[发明专利]起重机回转且变幅运动时消除起重臂振动的方法和系统

权利要求书

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{e_ρ,e_ψ}，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{e_ρ,e_ψ}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y_l(ρ,t)与起重臂摆动模态坐标函数q_i(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λ_i为超越方程cosh(λ_il_b)cosh(λ_il_b)+1＝0的解，l_b为起重臂的长度，q_i(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y_h(ρ,t)与起重臂振动模态坐标函数Q_i(t)的对应关系表示为：

式中，y_h(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，Q_i(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q_i(t)和Q_i(t)。