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工业输送栈桥振动特性测试

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《钢结构杂志》2014年第六期

1测点布置与试验工况

1.1测点布置为了更全面地测试该结构的振动特性,试验中对其静止状态(即皮带停止运转)、皮带运转但未输送物料以及皮带运转且输送物料三种状态进行了测试。共布置3个传感器,其中2个布置在跨中,以考察水平方向和垂直于跨度方向(结构倾斜角度较小,可以近似看作竖向)结构的振动特性。为捕捉不同振型下结构的振动特性(如简支梁第2阶振型1/4跨处振幅最大,跨中振幅为0),第3个传感器在1/4跨度处竖直布置。不同试验工况下测点布置位置和方向均相同。此外,为避免构件局部振动对结果的影响,所有传感器均布置在局部刚度相对较大的节点上。

1.2试验工况根据输送栈桥工作状态的不同以及试验过程中选取的采样频率和滤波大小的不同,确定以下6种试验工况,见表1.

2试验结果及分析

2.1试验结果通过现场测量,得到每种工况下结构的振动特性,选取4种工况下结构的自谱分析结果进行对比,见图5-图8。由图5可以看出,在低频区(0~10Hz),1、3号(竖向)传感器结果相似,2号传感器(水平)结果峰值很小,所以可以得出结构在无激振的情况下的较低阶频率:第1阶为4.49Hz,第2阶为5.49Hz,且均以竖向为主。图中2、3号传感器在25Hz附近的较大峰值为外界干扰所致。根据工况3-工况5自谱分析结果,可以看出,皮带运转后,无论是否输送物料,均与皮带静止时结构的振动特性有以下不同:1)3个工况都有着相同的自振频率,第1阶为4.74Hz,第2阶为9.49Hz,第3阶为13.94Hz,但竖向振动的幅值大于水平方向。2)结构的频率随着阶数的增大,幅值不断衰减,且振动频率与阶数几乎成正比关系。

2.2结果分析根据以上结果,分析其可能原因。在皮带运转过程中,桁架结构在水平和竖直两个方向有相同的振动频率,且高阶频率与基频成倍数关系,因此可以认定该频率为外界激振频率。由图4可以看出,为了更好地承托皮带输送物料,托辊以一定角度倾斜放置,这样导致托辊以一定角速度转动时产生的激振力在水平和竖直方向都有分力,且这两个分力频率相同。托辊的激振频率与托辊角速度有关,两个方向的振动幅值取决于托辊的倾斜角度,故造成结构在两个方向均有频率相同而幅值不同的振动。为测定托辊的角速度,对皮带的运行速度以及托辊直径进行了现场测试,测得皮带运行速度v=1.38m/s,托辊直径D=8cm。假设皮带与托辊之间不存在相对滑动,则托辊的角速度ω=2v/D=34.5rad/s,对应的频率f=ω/2π=5.5Hz。由于现场试验条件有限,以及皮带和托辊可能存在一定的相对滑动,导致托辊的角速度测量存在一定的误差,因此可以初步认为,皮带运转状态下结构振动的第1阶频率4.74Hz与托辊的激振频率有关。由于该激振频率与皮带静止工况下实测的结构自振频率(第1阶4.49Hz,第2阶5.49Hz)接近,故可能会引起共振。

3有限元分析

针对测试结果,采用有限元软件SAP2000对上述桁架输送栈桥进行模态分析,计算模型见图9,荷载工况取“恒荷载+0.5×活荷载”。通过模态分析,得到其各阶振型和自振频率,选取其前4阶振型见图10。由图10可以看出,第1阶振型为桁架上弦平面的整体侧向平移;第2阶振型为竖向的弯曲;第3阶振型为两榀桁架间的扭转;第4阶振型为上、下平面之间的扭转。其中最低阶竖直方向振动的频率为4.24Hz,实测数据为4.49Hz,计算结果与实测结果相差5.6%。

4结语

本次试验对30m跨度的皮带传送式钢桁架输送栈桥进行了不同工作状态下的振动特性测试,并与有限元分析结果进行对比。通过现场实测以及有限元计算,可以得出以下结论:1)对于皮带传送式桁架结构,测得其最低阶自振频率为4.49Hz,方向以竖向振动为主,有限元计算得出最低阶竖向振动的自振频率为4.24Hz,误差为5.6%。2)对于皮带传送式桁架结构,皮带运转时结构的振动主要表现为托辊运转带来的激振,最低阶频率为4.74Hz,水平向和竖直向均有相同频率的振动。3)在皮带运转状态下,无论是否输送物料,结构表现出的振动特性相似。可以认为输送物料的质量与结构自身和设备等质量相比很小,对其振动频率几乎无影响。4)皮带运转时激振频率4.74Hz与结构自振频率4.49Hz接近,容易引起共振,可通过适当调整皮带速度来避免。

作者:李旭强 王波 沈策 曾昭波 唐巍 单位:中国京冶工程技术有限公司

工业输送栈桥振动特性测试责任编辑:田老师    阅读:人次
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