全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法

技术领域

本发明涉及全功能小车形式的集装箱门式起重机技术，更具体地说，涉及一种全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法。

背景技术

近年来，在港口的后场集装箱门式起重机上(轮胎吊，轨道吊等)，全功能小车形式的起重机逐渐得到推广和应用。全功能小车上有两套绳系，包括主钢丝绳和辅助钢丝绳，其中主钢丝绳实现提升功能，辅助钢丝绳则负责实现防摇和微动(吊具姿态控制)功能。

全功能小车的防摇功能即如何令货物绕悬点旋转的速度迅速衰减为零，要实现全功能小车的防摇可以采用主动防摇特点在于利用辅助钢丝绳对系统做负功来实现这一目的。或根据动力学分析，制定辅助钢丝绳的力矩动态控制方法，实现高效防摇。现有的防摇措施主要有以下2种：

1)通过八绳机械结构防摇，钢丝绳呈三角型，进行防摇。但其缺点：存在应力，容易造成金属疲劳，钢丝绳使用寿命较短。

2)通过动小车和动大车进行防摇。但其缺点：防摇调节时间长。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法，使得防摇效果更佳，并延长钢丝绳的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法，包括以下步骤：

S1、通过防摇装置获取吊具参数；

S2、判断当前为大车运行或小车运行，若为大车运行则进入步骤S3，若为小车运行则进入步骤S4；

S3、计算大车防摇力矩模型，并将计算力矩数值传输至对应变频器；

S4、计算小车防摇力矩模型，并将计算力矩数值传输至对应变频器。

较佳的，所述防摇装置包括4个防摇辅助电机、4个防摇钢丝绳卷筒和4根防摇钢丝绳；

4个所述防摇辅助电机分别对应于吊具的4个角位置上方；

每个所述防摇辅助电机连接对应的所述防摇钢丝绳卷筒；

4根防摇钢丝绳的一端对应固定于吊具的4个角位置，另一端通过导向滑轮对应缠绕于所述防摇钢丝绳卷筒上；

所述防摇辅助电机采用三合一式防摇辅助电机，即为制成一体的电机、减速器、制动器；

所述电机的输出侧连接所述减速器，所述减速器连接对应的所述防摇钢丝绳卷筒；

所述电机上设有编码器。

较佳的，所述步骤S1具备包括：

通过主起升电机的驱动器及小车架上的重量传感器测得吊具重量m；

通过电机上的编码器测得防摇辅助电机速度反馈S

通过电机上的编码器测得防摇钢丝绳卷筒中心至上架滑轮中心间的垂直距离l

较佳的，所述步骤S3具体包括：

大车防摇力矩模型包括防摇辅助电机收紧模型、防摇辅助电机绷紧模型和防摇辅助电机维持力矩模型；

将所述防摇辅助电机收紧模型定义为GF1，计算得到收紧力矩数值传输至对应变频器；

将所述防摇辅助电机绷紧模型定义为GF2，计算得到绷紧力矩数值传输至对应变频器；

将所述防摇辅助电机维持力矩模型定义为GF3，计算得到维持力矩数值。

较佳的，所述步骤S4具体包括：

小车防摇力矩模型包括防摇辅助电机收紧模型、防摇辅助电机绷紧模型和防摇辅助电机维持力矩模型；

将所述防摇辅助电机收紧模型定义为TF1，计算得到收紧力矩数值传输至对应变频器；

将所述防摇辅助电机绷紧模型定义为TF2，计算得到绷紧力矩数值传输至对应变频器；

将所述防摇辅助电机维持力矩模型定义为TF3，计算得到维持力矩数值。

较佳的，所述防摇辅助电机收紧模型TF1和GF1分别如下：

小车运行时，所述防摇辅助电机收紧模型TF1为：

引入防摇辅助电机速度反馈S

大车运行时，所述防摇辅助电机收紧模型GF1为：

引入防摇辅助电机速度反馈S

上式中，m表示吊具重量，l

较佳的，所述防摇辅助电机绷紧模型TF2和GF2如下：

较佳的，所述防摇辅助电机维持力矩模型TF3和GF3如下：

较佳的，若大车与小车同时运行，则进入步骤S3。

本发明所提供的一种全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法，根据力学模型将防摇力矩分解为：防摇辅助电机收紧力模型(GF1、TF1)、防摇辅助电机绷紧力模型(GF2、TF2)、防摇辅助电机维持力矩模式(GF3、TF3)。各力矩模型与起重机的负载重量，空间几何结构，钢丝绳长度，钢丝绳速度相关，防摇效果更佳，钢丝绳使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明主动防摇力矩控制方法的流程示意图；

图2是本发明主动防摇力矩控制方法中防摇装置的结构示意图；

图3是本发明主动防摇力矩控制方法中测量参数的示意图，(a)为主视图，(b)为侧视图，(c)为俯视图；

图4是本发明主动防摇力矩控制方法中4个防摇辅助电机的命名与方向定义示意图；

图5是本发明主动防摇力矩控制方法中单个防摇辅助电机的状态示意图；

图6是本发明主动防摇力矩控制方法中4个防摇辅助电机的速度反馈、力矩给定的曲线示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的一种全功能小车集装箱门式起重机的主动防摇力矩控制方法，包括以下步骤：

S1、通过防摇装置获取吊具参数；

S2、判断当前为大车运行或小车运行，若为大车运行则进入步骤S3，若为小车运行则进入步骤S4；

S3、计算大车防摇力矩模型，并将计算力矩数值传输至对应变频器；

S4、计算小车防摇力矩模型，并将计算力矩数值传输至对应变频器。

结合图2所示，

防摇装置包括4个防摇辅助电机1、2、3、4，4个防摇钢丝绳卷筒11和4根防摇钢丝绳5、6、7、8。

4个防摇辅助电机1、2、3、4分别对应于吊具9的4个角位置上方。

每个防摇辅助电机1、2、3、4连接对应的防摇钢丝绳卷筒11。

4根防摇钢丝绳5、6、7、8的一端对应固定于吊具9的4个角位置，另一端通过导向滑轮对应缠绕于防摇钢丝绳卷筒11上。

防摇辅助电机1、2、3、4均采用三合一式防摇辅助电机，即为制成一体的电机、减速器、制动器。

电机的输出侧连接减速器，减速器连接对应的防摇钢丝绳卷筒11。

电机上设置编码器。

重量传感器安装在小车架上，一端连接起升钢丝绳10。

上述步骤S1具备包括：

通过主起升电机的驱动器及小车架上的重量传感器测得吊具重量m；

通过电机上的编码器测得防摇辅助电机1、2、3、4速度反馈S

通过电机上的编码器测得防摇钢丝绳卷筒11中心至上架滑轮中心间的垂直距离l

上述步骤S3具体包括：

大车防摇力矩模型包括防摇辅助电机收紧模型、防摇辅助电机绷紧模型和防摇辅助电机维持力矩模型；

将防摇辅助电机收紧模型定义为GF1，计算得到收紧力矩数值传输至对应变频器；

将防摇辅助电机绷紧模型定义为GF2，计算得到绷紧力矩数值传输至对应变频器；

将防摇辅助电机维持力矩模型定义为GF3，计算得到维持力矩数值。

上述步骤S4具体包括：

小车防摇力矩模型包括防摇辅助电机收紧模型、防摇辅助电机绷紧模型和防摇辅助电机维持力矩模型；

将防摇辅助电机收紧模型定义为TF1，计算得到收紧力矩数值传输至对应变频器；

将防摇辅助电机绷紧模型定义为TF2，计算得到绷紧力矩数值传输至对应变频器；

将防摇辅助电机维持力矩模型定义为TF3，计算得到维持力矩数值。

防摇辅助电机收紧模型TF1和GF1分别如下：

当小车运行时，防摇辅助电机收紧模型TF1为：

引入防摇辅助电机速度反馈S

当大车运行时，防摇辅助电机收紧模型GF1为：

引入防摇辅助电机速度反馈S

结合图3所示，上式中，m表示吊具质量(上架+吊具+集装箱)，是一个变量，在11.8～51.8T之间；

l

b

b

c

c

i表示防摇辅助电机上减速器的减速比；

dr表示防摇辅助钢丝绳卷筒的直径(m)；

n表示防摇辅助钢丝绳滑轮倍率；

g表示重力加速度(9.8m/s

S

防摇辅助电机绷紧模型TF2和GF2应用于防摇过程中，由于吊重摆动靠近一侧防摇辅助电机时，防摇辅助电机与吊重空间距离缩短，如果不能及时绷紧防摇钢丝绳，则可能会造成防摇钢丝绳脱槽，因此必须设置一个绷紧力矩，保证钢丝绳不会脱槽。

假设防摇钢丝绳单位长度质量为m0(kg/m)，此时单个防摇辅助电机绷紧模型TF2或GF2如下：

上式中，0.9为常数；4.7925可以按实际项目微调。

防摇辅助电机维持力矩模型TF3和GF3应用于运行机构停止时，吊重摆幅在100mm后辅助钢丝绳的拉力状态，目的是为了防止钢丝绳因自身重力不断下垂。

假设防摇钢丝绳单位长度质量为m0(kg/m)，此时单个防摇辅助电机维持力矩模型TF3或GF3如下：

上式中，0.6为常数；4.7925可以按实际项目微调。

上述步骤S2中，若大车与小车同时运行，则进入步骤S3。

结合图4和图5所示，防摇辅助电机1、2、3、4的工作情况如下：

小车向前运行时存在两种状态，这两种状态直接关系到防摇辅助电机工作状态。

[1]Status 1(状态1)：Spreader(吊具)顺时针摆动时：

Aux Motor1与Aux Motor2：采用TF2模型和参数计算力矩；

Aux Motor3与Aux Motor4：采用TF1模型和参数计算力矩。

[2]Status3：Spreader逆时针摆动时：

Aux Motor1与Aux Motor2：采用TF1模型和参数计算力矩；

Aux Motor3与Aux Motor4：采用TF2模型和参数计算力矩。

当防摇稳定后status2，即Spreader在Trolley正下方(吊具和小车正负偏差25mm)：

Aux Motor1与Aux Motor2：采用TF3模型和参数计算力矩；

Aux Motor3与Aux Motor4：采用TF3模型和参数计算力矩。

4个防摇辅助电机1、2、3、4的速度反馈、力矩给定的输出曲线如图6所示。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。