塔吊低频振动模拟装置

本发明涉及起吊器械的，特别是涉及一种塔吊低频振动模拟装置。

背景技术：

1、塔吊作为工程施工中重要的起重设备，轻质、高柔、小阻尼的是其主要结构特点，在外部激励(风吹、地震、冲击载荷等)作用下结构振动明显，当外界输入的振动频率与结构固有频率一致时，会产生共振现象，从而引发过大变形乃至失效，造成安全事故的发生。开发适用于塔吊的振动控制系统，已成为塔吊振动研究中的关键问题。

2、现场实测、模型试验和数值模拟是目前塔吊振动控制的三种主要方法。数值模拟具有方便、快捷、费用低等优点，但是很多参数需要人为假设，结果需要和现场实测和风洞试验进行对比。现场实测虽然是研究塔吊振动规律的一种较好的方法，但测量难度大，投入成本高，且会直接影响施工进度。模型试验可以方便的控制所需要的参数和试验环境，重复性强，已成为目前结构振动控制研究中的主要方法。

3、受几何缩尺比、模型材料等条件所限，按照严格的模型缩尺设计得到的模型固有频率通常会大幅提升，对后续振动控制的研究造成困难。因此有必要通过结构设计来设计出一种低频振动的塔吊模型来满足试验条件。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种塔吊低频振动模拟装置。

2、本发明的技术方案是：一种塔吊低频振动模拟装置包括悬臂、塔身、竖向设置的低频转动组件；悬臂、塔身均为按照严格的模型缩尺设计得到的模型；悬臂相对塔身水平转动；低频转动组件使悬臂相对塔身低频水平往复振动；低频转动组件包括转动轴；转动轴上端与悬臂固接，下端与塔身顶端转动连接，支撑着转动轴的水平转动；转动轴下端依次同轴连接有上涡旋弹簧、下涡旋弹簧；上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，方向相反，大小相同；上涡旋弹簧的外端、下涡旋弹簧的外端均与塔身固接；上涡旋弹簧、下涡旋弹簧相互配合，模拟塔吊臂架低频振动。

3、优选的，固定套中部设有法兰盘；塔身顶端设有固定螺母；法兰盘通过螺栓与塔身顶端相连；该螺栓贯穿法兰盘与固定螺母螺纹配合。固定套与塔身形成可拆卸连接，方便更换。

4、优选的，塔吊低频振动模拟装置还包括振动传感器；振动传感器设置在悬臂上，能够测量塔吊模型振动参数随时间变化过程，从而获知悬臂相对于塔身低频振动的真实频率；振动参数包括位移、速度、加速度；根据振动传感器检测出的悬臂相对于塔身低频振动的真实频率，更换对应刚度的上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，使得模拟效果更好。

5、进一步的，振动传感器设置在悬臂端部；悬臂与塔身构成简支梁结构；振动传感器离转动轴越远，对悬臂水平振动的感知越敏感，从而获得的悬臂相对于塔身的低频振动频率越准确。

6、优选的，低频转动组件还包括与转动轴匹配的固定套；固定套固接在塔身顶端；上涡旋弹簧外端、下涡旋弹簧外端均通过固定套与塔身顶端固接；固定套对上涡旋弹簧、下涡旋弹簧进行保护。

7、进一步的，上涡旋弹簧上方设有安装在转动轴下端的水平轴承甲；下涡旋弹簧下方设有安装在转动轴下端的水平轴承乙；水平轴承甲外圈、水平轴承乙外圈均与固定套内壁相接；水平轴承甲外圈、水平轴承乙降低悬臂转动的摩擦。

8、进一步的，转动轴为台阶轴；固定套内壁为与转动轴匹配的台阶孔；固定套对转动轴进行充分的竖向限位，可保证水平轴承甲外圈、水平轴承乙稳定发生作用。

9、进一步的，水平轴承甲上方的转动轴部分、水平轴承乙上方的转动轴部分均粗于转动轴的其他部分，从而增加低频转动组件的结构强度。

10、进一步的，固定套外壁与塔身内壁相接，从而增加固定套与塔身的连接强度。

11、进一步的，固定套上端高于塔身顶端，从而增加转动轴的竖向稳定性。

12、进一步的，转动轴下端中心设有轴向槽甲；固定套上端中心设有轴向槽乙；上涡旋弹簧内端、下涡旋弹簧内端均卡入轴向槽甲内，与转动轴相接；上涡旋弹簧外端、下涡旋弹簧外端均卡入轴向槽乙内，与固定套相接；轴向槽甲内端与上涡旋弹簧内端相抵，对上涡旋弹簧进行轴向限位；轴向槽乙内端与下涡旋弹簧外端相抵，对下涡旋弹簧进行轴向限位；低频转动组件还包括托盘、中间隔套；托盘上端设有插入孔，下端与固定套转动配合；转动轴下端匹配插入插入孔内，受到径向限位，确保上涡旋弹簧、下涡旋弹簧与转动轴的同轴相接；中间隔套套装在转动套下端；中间隔套上端与上涡旋弹簧底部中心相接，下端与下涡旋弹簧顶部中心相接；中间隔套对上涡旋弹簧、下涡旋弹簧进行轴向限位，确保上涡旋弹簧、下涡旋弹簧稳定产生作用；在组装低频转动组件时，先将托盘套装在固定套内底部，再将上涡旋弹簧、中间隔套、下涡旋弹簧依次与转动轴相连；上涡旋弹簧与下涡旋弹簧均是将各自内端卡入轴向槽甲内；中间隔套是套装在转动轴下端外；然后将组装好的转动轴由上而下插入固定套内；依次将下涡旋弹簧的外端、上涡旋弹簧的外端卡入轴向槽乙；然后下涡旋弹簧外端、上涡旋弹簧外端在轴向槽乙内滑动，直至转动轴下端插入插入孔内为止，即可完成低频转动组件的组装；该低频转动组件的组装过程简单方便；该低频转动组件的拆解过程反向操作即可；如此，上涡旋弹簧、下涡旋弹簧的更换十分方便。

13、进一步的，轴向槽乙的长度＞上涡旋弹簧的外端长度；轴向槽乙的长度＞下涡旋弹簧的外端长度；一方面，轴向槽乙可匹配插入不同外端长度的涡旋弹簧，便于上涡旋弹簧、下涡旋弹簧的更换；另一方面，轴向槽乙与上涡旋弹簧的外端、下涡旋弹簧的外端之间会存在径向缝隙；通过该缝隙可观察到上涡旋弹簧、下涡旋弹簧的安装情况，便于安装。

14、本发明的有益效果是：本发明的塔吊低频振动模拟装置，包括悬臂、塔身、竖向设置的低频转动组件；低频转动组件包括转动轴；转动轴上端与悬臂固接，下端与塔身顶端转动连接；转动轴下端依次同轴连接有上涡旋弹簧、下涡旋弹簧；上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，方向相反，大小相同；上涡旋弹簧的外端、下涡旋弹簧的外端均与塔身固接。本发明通过设置涡旋方向相反的上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，模拟塔吊臂架低频振动特性，为后续复杂激励动力特性或减振措施开发等模型试验研究提供基础和依据。

技术特征：

1.一种塔吊低频振动模拟装置，其特征在于，包括悬臂、塔身、竖向设置的低频转动组件；低频转动组件包括转动轴；转动轴上端与悬臂固接，下端与塔身顶端转动连接；转动轴下端依次同轴连接有上涡旋弹簧、下涡旋弹簧；上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，方向相反，大小相同；上涡旋弹簧的外端、下涡旋弹簧的外端均与塔身固接。

2.根据权利要求1所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：低频转动组件还包括与转动轴匹配的固定套；固定套固接在塔身顶端；上涡旋弹簧外端、下涡旋弹簧外端均通过固定套与塔身顶端固接。

3.根据权利要求2所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：上涡旋弹簧上方设有安装在转动轴下端的水平轴承甲；下涡旋弹簧下方设有安装在转动轴下端的水平轴承乙；水平轴承甲外圈、水平轴承乙外圈均与固定套内壁相接。

4.根据权利要求2或3所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：转动轴为台阶轴；固定套内壁为与转动轴匹配的台阶孔。

5.根据权利要求4所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：水平轴承甲上方的转动轴部分、水平轴承乙上方的转动轴部分均粗于转动轴的其他部分。

6.根据权利要求2所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：固定套外壁与塔身内壁相接。

7.根据权利要求1所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：还包括振动传感器；该振动传感器设置在悬臂上。

8.根据权利要求2所述的塔吊低频振动模拟装置，其特征在于：转动轴下端中心设有轴向槽甲；固定套上端中心设有轴向槽乙；上涡旋弹簧内端、下涡旋弹簧内端均卡入轴向槽甲内；上涡旋弹簧外端、下涡旋弹簧外端均卡入轴向槽乙内；轴向槽甲内端与上涡旋弹簧内端相抵；轴向槽乙内端与下涡旋弹簧外端相抵；低频转动组件还包括托盘、中间隔套；托盘上端设有插入孔，下端与固定套转动配合；转动轴下端匹配插入插入孔内；中间隔套套装在转动套下端；中间隔套上端与上涡旋弹簧底部中心相接，下端与下涡旋弹簧顶部中心相接。

技术总结
本发明涉及一种塔吊低频振动模拟装置；该塔吊低频振动模拟装置包括悬臂、塔身、竖向设置的低频转动组件；低频转动组件包括转动轴；转动轴上端与悬臂固接，下端与塔身顶端转动连接；转动轴下端依次同轴连接有上涡旋弹簧、下涡旋弹簧；上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，方向相反，大小相同；上涡旋弹簧的外端、下涡旋弹簧的外端均与塔身固接。本发明通过设置涡旋方向相反的上涡旋弹簧、下涡旋弹簧，模拟塔吊臂架低频振动特性，为后续塔吊复杂激励动力特性或减振措施开发等模型试验研究提供基础和依据。

技术研发人员：张庆华,汪志昊,杨辉,许艳伟,赵金明
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4