[发明专利]自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统

说明书

一种自适应调节起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统；该方法是建立起重臂振动系统的动力学模型，然后通过变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量分别计算起重臂的振动模态坐标和实时动刚度，并计算下一时刻起重臂振动幅值以及所需调节斜拉调节绳的长度，调整起重臂的下一时刻的动刚度；该系统包括斜拉调节绳、激光测距仪、黑匣子、中控系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处振动模态坐标函数计算子系统、起重臂动刚度计算子系统、斜拉调节绳与起重臂铰接处的振动幅值预测子系统以及起重臂动刚度自适应调节子系统。本发明减弱了起重臂的振动，提高了起重机的稳定性、安全性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种通过自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法和系统，属于起重机械技术领域。

背景技术

塔式起重机包括变幅机构、回转机构和起升机构，是通过这三大机构的运动来完成货物的抓取、运输和就位的工作过程，其中每一个工作过程都包括加速、匀速和减速运动。

为了提高起重机的工作效率，生产厂家不断地提高起重机的额定运行速度和额定起重量。随着起重机额定运行速度和额定起重量的增加，机构的快速运动容易引起起重机结构更大的振动，振动产生的交变载荷降低了起重机的稳定性、可靠性和安全性。

对于起重臂结构振动检测最常用的方法是用电测法对起重臂结构进行振动加速度测量，通过在起重臂上粘贴应变片，使用应变仪和计算分析设备记录起重臂的振动加速度。这种检测方法需要在起重臂上粘贴大量应变片，由于起重机是高空作业的大型特种设备，人工安装大量应变片操作复杂，存在操作安全性。

另外，起重机的起重臂的振动属于低频振动，振动频率是0.15HZ到10HZ，并且主要振动的振动频率不到1HZ，各种振动测量仪难以准确测量这样的低频振动频率。实验人员用人工敲击方法，但不能真实反映起重机的工作状态。

目前，对于起重臂的结构振动通常是用两根斜拉钢筋进行加固限制，但是起重臂的振动是随着变幅小车的运动和起升货物重量的变化而变化，两根斜拉钢筋的加固力不能随着变幅运动和货物重量的变化而变化，因此，没有从根本上解决起重臂在工作过程中的振动问题。

发明内容

针对现有起重臂在工作过程中的振动问题，本发明提供一种通过改变起重臂动刚度来消除起重臂振动，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塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法，同时提供一种实现该方法的系统。

本发明的自适应调节塔式起重机起重臂动刚度消除振动的方法，是：

首先分析起重机的变幅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，然后通过变幅运动实时位移、速度、加速度和起重量分别计算起重臂的振动模态坐标和实时动刚度，再根据起重臂的实时动刚度计算下一时刻起重臂振动幅值以计算所需调节的斜拉调节绳长度，以此调节斜拉调节绳的长度，进而调整起重臂的下一时刻的动刚度，达到消除起重臂的振动的目的。

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支撑平面与过塔身在地面固定截面的中心点为坐标轴o点，以起重臂平行地面且远离塔身的方向为坐标轴x的正方向，以垂直于x坐标轴且接近地面的方向为坐标轴y的正方向，建立xoy直角坐标系，将起重臂等效为悬臂梁，货物、吊钩和变幅小车等效为移动质量，该移动质量始终在悬臂梁上运动，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。

所述计算起重臂振动模态坐标的过程是：

起重臂振动幅值y(x,t)与变幅运动位移x_a、速度加速度和起重量m_a的对应关系表示为：