于該激振頻率與皮帶靜止工況下實測的結構自振頻率（第1階4．49Hz，第2階5．49Hz）接近，故可能會引起共振。

3有限元分析

針對測試結果，采用有限元軟件SAP2000對上述桁架輸送棧橋進行模態分析，計算模型見圖9，荷載工況取“恒荷載＋0．5×活荷載”。通過模態分析，得到其各階振型和自振頻率，選取其前4階振型見圖10。由圖10可以看出，第1階振型為桁架上弦平面的整體側向平移；第2階振型為豎向的彎曲；第3階振型為兩榀桁架間的扭轉；第4階振型為上、下平面之間的扭轉。其中最低階豎直方向振動的頻率為4．24Hz，實測數據為4．49Hz，計算結果與實測結果相差5．6％。

4結語

本次試驗對30m跨度的皮帶傳送式鋼桁架輸送棧橋進行了不同工作狀態下的振動特性測試，并與有限元分析結果進行對比。通過現場實測以及有限元計算，可以得出以下結論：1）對于皮帶傳送式桁架結構，測得其最低階自振頻率為4．49Hz，方向以豎向振動為主，有限元計算得出最低階豎向振動的自振頻率為4．24Hz，誤差為5．6％。2）對于皮帶傳送式桁架結構，皮帶運轉時結構的振動主要表現為托輥運轉帶來的激振，最低階頻率為4．74Hz，水平向和豎直向均有相同頻率的振動。3）在皮帶運轉狀態下，無論是否輸送物料，結構表現出的振動特性相似。可以認為輸送物料的質量與結構自身和設備等質量相比很小，對其振動頻率幾乎無影響。4）皮帶運轉時激振頻率4．74Hz與結構自振頻率4．49Hz接近，容易引起共振，可通過適當調整皮帶速度來避免。

作者：李旭強王波沈策曾昭波唐巍單位：中國京冶工程技術有限公司