桥式卸船机抓斗有控摆动分析及软件实现
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摘要
为满足实际工程需要及产业社会化大生产的需要，工程上的高效率要求日益迫切，物料输送的高效率显得尤为重要。同时这种高效的生产和运输降低了工人的劳动强度和工程的成本，因此提高工作效率减少费耗时间成为工程技术人员迫切的研究课题。
桥式抓斗卸船机作为当今一种广为应用的港口工程机械，在港口的物料输送上起着举足轻重的作用。但随着物料的大型化、多样化，作业强度越来越高，要求有高效率、高速度、高精度、高自动化和高可靠性的机器和设备是港口输送机械工业的重要任务。要提高起重机运行性能必须采用智能控制，基于手动控制的原控制系统需改为自动控制系统，而实现卸船机高速运行时的抓斗快速止摆或有控摆动系统优化是自动控制的一个重要内容。本文是在桥式卸船机小车水平运行规律及抓斗摆动规律研究的基础上，进一步在这方面作了一些研究。
本文对抓斗的摆动进行了分析，列出运动方程，并介绍对其进行优化的方法，对如何控制抓斗摆动并合理利用和提高桥式抓斗卸船机装卸效率提出一些建议和措施。并进行抓斗有控摆动的运动分析和优化计算。
在进行分析和计算过程中，以摆动运动分析和系统优化计算为主线，对桥式抓斗卸船机抓斗的摆动进行运动分析，建立数学模型；小车的运行速度曲线分为四个阶段。即：抓斗出舱阶段；抗摆动控制阶段；稳定运行阶段；制动抛料阶段。对此四个阶段进行数学分析，建立数学模型，并利用数值求解方法进行求解。同时将分析计算过程软件化，并用MATLAB数值计算软件计算验证所得结果正确性。所得计算结果将成为自动控制系统的核心，大大提高作业自动化程度。
目前的国内的抓斗卸船机还没有有效的实现自动控制以达到高效输送物料的目的，因此，解决抓斗卸船机有控摆动系统的优化问题具有重要的意义。
For the need of practical project and social production, higher and higher efficiency is required by project. The high efficiency of materiel transportation 100ks more important. At the same time, this kind of high efficient production and transportation compress the cost of project and reduce the working intension of workers. Therefore improving working efficiency and reducing wasting time turn into a new exigent task.
Nowadays bridge vessel-whipper is the most important machine among haven engineering machines. With the increasing diversification of materiel require high automatization of machine. Realizing anti-swing of grab is the most important content of automatization. This thesis does more research about this according to the rule of swing.
This thesis analyses the swing of grab and list movement equation and give one method about anti-swing of grab and compute. There are four phases during working time , they are grab out of cabin, anti-swing, stably running and brake. Analysing these four phases gives right and exact answer to improve extent of automatization.
At the present time, In our country no very excellent solution about automatization of vessel-whipper has been brought out. So to resolve this problem has crucial meaning.
桥式抓斗卸船机作为当今一种广为应用的港口工程机械，在港口的物料输送上起着举足轻重的作用。但随着物料的大型化、多样化，作业强度越来越高，要求有高效率、高速度、高精度、高自动化和高可靠性的机器和设备是港口输送机械工业的重要任务。要提高起重机运行性能必须采用智能控制，基于手动控制的原控制系统需改为自动控制系统，而实现卸船机高速运行时的抓斗快速止摆或有控摆动系统优化是自动控制的一个重要内容。本文是在桥式卸船机小车水平运行规律及抓斗摆动规律研究的基础上，进一步在这方面作了一些研究。
本文对抓斗的摆动进行了分析，列出运动方程，并介绍对其进行优化的方法，对如何控制抓斗摆动并合理利用和提高桥式抓斗卸船机装卸效率提出一些建议和措施。并进行抓斗有控摆动的运动分析和优化计算。
在进行分析和计算过程中，以摆动运动分析和系统优化计算为主线，对桥式抓斗卸船机抓斗的摆动进行运动分析，建立数学模型；小车的运行速度曲线分为四个阶段。即：抓斗出舱阶段；抗摆动控制阶段；稳定运行阶段；制动抛料阶段。对此四个阶段进行数学分析，建立数学模型，并利用数值求解方法进行求解。同时将分析计算过程软件化，并用MATLAB数值计算软件计算验证所得结果正确性。所得计算结果将成为自动控制系统的核心，大大提高作业自动化程度。
目前的国内的抓斗卸船机还没有有效的实现自动控制以达到高效输送物料的目的，因此，解决抓斗卸船机有控摆动系统的优化问题具有重要的意义。
For the need of practical project and social production, higher and higher efficiency is required by project. The high efficiency of materiel transportation 100ks more important. At the same time, this kind of high efficient production and transportation compress the cost of project and reduce the working intension of workers. Therefore improving working efficiency and reducing wasting time turn into a new exigent task.
Nowadays bridge vessel-whipper is the most important machine among haven engineering machines. With the increasing diversification of materiel require high automatization of machine. Realizing anti-swing of grab is the most important content of automatization. This thesis does more research about this according to the rule of swing.
This thesis analyses the swing of grab and list movement equation and give one method about anti-swing of grab and compute. There are four phases during working time , they are grab out of cabin, anti-swing, stably running and brake. Analysing these four phases gives right and exact answer to improve extent of automatization.
At the present time, In our country no very excellent solution about automatization of vessel-whipper has been brought out. So to resolve this problem has crucial meaning.
引文
[1]张建国 抓斗卸船机的技术性能 《起重运输机械》2001年第1期
[2]郑见粹 我国港口机械的技术进步与发展展望《港口装卸》1999年第4期
[3]邹军 陈志坚 桥式起重机抓斗的防摆控制《山东大学学报》1999年第1期34卷
[4]田志成 说说国产装载机质量与技术水平《工程机械与维修》1998年第11期5～6
[5]王官逊 国外关于确定抓斗卸船机额定卸船能力的规定《水利电力施工机械》1997年第3期第19卷
[6]李伟 张桂青 起重机最优消摆对策《山东建筑工程学院学报》1998年第3期13卷
[7]张桂青 李伟 王尊民 绳长对起重机载荷消摆的影响《山东建筑工程学院学报》1998年第3期13卷
[8]沈永明 黄健洪 大型桥式抓斗卸船机晃动的试验研究《上海海运学院学报》1999年第3期20卷
[9]黄洪钟 黄文培 机械优化设计的Hopfield神经网络算法《机械科学与技术》1998年第2期17卷
[10]王宝元 吴三灵 温波 焦明纲 周发明 位移和速度约束机械系统动力学分析 《机械设计》1998年第10期23～26
[11]冯谦 高燕秋 涂桥安 机械设计全局优化的对策探讨《南京林业大学学报》1997年3月第1期16～23
[12]吴彦文、刘方 计算机仿真用于结构风振控制《计算机仿真》1999年7月
[13]胡宗武等《起重机动力学》机械工业出版社1988年
[14]R.L. Fox: Optimization Methods for Engineering Design, Addison-Wesleg Publishing, 1972。
[15]Moustafa, Feedback control of overhead cranes swing with virable rope length, Proc. Am. Conf. 1994, 1:691～695
[16]Hakamaeda, Anti-sway and position control of crane system, AMC.1996, 12:18～21
[2]郑见粹 我国港口机械的技术进步与发展展望《港口装卸》1999年第4期
[3]邹军 陈志坚 桥式起重机抓斗的防摆控制《山东大学学报》1999年第1期34卷
[4]田志成 说说国产装载机质量与技术水平《工程机械与维修》1998年第11期5～6
[5]王官逊 国外关于确定抓斗卸船机额定卸船能力的规定《水利电力施工机械》1997年第3期第19卷
[6]李伟 张桂青 起重机最优消摆对策《山东建筑工程学院学报》1998年第3期13卷
[7]张桂青 李伟 王尊民 绳长对起重机载荷消摆的影响《山东建筑工程学院学报》1998年第3期13卷
[8]沈永明 黄健洪 大型桥式抓斗卸船机晃动的试验研究《上海海运学院学报》1999年第3期20卷
[9]黄洪钟 黄文培 机械优化设计的Hopfield神经网络算法《机械科学与技术》1998年第2期17卷
[10]王宝元 吴三灵 温波 焦明纲 周发明 位移和速度约束机械系统动力学分析 《机械设计》1998年第10期23～26
[11]冯谦 高燕秋 涂桥安 机械设计全局优化的对策探讨《南京林业大学学报》1997年3月第1期16～23
[12]吴彦文、刘方 计算机仿真用于结构风振控制《计算机仿真》1999年7月
[13]胡宗武等《起重机动力学》机械工业出版社1988年
[14]R.L. Fox: Optimization Methods for Engineering Design, Addison-Wesleg Publishing, 1972。
[15]Moustafa, Feedback control of overhead cranes swing with virable rope length, Proc. Am. Conf. 1994, 1:691～695
[16]Hakamaeda, Anti-sway and position control of crane system, AMC.1996, 12:18～21