项目来源：福建省特种设备监督检验院莆田分院 项目编号：
港口起重机是一种间歇式工作机械，起重机的上升启动、上升制动、下降制动和下降制动过程为非稳定过程，故起重设备结构将产生冲击和振动，结构中的应力将发生变化，它们将不同程度影响机械零件的寿命、结构可靠性及司机的疲劳与安全。所以为了确保港口起重设备安全工作，须开发出新的检测技术和评价方法，以便对其稳定性和安全状况进行评价，而起重设备的动态参数检测是其安全评价的基础，且研究起重机的结构模态参数对起重机的抗震、抗风、结构健康监测以及裂纹／损伤检测与诊断具有非常重要的作用。本项目研究内容是将有限元方法和试验分析技术有机地结合起来，取长补短，利用试验的分析结果检验、补充和修正原始有限元动力模型，利用修正后的有限元模型计算结构的动力特性、动力响应和结构优化设计。
1. 有限元分析
通过有限元模态分析，40t-35m门座起重机结构固有频率均为低阶频率。有限元分析结果可为现场试验模态分析提供测点布置依据。
图1 起重机总体及有限元模型示意图
2.基于环境激励的港口起重机工作模态分析
利用工作模态分析试验技术对港口起重机进行试验模态分析，得到了40t-35m门座起重机试验模态分析的固有频率、阻尼、模态质量、刚度和阻尼比。采用响应点与参考点之间的互功率谱的幅值图代替集总传递函数的幅值图进行模态分析。由所有测点和参考点间的互功率谱，通过拟合各响应点同参考点之间的互功率谱求得各阶模态参数。
图3 40t-35m门座起重机第二阶振型图 图4 40t-35m门座起重机第三阶振型图
图5 40t-35m门座起重机第四阶振型图 图6 40t-35m门座起重机第五阶振型图
3.正常工作状态下的动态参数检测
40t-35m门座起重机可带载作水平位移变幅和3600角度回转。其工作状态为起升、变幅，回转机构和整机可沿水平铺设的轨道作直线行驶等。而且门座式起重机是一种间歇式工作机械，其工作过程中的上升启动、上升制动、下降启动、下降制动等过程是一非稳定过程，这些过程中将对起重设备结构本身产生冲击和振动，结构中的应力将随之发生变化，它们将不同程度影响机械零件的寿命和结构可靠性，因此对40t-35m门座起重机正常工作状态下的动态参数检测尤为关键。
图7 起吊铲沙机的过程各测点振动时域信号曲线
4. 总结及建议
（1）采用有限元模态分析，对实际结构进行分析，可得到模态振型和固有频率等有关动态参数，并且可为现场试验模态分析提供测点布置的理论依据。
（2）本项目利用工作模态分析试验技术对港口起重机进行试验模态分析。采用响应点与参考点之间的互功率谱的幅值图代替集总传递函数的幅值图进行模态分析。试验结果表明利用环境激励法对港口起重机的模态参数识别是行之有效的，该法可推广应用于其它大型特种设备(比如大型游乐设施等) 的模态试验和分析。
（3）对某些特种设备模态分析可作为未来特检院检验工作的一个内容。
（4） 由于港口起重机尺寸比较大，往往需要很长的电缆线连接传感器和测试系统，这就给传感器的布放带来了诸多不便。可组织有能力的科研单位参与具有特殊功能的无线传感系统的研发。
科研项目