基于Workbench的固定式起重機振動失效檢驗仿真分析

葉玉龍 金鵬

摘要：固定式起重機是工業生產、運輸、搬運等環節常用的機械設備，屬于特種設備之一，其安全性和可靠性直接影響到現場工作人員的人身安全，因此對其進行檢驗檢測顯得尤為必要。現主要分析了固定式起重機的機械檢驗檢測內容和方法，并通過Workbench軟件對其振動失效檢驗進行了有限元仿真，以期為相關技術人員提供一定參考。

關鍵詞：固定式起重機;檢驗方法;振動失效;有限元仿真

0 引言

起重機在工業生產中發揮著重要作用，其中固定式起重機由于具備便于操作、安全性高、經濟適用性好等優勢被廣泛應用于港口運輸、重工制造等行業。一旦固定式起重機發生故障，不僅會給生產企業帶來不必要的經濟損失，還會嚴重威脅現場工作人員的人身安全，因此需要對其進行定期和不定期的檢驗檢測。

固定式起重機的主要檢驗檢測內容包括機械部分和電氣部分的檢測，由于固定式起重機處于高載荷的工作環境中，其振動失效會導致主臂梁斷裂和損壞，因此需要對主臂梁進行有限元仿真分析，不僅可以節省檢驗檢測時間，還有助于提高固定式起重機的運行可靠性和安全性。

1 機械檢驗

1.1 ? ?機械檢驗內容

在對固定式起重機檢驗之前，要做好規劃工作。首先要準備好必要的檢測工具;其次，要確定檢測的內容和流程;最后，要按照相關標準進行嚴格細致的檢測工作。

固定式起重機檢驗檢測的主要內容有主臂梁上拱度的檢驗和主梁腹板局部翹曲的檢驗工作。在對主臂梁進行檢驗時，要通過墊板將主臂梁進行固定和平衡，并使墊板處于主臂梁下方，確保固定式起重機兩頭蓋板的垂直距離在2.4 mm內。如果固定式起重機高度過高或者整體規格過大，還應該布置支撐架，支撐架的高度要略低于主臂梁的高度。

對固定式起重機進行機械部分的檢驗檢測之前，還需要將水準儀安放在合適的位置上，不僅要保證水準儀穩定，而且要保證水準儀與固定式起重機的距離不能過近或者過遠。與此同時，還需要將座尺布置在兩座板處的蓋板上，與主梁腹板也要保持適當的距離。水準儀的使用無法快速準確地找到拱度的最高點，此時還需要多次進行測量，然后計算出測量值的平均數。

主梁腹板局部翹曲的檢測方案基本是固定不變的，首先要依據想要測量的大致方向和地點，確定檢測工具和設備，然后挑選的檢測對象的距離不能高于上蓋板高度的1/3。檢測標準為固定式起重機的主梁腹板局部翹曲值應該≥7 000 mm。

1.2 ? ?機械檢驗方法

固定式起重機的檢驗檢測方法較多，不同的檢測方法有各自的優缺點，在對固定式起重機進行實際檢測的過程中，要根據現場實際情況，選擇最為恰當的檢測方法。目前，我國對于固定式起重機較為常用的檢驗檢測方法有水準儀法、拉鋼絲法和激光直線儀測量法。水準儀法的準確性相對較高，為了進一步提高水準儀的準確性，可以采用同一類型的水準儀，在相同的位置上進行多次測量，然后取其平均值。另外，在相關人員進行檢驗檢測工作的過程中，還要保護好自己的人身安全，要求檢驗現場的設備停止運轉，有危險性的工作也要暫時停止。

檢驗檢測人員要戴好安全帽和采取必要的安全措施，在安全的情況下，細致準確地開展工作。為了不影響生產企業的經濟效益，檢驗檢測的時間應該避開生產高峰期，體現人性化服務原則。

2 固定式起重機有限元模態分析

2.1 ? ?固定式起重機主臂梁模型的建立及網格劃分

固定式起重機需要檢驗檢測的部分較多，本文僅選用最為關鍵的主臂梁部分進行有限元模態分析，采用SolidWorks三維建模軟件對固定式起重機主臂梁進行三維模型的建立，為了提高有限元仿真的計算速度，在對主臂梁進行建模的過程中，對不必要的主臂梁細致模型特征進行了簡化，然后將建立的三維模型導入Workbench中進行網格劃分，網格劃分的工具是Workbench中自帶的mesh模塊，由于主臂梁的三維模型較為規則，因此采用結構化的網格劃分方法。最終劃分的網格數量為46 386，固定式起重機主臂梁網格劃分如圖1所示。

2.2 ? ?邊界條件的設置及仿真求解

本文所建立的固定式起重機主臂梁的三維模型為長形方塊體，假定主臂梁的材料選用40Cr鋼，約束類型為左右約束，限定其上下和前后的自由度。模態分析通常只考慮前六階的模態分析。本文同樣是做了前六階的模態仿真分析，選用了具有代表性的一階、三階、六階作為分析對象，固定式起重機主臂梁一階模態分布如圖2所示，主臂梁三階模態分布如圖3所示，主臂梁六階模態分布如圖4所示。

由圖2可知，固定式起重機主臂梁一階模態分布的頻率為1 043 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區域，兩端變形最小，模態分析的變形值大小不具備參考依據，僅作為分析振形的依據。查閱相關資料可知，此時固定式起重機主臂梁一階模態分布的頻率在安全范圍之內，主臂梁不會發生共振危險。

由圖3可知，固定式起重機主臂梁三階模態分布的頻率為2 797.3 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區域，兩端變形最小。查閱相關資料可知，此時固定式起重機主臂梁三階模態分布的頻率依然在安全范圍之內，主臂梁不會發生共振危險。

由圖4可知，固定式起重機主臂梁六階模態分布的頻率為5 299.6 Hz，最大變形分布在主臂梁的中間區域，偏向兩端的部分也具有較大的變形，兩端變形最小。查閱相關資料可知，此時固定式起重機主臂梁六階模態分布的頻率同樣在安全范圍之內，主臂梁不會發生共振危險。

綜上分析，本文所選用的固定式起重機的主臂梁的激振頻率在安全范圍之內，主臂梁不會發生共振風險。

3 結語

綜上所述，固定式起重機對工業生產具有重要的作用。由于固定式起重機屬于特種設備，關系到現場工作人員的人身安全，所以必須加大對其的檢驗和檢測力度，機械部分的檢驗檢測工作要選用適當的方法和工具，以保證測量數據和檢測結果的準確性。有限元仿真技術具有科學、快捷等優點，檢驗人員要善于將該項新技術運用到檢測工作中。經過仿真計算，本文所檢測的固定式起重機主臂梁設計合理，振動頻率在允許范圍內，不會發生共振危險。

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收稿日期：2020-01-20

作者簡介：葉玉龍（1987—），男，安徽安慶人，工程師，研究方向：特種設備檢測。