基于虚拟样机的起重机小车碰撞仿真试验

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摘要：以某20 t门式起重机小车为研究对象，利用Adams建立门式起重机小车的虚拟样机模型，并对其进行危险工况下碰撞仿真试验，获得该小车受力变化、运行状况等数据，分析其整体安全性能.形成的分析方法既可验证起重机小车设计的合理性，也可为其倾翻事故的鉴定与分析提供有效的技术支持.

关键词：起重机小车； 危险工况； Adams； 碰撞仿真试验

中图分类号：TH213.4文献标志码：B

0引言

起重机小车是起重机的重要组成部分之一，主要由起升机构、运行机构、小车架以及相关安全保护装置等构成.其质量与安全性能的好坏直接关系到整个起重机的整体性能.起重机在运行过程中，一旦制动器、运行限位器等安全保护装置失效或者损坏，满载小车在高速状态下就会直接与其运行轨道上的缓冲器及端部止挡发生碰撞，往往使缓冲器及端部止挡受到过大冲击载荷的作用而毁坏，直接影响起重机整体结构承载能力.更严重的是，若其反滚轮组、水平轮组、安全钩以及安全反钩等防倾覆安全装置有损坏，就可能发生小车脱离轨道倾覆坠落的事故.为防止上述事故的发生，确保起重机安全可靠地运行，对危险工况下起重机小车进行动力学仿真分析十分必要.

运用虚拟样机软件Adams的仿真功能[1]，根据设计规范[2]的要求，对起重机小车与其运行轨道的缓冲器及端部止挡的碰撞过程进行动力学仿真分析.通过仿真试验[3]，掌握吊重、风载和运动条件等因素共同影响下，起重机小车整体及其重要部件的运动与受力变化曲线，分析可能发生事故的原因，并为提高起重机的安全性能提供参考.

1起重机小车仿真模型的建立和运行工况以某20 t L形单主梁门式起重机小车为研究对象.该台小车属于二支点垂直反滚轮式结构，包括起升机构、运行机构、小车架及其安全保护装置等零部件.为防止倾翻坠落，该小车装设有反滚轮组、水平轮组、安全钩以及安全反钩等防倾覆安全装置.

按照起重机小车的设计图纸，运用Pro/ENGINEER对该小车各组成部分进行建模，并装配完成小车CAD模型.通过Mechanism/Pro模块导入Adams软件平台中，建立完整的三维几何模型.在Adams中，按照设备的具体实际对该三维几何模型进行合理简化，同时赋予材料质量和约束关系等，形成起重小车虚拟样机模型，见图1.

2起重机小车碰撞试验仿真

起重机小车碰撞试验工况为：试验前小车静止不动，先以空载（工况A）或满载（工况B）从静止状态开始匀加速，在设定时间（6 s）内达到运行速度（46.2 m/min），然后以该速度匀速运动，直至与运行轨道端部止挡发生碰撞.其中，试验风载大小为250 N/m2，且与小车运行方向同向；小车与运行轨道端部止挡间的碰撞刚度K为560 N/mm.设置仿真试验参数，实现小车与运行轨道端部止挡碰撞试验仿真，从而获得其运行速度、碰撞冲击力及相关重要部件与运行轨道间的接触力等性能参数随试验时间的变化情况.

2.1运动速度分析

运动速度的变化曲线见图2，可知小车碰撞前的运行速度与试验设定相符合，在7.9 s时其缓冲器与运行轨道端部止挡发生碰撞；碰撞后迅速反弹后退，之后再碰撞再反弹；直至碰撞和反弹的速度逐渐减小为0，静止在运行轨道上.其中，工况A整个运行过程经历时间约6 s；工况B整个运行过程经历时间约4 s.

2.6安全钩、安全反钩与运行轨道间的接触力分析

经仿真分析可得：安全钩与运行轨道、安全反钩与运行轨道间接触力均为0，说明在反滚轮和水平轮组未破环时，安全钩以及安全反钩都不受力，小车不会出现倾翻现象.

3结论

（1）利用Adams对门式起重机小车进行碰撞仿真试验，并考虑不同吊重、风载等载荷的叠加作用，分析该小车整体及主要零部件的运动及受力情况.

（2）通过对门式起重机小车碰撞仿真试验，验证缓冲器及端部止档、反滚轮组、水平轮组、安全钩及安全反钩等选用与设计的合理性，为起重机小车的设计及优化提供一定的数据依据.

（3）对门式起重机小车在危险载荷工况下可能发生的倾翻模拟分析，得到门式起重机小车车轮、反滚轮组、水平轮组、安全钩及安全反钩等与运行轨道间接触力变化曲线，为该类门式起重机事故的鉴定、危险分析、制定安全操作规范、制定突发事故应急救援预案等提供参考.

参考文献：

[1]郑建荣. Adams虚拟样机技术入门与提高[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006.

[2]GB6067-2010起重机械安全规程[S].

[3]吴凤宇. 岸边集装箱起重机起升与小车运行工况动力学仿真[D]. 上海： 同济大学， 2005.（编辑陈锋杰）