自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法和系统技术方案

一种自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法和系统；该方法建立起重臂振动系统的动力学模型，通过起重机的回转运动参数和起重量分别计算起重臂的摆动模态坐标和实时动刚度，并根据起重臂的实时动刚度和起重臂的模态坐标预测起重臂下一时刻的摆动幅值，计算所需调节的斜拉水平调节绳的长度来调整起重臂下一时刻的回转动刚度；该系统包括斜拉水平调节绳、GPS测量仪、黑匣子、中控系统、起重臂端部摆动模态函数计算子系统、起重臂回转动刚度计算子系统、起重臂端部摆动幅值预测子系统和起重臂回转动刚度自适应调节子系统。本发明专利技术有效的减弱了起重臂的摆动，提高了起重机的稳定性、安全性和可靠性，也提高了起重机的工作效率。

Method and system for self adaptive adjustment of slewing dynamic stiffness of boom to eliminate swing

A method and system of self-adapting adjusting the rotating stiffness of the crane boom to eliminate swing is presented in this paper.The dynamic model of the vibrating system of the crane boom is established.The swing modal coordinates and the real-time dynamic stiffness of the crane boom are calculated by the rotating motion parameters and the lifting weight of the crane respectively. The modal coordinates predict the swing amplitude of the next moment of the lifting arm and calculate the length of the cable-stayed horizontal adjusting rope needed to adjust the rotational stiffness of the next moment of the lifting arm. The calculation subsystem of crane arm rotating stiffness, the prediction subsystem of crane arm end swing amplitude and the adaptive adjustment subsystem of crane arm rotating stiffness. The invention effectively reduces the swing of the lifting arm, improves the stability, safety and reliability of the crane, and improves the working efficiency of the crane.

【技术实现步骤摘要】
自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法和系统
本专利技术涉及一种通过调节塔式起重机起重臂的回转动刚度以消除起重臂摆动的方法和系统，属于起重机械

技术介绍
当塔式起重机进行大范围作业时，需要频繁的使用回转机构进行回转运动，这一过程将引起起重臂的摆动和货物的摆动，货物的摆动所引起的载荷作用在起重臂上将引起起重臂更大的摆动，货物的摆动和起重臂的摆动在增加作业时间的同时也严重降低了起重机的稳定性、可靠性和安全性。目前，对于起重臂结构在垂直平面内振动可以通过固定在塔帽处的两根斜拉钢筋进行加固限制，但是起重臂进行回转运动时，固定在塔帽处的斜拉钢筋不能够限制起重臂在回转平面内的摆动，因此没有解决起重机在进行回转作业过程中的起重臂摆动问题。
技术实现思路
针对现有起重机在进行回转作业过程中的起重臂摆动问题，本专利技术提供一种通过改变塔式起重臂回转动刚度来消除起重臂摆动，以提高塔式起重机的稳定性、安全性和可靠性的自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，同时提供一种实现该方法的系统。本专利技术的自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，是：首先分析起重机回转机构和起重量对起重臂振动的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，其特征是：首先分析起重机回转机构和起重量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，然后根据实测的起重臂端部摆动幅值和货物摆动的角度计算起重臂的摆动模态坐标，通过实时测量的起重机回转角速度、角加速度和起重量计算起重臂的实时回转动刚度，最后根据起重臂的实时回转动刚度计算下一时刻的起重臂摆动幅值以计算所需调节的斜拉水平调节绳的长度，通过调节斜拉水平调节绳的长度，从而改变起重臂下一时刻的回转动刚度，以达到消除起重臂摆动的目的。

【技术特征摘要】
1.一种自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，其特征是：首先分析起重机回转机构和起重量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，然后根据实测的起重臂端部摆动幅值和货物摆动的角度计算起重臂的摆动模态坐标，通过实时测量的起重机回转角速度、角加速度和起重量计算起重臂的实时回转动刚度，最后根据起重臂的实时回转动刚度计算下一时刻的起重臂摆动幅值以计算所需调节的斜拉水平调节绳的长度，通过调节斜拉水平调节绳的长度，从而改变起重臂下一时刻的回转动刚度，以达到消除起重臂摆动的目的。2.根据权利要求1所述的自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，其特征是：所述建立起重臂振动系统的动力学模型的过程如下所述：以起重机的塔身回转中心线与起重臂的回转平面交点为坐标系原点建立极坐标系{eρ,eψ}，货物通过钢丝绳连接在变幅小车上，随起重臂在回转平面做回转运动，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和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}，同时，根据货物随起重臂运动而做平面摆运动这一特征建立极坐标系{el,eθ}；将起重臂等效为悬臂梁，变幅小车等效为质点固定在悬臂梁任意位置，货物等效为球摆，通过斜拉水平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-移动质量系统，根据悬臂梁-移动质量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所述的自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，其特征是：所述计算起重臂摆动模态坐标的过程是：起重臂摆动幅值y(x,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，y(x,t)为起重臂在回转平面内在t时刻距离塔身x位置处的摆动幅值，为起重臂第i阶振型函数，其中，βi为超越方程cos(βilb)cosh(βilb)+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；起重臂第i阶摆动模态坐标函数qi(t)与回转运动角速度角加速度和起重量ml的数学模型表示如下：式中，用点表示对时间t求导，ml为货物的质量，mb为起重臂的单位长度质量，ma为变幅小车的质量，ρ为变幅小车与起重臂回转中心之间的距离，φi(ρ)为变幅小车位置处起重臂第i阶的振型函数值，lb为起重臂的长度，θ为货物摆动的角度，为货物摆动的角速度，E为起重臂的弹性模量，I为起重臂的截面惯性矩，φj为起重臂第j阶振型函数，其中，利用倾角仪获取塔式起重机正常工作时货物的实时摆动角度θ，利用GPS测量仪获取起重臂端部实时摆动幅值y(lb,t)，通过以上两个公式计算起重臂第i阶实时摆动模态坐标函数qi(t)。4.根据权利要求1所述的自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法，其特征是：所述计算起重臂的实时回转动刚度的过程是：基于起重机回转运动角速度角加速度和起重量ml与起重臂摆动幅值和摆动频率的关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：董明晓，张恩，梁立为，韩松君，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