广州白云区   江高镇、人和镇、太和镇、钟落潭镇 登高车出租    脉动风载荷下的登高车臂架结构随机振动分析

       

       广州白云区   江高镇、人和镇、太和镇、钟落潭镇  登高车出租    脉动风载荷下的登高车臂架结构随机振动分析        登高车经常在恶劣自然环境下工作，自然界的风达到一定强度后会对臂架结构产生影响。因此应该研究风压脉动对结构产生的风振作用。脉动风荷载是随时间变化的随机荷载，会导致随机振动现象的产生，所以本文用随机振动理论进行风振响应的分析，由此可知自然界脉动风对结构振动的影响情况。

    1随机振动理论基础一般将波形杂乱无章的不规则振动称为随机振动，波形随时间的变化是不规则的。对于随机振动的随机过程的研究，要用统计学和概率论的方法进行计算分析，用随机振动信号在某时刻t的平均值、概率密度函数和功率谱密度等表示。自然界的脉动风在产生后的很长时间里都是比较平稳的，所以当前在进行脉动风作用下的结构振动分析的时候，通常都把其作为一种平稳随机过程来计算，由此就能够极大的将计算过程进行简化，从而在保证一定精度的前提下提高计算效率。随机过程的数字特征包括均值、相关函数与方差三种。随机过程X(t)在某时t与的随机变量分别是X(t)和X(t+)，此外为相对于t时刻的延迟时间(时差)。随机过程X(t)在时刻t与之间的自相关函数为X(t)X(t+)的均值(期望值)。关于各态的平稳随机过程，影响自相关函数的因素仅仅和时差相关，而与时间起点t无关，因此有,τlim→Xt Xtτ(4-13)X(t)和X(t+)的相关系数为(4-14)式中，——均值；——方差。相关系数的取值范围是-1到1之间，有：(4-15)假设为平稳随机过程，通过傅里叶变换能够把转换成频域区间的随机过程̅）(4-16)35对平稳随机过程，xf——频率为f的随机过程；Sf——谱密度函数；Rt）——激励信号的自相关函数。

      2脉动风功率激励谱的确定,   根据实际经验可知脉动风振将对高空作业结构的性能有较大影响，所以有必要分析脉动风对登高车臂架结构的影响。当前普遍采用Davenport谱表示脉动风速谱，用其进行计算能够增大安全系数。一般由下式计算 S4(4-18)式中，；F——风振频率；——10米高度的风速平均值；K——地面粗糙度系数。在此取10米高度的风速均值作为设计规范常用工况下的最大风速，也就是6级，在这里取12.5m⁄s，通过查阅大量资料可以知道K值的计算方法，得到了利用地面粗糙度指数计算K数值的公式，表示为.35..(4-19)地面类别、K值和系数α值三者的大小关系，根据作业车的实际工况和作业地点选择K=0.01291，频率为0~1Hz，由此有如图4-6所示的风速功率谱。

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       3随机振动分析,   利用ANSYSWorkbench对登高车臂架结构进行随机振动分析，需要在前面模态分析的基础上进行，分析流程与模态分析相同，其分析程序。这里选取登高车最大工作半径和最高工作高度工况进行分析，对臂架结构加载脉动风速功率谱，设定激励方向为臂架结构的侧面也就是Z方向，输出臂架在脉动风激励下的Z方向的变形以及应力情况，随机振动结果。

     由随机振动结果可知，最大工作半径工况时臂架结构在Z方向的最大变形量为3.931mm，最大工作高度时Z方向的最大变形量为2.168mm，小于其许用值，由此可见在脉动风作用下臂架结构会有轻微的晃动现象，但在可允许的范围内。由应力云图可以看到最大半径工况时第二臂与下臂铰接耳板处以及下臂与转台铰接处应力相对比较大，臂架最大应力为107.43Mpa，最大工作高度时下臂与转台铰接处应力相对比较大，最大应力为72.14Mpa，臂架结构在脉动风环境下整体应力处于许用应力范围内，因此在脉动风作用下臂架结构最大应力和最大变形均在安全范围内，结构对脉动风激励有较好的响应结果，满足振动环境下的强度要求，结构合理，可以应对恶劣的工作环境。

      主要对登高车臂架结构进行了动力学分析，利用ANSYSWorkbench分别进行了模态分析、谐响应分析以及脉动风下的随机振动分析。由模态分析，我们获得了结构的前六阶固有频率和相对应的振型，在实际工作中，应该避开其固有频率，避免发生共振现象，为防止臂架在工作时产生共振和不利的振型提供依据，同时也为后面的谐响应分析和随机振动分析打下了基础。谐响应分析表明臂架结构的第2、4、6阶固有频率较易产生共振现象，对结构的动态特性有较大影响，工作时应使激励避开此三阶频率。通过脉动风下的随机振动分析得到了Z方向的变形云图和应力云图，结果表明登高车臂架对脉动风振动激励有较好的响应结果，结构合理，可应对恶劣的自然环境。

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