起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法和系统技术方案

一种起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法和系统；该方法建立回转运动和变幅运动的参数对起重臂位移的影响规律的动力学模型，计算起重臂的模态坐标和实时动刚度，根据起重机的模态坐标和起重臂的实时动刚度计算起重臂下一时刻的位移，计算下一时刻斜拉调节绳所需调节的长度以调整起重臂的动刚度；该系统包括斜拉调节绳、激光测距仪、GPS测量仪、三维倾角仪、黑匣子、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处模态坐标计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处位移预测子系统和起重臂动刚度自适应调节子系统。本发明专利技术实现了抑制起重臂的振动和摆动，提高了起重臂的稳定性、安全性、可靠性和工作效率。

Method and system for eliminating vibration of crane boom when turning and variable amplitude movement of crane

A method and system for eliminating the vibration of the crane boom when the crane is rotating and amplitude changing is presented in this paper.The dynamic model of the influence of the parameters of rotation and amplitude changing on the displacement of the crane boom is established.The modal coordinates and the real-time dynamic stiffness of the crane boom are calculated.According to the modal coordinates of the crane and the real-time dynamic stiffness of the crane boom,the dynamic Calculate the next moment of the crane arm displacement, calculate the next moment of the cable adjustment rope required to adjust the length of the crane arm dynamic stiffness; the system includes cable adjustment rope, laser range finder, GPS surveyor, three-dimensional inclinometer, black box, central control system, cable adjustment rope and crane arm hinge mode coordinate calculation sub-system The dynamic stiffness calculation subsystem of hoisting arm, the displacement prediction subsystem of the joint between cable-stayed adjusting rope and hoisting arm and the adaptive adjusting subsystem of the dynamic stiffness of hoisting arm are introduced. The invention realizes restraining the vibration and swing of the lifting arm, and improves the stability, safety, reliability and working efficiency of the lifting arm.

【技术实现步骤摘要】
起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法和系统
本专利技术涉及一种当塔式起重机同时进行回转和变幅运动时消除起重臂振动的方法和系统，属于起重机械

技术介绍
为了提高塔式起重机的作业效率，建筑单位在使用塔式起重机作业的过程中，通常将货物吊起之后同时运行塔式起重机的回转机构和变幅机构，从而减小作业时间。但是随着回转速度、变幅速度和起重量的增加，这一过程不但会引起货物和起重臂在回转平面内的水平摆动，还将引起货物和起重臂在铅锤面内的垂直振动，起重臂在回转平面内的摆动和在铅垂面内的振动将会影响起重臂的安全性能，严重时将会发生起重臂折臂现象，对驾驶员的人身安全和社会的财产安全造成了一定的威胁。当塔式起重机同时进行回转和变幅运动时，随着货物位置的变化，塔式起重机起重臂的刚度也在发生改变，由于起重臂的刚度发生改变，所以起重臂的振动幅值时刻发生变化，因此，可以通过调节起重臂的实时动刚度来消除起重臂在同时进行回转和变幅运动时的振动，但目前还没有一种实时、准确消除起重臂振动的方法。
技术实现思路
针对现有塔式起重机同时进行回转和变幅运动时消除起重臂振动的技术存在的不足，本专利技术提供一种通过改变起重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法，其特征是：首先分析起重机的回转机构和变幅机构同时运行时对起重臂振动的影响规律，建立起重臂振动系统的动力学模型，根据起重臂振动系统的动力学模型推导出起重臂的实时动刚度数学表达式，然后根据实时测量的斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值计算起重机的振动模态坐标，斜拉调节绳分为调节起重臂水平摆动的斜拉水平调节绳和调节起重臂竖直振动的斜拉竖直调节绳，根据起重机同时进行回转运动和变幅运动的状态参数计算起重臂的实时动刚度，通过起重臂的振动模态坐标和实时动刚度计算下一时刻的振动幅值以计算所需要调节的斜拉调节绳的长度，从而调整下一时刻起重臂的动刚度，以达到消除起...

【技术特征摘要】
1.一种起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法，其特征是：首先分析起重机的回转机构和变幅机构同时运行时对起重臂振动的影响规律，建立起重臂振动系统的动力学模型，根据起重臂振动系统的动力学模型推导出起重臂的实时动刚度数学表达式，然后根据实时测量的斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值计算起重机的振动模态坐标，斜拉调节绳分为调节起重臂水平摆动的斜拉水平调节绳和调节起重臂竖直振动的斜拉竖直调节绳，根据起重机同时进行回转运动和变幅运动的状态参数计算起重臂的实时动刚度，通过起重臂的振动模态坐标和实时动刚度计算下一时刻的振动幅值以计算所需要调节的斜拉调节绳的长度，从而调整下一时刻起重臂的动刚度，以达到消除起重臂振动的目的。2.根据权利要求1所述起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法，其特征是：所述起重臂振动系统的动力学模型的过程如下所述：以塔式起重机的塔身回转中心线与起重臂的回转平面的交点为坐标系原点o0建立极坐标系{eρ,eψ}，起重机同时进行回转和变幅运动时，变幅小车随着起重臂在回转平面做回转运动，同时也沿着起重臂的水平方向做变幅运动，根据这一运动特点，以极坐标系{eρ,eψ}的原点为非惯性笛卡尔坐标系{i,j,k}的原点，以沿着起重臂且远离塔身的方向为坐标轴x1轴的正方向，以过坐标系原点且垂直于地面向下为坐标轴z1的正方向，以垂直于起重臂且与坐标轴x1、z1符合右手螺旋法则的方向为坐标轴y1的正方向，建立非惯性笛卡尔坐标系{i,j,k}，货物随着起重臂在回转平面进行回转运动的同时，也随着变幅小车在水平面内进行变幅运动，因此，起重机同时进行回转和变幅运动时，货物将做空间摆运动，根据这一运动特征建立以小车位置为坐标系原点建立极坐标系将起重臂等效为悬臂梁，变幅小车等效移动质量，沿着起重臂进行变幅运动，货物等效为球摆，通过斜拉调节绳与变幅小车连接，并随悬臂梁在回转平面内转动，从而构成了悬臂梁-移动质量-球摆系统，根据悬臂梁-移动质量-球摆系统建立起重臂振动系统的动力学模型。3.根据权利要求1所述起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法，其特征是：所述计算起重臂模态坐标的过程是：起重机同时进行回转和变幅运动时，根据运动的合成与分解，将起重臂在空间内的位移分解为在回转平面内的位移和在铅锤面内的位移；因此，将起重臂在空间内的振动分解为在回转平面内的水平摆动和在铅垂面内的垂直振动；起重臂在回转平面内的水平摆动幅值yl(ρ,t)与起重臂摆动模态坐标函数qi(t)的对应关系表示为：式中，y1(ρ,t)为起重臂在回转平面内在t时刻，距离塔身ρ位置处的水平摆动幅值，为起重臂第i阶振型函数，其中λi为超越方程cosh(λilb)cosh(λilb)+1＝0的解，lb为起重臂的长度，qi(t)为起重臂第i阶摆动模态坐标函数；起重臂在铅锤面内垂直振动幅值yh(ρ,t)与起重臂振动模态坐标函数Qi(t)的对应关系表示为：式中，yh(ρ,t)为起重臂在回转平面内在t时刻，距离塔身ρ位置处的铅锤面内振动的幅值，Qi(t)为起重臂第i阶振动模态坐标函数；当塔式起重机同时进行回转和变幅运动时，分别获取斜拉调节绳与起重臂铰接处在回转面内的摆动幅值和铅锤面内的振动幅值，结合以上两个公式计算起重臂的模态坐标qi(t)和Qi(t)。4.根据权利要求1所述起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法，其特征是：所述计算起重臂的实时动刚度的过程是：基于起重臂振动系统的动力学模型，将起重臂在空间内的振动分解为起重臂在回转平面内的摆动和起重臂在铅垂面内的振动，推导出起重臂的摆动和振动的实时动刚度分别为：式中，[K′l]和[K′h]分别为起重臂的摆动和振动的实时动刚度，β为刚度阻尼系数，ma为变幅小车的质量，ml为货物的质量，ρ为变幅位移，为变幅速度，为变幅加速度，ψ为起重臂的回转角度，为回转速度，lb为悬臂梁的长度，E为悬臂梁的弹性模量，I为悬臂梁的截面惯性矩，φj(ρ)为起重臂的第j阶振型函数，φ′(ρ)、φ″(ρ)分别为φ(ρ)对变幅位...

【专利技术属性】
技术研发人员：董明晓，张恩，韩松君，梁立为，杨传宁，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东,37