[发明专利]一种考虑司机舒适性的铸造起重机动态优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑司机舒适性的铸造起重机动态优化方法，以起重机结构参数为基础，利用Newmark法求解人‑起重机‑轨道系统的九自由度数学模型，得到人体振动加速度时域响应，结合快速傅里叶变换获取人体振动加速度的功率谱密度，计算人体振动加速度均方根。以ISO2361‑1:2011为理论指导，构建驾驶员的烦恼率模型，给出烦恼率的量化结果。以起重机结构参数为基本变量，以驾驶员烦恼率模型为目标函数，以起重机各构建的加速度幅值及位移幅值为约束条件，采用粒子群算法得到满足司机舒适性指标的起重机结构参数的优化结果。本发明使起重机结构振动和司机烦恼率减小，提高了起重机的使用寿命，降低了司机振动产生职业病的概率。

技术领域

本发明属于起重机动力学技术领域，涉及一种铸造起重机的优化方案，特别是涉及一种考虑司机舒适性的铸造起重机动态优化方法。

背景技术

铸造起重机是一种通过工作机构组合运动实现钢包安放并空载复位的高能量积聚、高危险性作业的冶金机械设备。随着技术进步和城市不断扩大，沿海地区港口常以填海造陆方式建立工业基地，导致厂房车间的起重机轨道出现了地基沉陷、轨道缺陷变大，进而引起铸造起重机金属结构焊缝开裂、司机振感强烈等问题。铸造起重机工作环境恶劣，高温、高湿、高尘、轨道缺陷等对其金属结构材料力学性能影响较大，加快了铸造起重机金属结构的破坏、降低了起重机的使用寿命、影响了司机身体健康，甚至会给车间的工作人员带来生命危险。

人体短期暴露在振动环境下使司机产生不舒适感，且长时间强烈振动也会给司机身体造成安全危害。铸造起重机动力学特性研究中，人体振动舒适性更是被忽略的重要方面，同时现有人体振动评价标准中还存在不能量化的缺点。

现有的起重机设计目标仅追求起重机性能，而缺乏对司机和环境的考量，基于人-机-环系统的起重机设计目标从单一到多极、从片面到全面，体现了起重机设计对环境的适应性、人体的舒适性和起重机的高效性。因此，基于人-机-环视角的起重机设计思想将提升起重机设计质量和水平，具有重大的理论意义和工程参考价值。

发明内容

为了解决现有技术中起重机评价标准中存在的问题，本发明公开了一种考虑司机舒适性的铸造起重机动态优化方法，使起重机结构振动和司机烦恼率减小，提高了起重机的使用寿命，降低了司机振动产生职业病的概率。

大车运行过程中，高低缺陷和接缝缺陷是引起起重机结构振动的最主要原因，轨道和车轮自身材料缺陷的影响与这两种缺陷相比影响甚微。在大车启动或制动过程中，主梁和端梁在Z方向（见图1）会产生很小的弹性变形，当大车匀速运行时，主梁所受惯性力为零且Z方向的变形在结构阻尼作用下很快消失，此时起重机结构沿Z方向振动可忽略不计。由于车轮与轨道接缝间隙的存在，会使主梁在X方向（见图1）产生弹性变形，但是在运行过程中接缝间隙所引起X方向的冲击也很小，此时起重机结构沿X方向的振动可忽略不计。铸造起重机质量大、缺少悬架系统，由于轨道缺陷对起重机冲击时间短，运行速度基本不受到轨道冲击的影响，且各部件的振幅很小，可将系统简化为线性系统。在研究轨道缺陷对起重机司机产生影响时，考虑产生振动的主要因素、忽略次要因素，为简化系统振动模型和求解过程而做如下假设：

(1) 忽略起重机结构在沿水平方向的振动以及主梁、端梁沿X、Z方向的变形；

(2) 各部件简化成质量块、且各质量块在平衡位置做微幅振动；

(3) 系统中的刚度与位移、阻尼与相应速度均呈线性关系；

(4) 起重机大车通过轨道缺陷时水平速度保持不变恒定；

(5) 对于每个车轮而言，运行中的轨道缺陷所引起的激励力均相同；