[发明专利]自适应调节起重臂回转动刚度以消除摆动的方法和系统

摘要

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。

主权项

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；计算起重臂的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q_i(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，β_i为超越方程cos(β_il_b)cosh(β_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；起重臂第i阶摆动模态坐标函数q(t)与回转运动角速度角加速度和起重量m_l的数学模型表示如下：式中，用点表示对时间t求导，m_l为货物的质量，m_b为起重臂的单位长度质量，m_a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，φ_i(ρ)为变幅小车位置处起重臂第i阶的振型函数值，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，φ_j为起重臂第j阶振型函数，其中，l为钢丝绳的长度；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(l_b,t)，通过上述数学模型计算起重臂第i阶实时摆动模态坐标函数q_i(t)；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m_l与起重臂摆动幅值和摆动频率的关系模型，推导出起重臂实时回转动刚度的数学表达式，起重臂的实时回转动刚度为：利用实测的回转运动的实时角速度变幅小车所处的位置ρ和计算得到的实时摆动模态坐标函数q_i(t)，通过上式计算起重臂相对应的实时回转动刚度。