岸邊集裝箱起重機上部結構耦合振動分析

張安宇 梁 崗

（上海海事大學，中國上海201306）

0 引言

岸邊集裝箱起重機又稱橋吊、岸橋，是用來在岸邊對船舶上的集裝箱進行裝卸的設備，隨著世界各國進出口貿易額不斷增加，集裝箱運輸船作為各個國家的貿易重要樞紐之一也越來越大，大型化是集裝箱運輸船舶的發展趨勢，尤其近年來超巴拿馬船型的發展，這必然導致對岸邊集裝起重機提出更高的要求，提高岸邊集裝箱起重機的技術參數，提高岸橋的裝卸效率，改善岸橋操作司機的操作環境等等，以上問題的解決的最最基礎的工作就是對岸邊集裝箱起重機的動力行為進行比較精確合理的分析，特別是岸邊集集裝箱起重機的上部結構中的移動小車與岸橋大梁間耦合振動進行動力學分析，這就是本文的價值所在。

1 幾何模型的簡化建立

由于實際工程中特別是像岸邊集裝箱裝箱起重機種大型，復雜的結構存在非線性和物理參數的時變性，如果能對其進行合理的抽象簡化，不僅能夠滿足工程要求而且能夠大大降低求解工作量，經過實驗驗證分析對岸邊集裝箱起重機進行如下簡化。

圖1 岸橋上部結構簡化模型

把作用在岸邊集裝箱起重機大梁上的拉桿作用簡化為移動鉸支座作用，中間處支撐以固定鉸支座替代，以豎直方向為y軸，以大梁中心線為x軸建立直角坐標系。

2 動力學方程的建立與求解

對于在梁上或者橋上移動質量耦合問題的求解的基本理論都是依據振動力學中連續振動系統中的梁的彎曲振動，本文主要把這一理論運用與岸橋上部結構的動力學分析。建立動力學方程如下

式中，y＝y（x，t），yv＝y（vt，t）、

式中EI——梁的的等效抗彎剛度；

A——梁的橫截面積；

ρ——梁的單位體積質量；

m——小車與載重的等效質量；

v——小車的移動速度。

此方程的解對時間和空間是分離的，設其橫向主振動為

ω——梁振動頻率

φ（x）——梁振型

對于解此方程求固有振型應用線性微分方程的疊加原理，第一步僅考慮拉索上的集

中力方程為第二步僅考慮移動力作用在懸臂梁時的解，第三步將兩部的解合成

拉索作用在梁上的集中力可以表示為

根據文獻可以得出滿足邊界條件僅考慮拉索上的力方程的固有振型的通解形式為

h（x－xi）為單位階躍函數

Ai為待定系數

對于岸邊的簡化模型的邊界條件為

L——為梁的長度

還有模型的五個鉸支支承處的位移條件

對于方程（4）有9個未知量，而式5、6、7正好給出9給方程，并列寫為矩陣的形式，由于方程有解，矩陣的行列式必然為零，至此可以解出梁的振動的固有頻率。

3 結束語

固有頻率是結構物理參數的函數，結構的物理參數的變化會引起固有頻率的變化損傷使結構的剛度發生改變，影響結構的固有頻率，導致振動系統的固有頻率發生變化。根據頻率的變化可以檢測到損傷的存在，然而對損傷的位置和損傷的程度的識別則要結合計算分析模型來完成。基于固有頻率變化的損傷識別方法，機構固有頻率容易測試而且具有很高的精度，成為損傷識別廣泛應用的模態參數。此外隨著岸邊集裝箱起重機朝著大型、高速、重載方向發展，如何防止岸橋的晃動提高定位效率是設計中必須要解決的問題，而本文的研究可以提供很好的參考。

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