集装箱桥吊防摇控制措施研究

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/6/10来源:《防护工程》2019年第5期文/滕友昌1 郑波2
[导读]多年来,岸桥为港口物流行业当中提供了不少的便利,人们用它来在岸边对船舶的众多集装箱进行着日复一日的装卸操作作业。

上海振华重工(集团)股份有限公司  201913
  摘要:随着现代工业的不断发展,工业的生产规模也随之不断扩大,在机械应用当中,自动化程度也不断的提升,故此,在搬运成本费用上也水涨船高。在物料搬运当中,起重运输技术是其中重要的组成部分。而由于地球的百分之73都是被海洋所覆盖,故此,水上运输占有着重要组成部分。而其中的岸边桥式集装箱起重机(又称为岸桥)在港口物流当中占有举足轻重的地位,所以,如何加以提高其作业效率,则是厂家和工业当中最为关注的焦点[1]。
  关键词:现代工业;起重运输技术;岸桥
  
  
  引言:
  多年来,岸桥为港口物流行业当中提供了不少的便利,人们用它来在岸边对船舶的众多集装箱进行着日复一日的装卸操作作业。但是在岸桥起重机升降与加减速当中,吊具最容易出现摇摆作用,据调查,每一天岸桥师傅的工作时间当中,30%时间都是用来通过自然减摇等待摇晃的时间,这样无形中给岸桥师傅们带来不必要的劳动时间浪费。因此,在提高岸桥起重效率和减摇的措施当中,许多起重机制作产家最为头痛。
  一、常见的防摇技术措施
  (一)传统机械防摇技术
  它的作用原理是在小车架安装一个防摇装置,其装置有减摇钢丝绳、力矩限制器传动链与卷筒、带单向轴的卷筒与制动器,用传统机械手段将摆动能量消耗殆尽从而实现减摇效果,加以提升作业效率。机械防摇当中,采用的是钢丝绳缠绕方式,让吊具上牵引滑轮与车架起升滑轮形成一定的角度,再用单向轴承来控制卷筒的旋转方向,这样可以让传动轴与放绳方向相互缩合起来,可以让卷筒只能向钢丝绳收绳的方向旋转,并且在其起重操作当中,使用力矩限制器持续对减摇钢丝绳增加一定的张力,可以有效避免钢丝绳的松散状况。如果在起重过程当中,吊具出现摇摆作用,可以调动制动器来设定弹簧力从而加以钢丝绳的张力,使减摇效果明显。一般在起重作业里,吊具在下降的过程中,通过以打开制动器,单向轴内外圈相互缩合,使吊具的重力让力矩限制器受到一定的反向力,就会达到一定的减缓钢丝绳张紧力大小从而产生减摇效果;而吊具在上升过程中,钢丝绳少了一定的张紧力,是由于没有吊具牵引的力,从而使钢丝绳有一定的松散度,这时候力矩限制器带动卷筒不断地对钢丝绳卷起来,也可以达到一定的减摇效果。除此之外,由于将制动器锁住,所以它会对吊具产生一定的牵引效果而达到减摇目的[2]。
  (二)电子防摇技术
  这类防摇技术在应用上,由于起重机在运行当中,吊具和小车通过一个钢丝绳连接的情况下,让电机带动着小车在轨道运作,吊具也随着小车运动,这从物理模型上可以看做成单摆运动,有着一定的固定点,但是由于起重机系统当中存在诸多不确定性,从而很难建立起相关的物理模型与数学模型,所以当前的电子防摇技术只能利用传感器和检测元件来进行检测收集信息,然后将检测的信息传送到控制系统当中,通过微机的处理后得出最佳控制参数,从而提供给小车调速系统,让小车调速系统来控制运行小车,在运行当中控制吊具以及载荷幅度大小。
  还有一种电子防摇技术,它是将传统机械与电子技术相互结合的防摇技术,它的工作原理是使用倒三角形式悬挂系统在小车和吊具上架之间,当吊具上升至一定程度的高度位置时,小车和吊具之间就不能进行移动了,这是因为倒三角形悬挂系统的刚性有点大,所以当小车停止的时候吊具也会随之停止,这种情况下货物就不会摇摆,这时候采用激光测距系统测量目的地安和小车的距离,输送到PLC系统当中从而控制变频器的输出再达到控制小车的速度和停止的位置,这时候要适当提高小车的速度,这是因为当起升速度提升的时候,吊具上的货物提升到一定高度上,这个倒三角形悬挂系统才会起到作用,从而整体上减缓货物的摇晃问题以达到减摇效果[3]。
  二、现有的防摇技术的缺陷
  (一)机械防摇技术的缺陷
  机械防摇技术从理论上看似可行,实际上在应用当非常复杂,可靠度不是很高,经常需要维修与保养,从而加大防摇成本,而且这样的防摇技术实际上效果应用上不是很理想。在这种防摇技术的基础上可以增加一个悬挂系统,用其刚性来控制摇摆,这种技术之前已经提到了,但是不加以电子技术结合的话,同样存在着维修成本大的问题,而且防摇效果也不尽人意。所以,在传统的机械防摇技术当中,还是有着许多待于提高和改进方案的地方。
  (二)电子防摇技术的缺陷
  电子防摇技术在应用当中同样存在着非常多的缺陷,由于单摆运动是一个非线性时变的运动,在其中的固定点不断的加减速过程当中,整个系统运作变的十分复杂,很难保证数学模型的精准性。现阶段所采用的电子防摇技术就是利用传感器和检测元件来收集数学模型信息,通过PLC发送到控制器来控制变频器输出,再调节小车的速度大小,从而达到控制吊具的摆动幅度,但是因为数据在不断的变化,钢丝绳的长度也在变化,而且小车运动当中会产生摩擦力,从而使得小车的运动速度太过于频繁,导致岸桥师傅的不舒服现象,故此,这种技术在应用当中,存在着许多不可控制因素,还有大量成本问题,所以一直采用的不是很多。
  三、防摇控制器控制摇摆技术
  (一)控制原理
  防摇控制器在应用当中,较于传统的机械式防摇技术和电子防摇技术,有着良好的稳定性。防摇控制器在小车切换速度当中,计算吊具摆长的总体长度,把总体变化量,划分成两段连续的变化区间,在此区间当中,从中判断定量摆长数据,从变量区间加以判断摆长的实际变化量,从而进行匹配相对稳定的防摇控制方式。在这种控制器设计当中,对于变量的选择上还是有着比较严苛的标准,如果过大或者过小,就会出现模型配置不合理的现象发生。
  (二)控制措施
  如图1,将吊具角度的摆动信号利用控制器输入到防摇控制系统当中,从而在双闭环的条件下实现防摇效果。一般情况下可以采用不同的模型分析桥吊防摇控制,避免摇晃问题发生,比如说运用实验模型,模拟桥吊运行过程,从而规范防摇控制的算法,确保小车在吊运当中所摆动的波动数据,不会超过一定的范围。岸桥在运输集装箱的时候,在到达目的位置时,吊具的摆动范围必须严格控制在-0.01-0.01rad内,从而消除摆动的风险问题,增加岸桥的安全可靠性,从而实现防摇控制。
  
  四、结束语
  岸桥防摇技术是现阶段集装箱港口当中最为关键的技术之一,高效率与有效性的防摇技术可以起到关键性作用,使得岸桥运输集装箱的技术产生一个质变性的飞跃。故此,无论是在中国,还是外国,起重机设计者们都在以摇晃的起因来着手研究岸桥的减摇措施,由于小车在运作当中有着一定惯性作用,从而在吊重的时候不会立即停止摇晃而是有着一定衰值的摆动频率,所以很多学者们认为,这是着手研究防摇措施的关键性所在。有人曾经考虑到减少小车的运行速度,从而减少摇晃效果,但是这种方案对于现代运输的要求之下并不合理,减少速度就是意味着效率的减慢,因为摇晃问题减少效率,这无异于舍本逐末的做法。还有人认为可以把摇摆当做能量释放来看待,做一个吸收能量的装置,通过不断地减少能量而加以使摇摆不断地减少,这种减摇原理则是增加系统阻尼使用能量快速衰减的机理,针对这种思路,国内外一直有着许多学者在对起重机的吊重摇摆进行着更加深入详细化的研究和实际的实践性应用,这里就不一一赘述了,希望在科技不断发展的以后,防摇装置能真正的尽善尽美,从而适应现代高新技术的不断发展[4]。
  参考文献:
  [1]翟军勇, 费树岷. 集装箱桥吊防摇切换控制研究[J]. 电机与控制学报, 2009, 13(06):933-936.
  [2]卞永明, 金晓林, 秦利升. 集装箱桥吊吊具的电子主动防摇装置试验研究[J]. 振动、测试与诊断, 2005, 25(4):292-295.
  [3]付主木, 高爱云, 费树岷, et al. 集装箱桥吊多模型参考切换双闭环防摇控制[J]. 机械工程学报, 2011, 47(23):161-166.
  [4]倪青亮, 瞿俊杰, 刘韩臣. 集装箱桥吊防摇控制措施[J]. 设备管理与维修, 2017(11):94-96.