电差动桥式起重机关键技术研究

发布时间：2020-06-27 00:30

【摘要】：桥式起重机被广泛应用于核电站、水电站、重化工、冶金、重型机械制造、船舶制造等场所,它是生产和流通领域物料装卸、搬运、吊装实现机械化的基本工具,是国民经济建设中不可缺少的设备。电差动桥式起重机从结构型式、工作原理上对传统桥式起重机进行了根本性的变革,将小车上的起升机构取下来,通过电差动驱动使起升运动和小车运动的驱动“合二为一”,变自行式小车为牵引式小车,减轻小车自重,从而减小主梁上的载荷,大幅度减轻主梁自重,实现桥式起重机真正意义上的轻量化。然而,电差动桥式起重机的多电机、柔性牵引驱动方式,会对小车-吊重系统的运动精度产生不利的影响,以及会导致能耗增大等问题,需进一步的研究。另外,电差动桥式起重机是一种全新的尝试,需建立相应的设计开发方法,促进其实际应用。本文以电差动桥式起重机为研究对象,通过分析电差动驱动原理及驱动特性,采用理论、试验、仿真等研究手段,对多电机共直流母线节能技术、钢丝绳悬垂影响下小车-吊重系统的运动学及动力学特性、参数化设计软件开发等关键技术进行研究,为电差动桥式起重机的实际应用奠定基础。本文的主要内容和创新点如下:1)通过分析桥式起重机电差动驱动原理及驱动特性,可知两台电动组合驱动可以确定性的实现小车、吊重的单动或联动动作;在小车单动或小车吊重联动工况下,电差动驱动方式的装机容量远远大于传统桥式起重机,且会导致能耗过高,但该工况下放绳侧电动机为发电状态,存在可回馈利用的能量。采用合适的能量反馈技术,将该电动机发出的电能实时传输给收绳侧电动机。2)根据电差动驱动特性分析结论,将多电机共直流母线节能技术应用于电差动桥式起重机中,对放绳侧电机所产生的电能实时回馈给收绳侧电动机利用,解决电差动驱动方式导致的能耗过高问题。搭建了电差动驱动试验台,对电差动驱动特性及多电机共直流母线节能技术进行试验验证。3)建立钢丝绳悬垂下的小车-吊重系统的运动学模型,经分析得知钢丝绳悬垂对小车-吊重系统的运动速度几乎没有影响。针对吊重摆动、卷筒速度差等导致小车运行速度产生波动的问题,采用PID控制方法并经仿真试验验证,实现了小车匀速运动控制。考虑吊重摆动及小车两侧钢丝绳悬垂的耦合影响,基于钢丝绳抛物线理论及达朗贝尔原理,分别建立小车和吊重的动力学模型,为小车-吊重系统的精确定位控制提供理论基础。4)基于VB及APDL二次开发平台,完成电差动桥式起重机参数化设计软件的开发。提出基于数据库的标准件快速选型方法、基于参数敏感性的主梁结构多参数优化方法,并应用于软件的开发中,提升软件的使用性能。参数化设计软件有助于提高设计人员的设计效率,促进电差动桥式起重机的实际推广应用。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH215
【图文】：

示意图,抓斗卸船机,差动,桥式

国内已有许多研究者对桥式起重机的小车车架、主梁等，但均是基于桥式起重机的传统布置型式，小车的自重度上减轻桥式起重机的重量。轻量化产品在国外已经相当普遍，如德国、芬兰、法国牙等国家的起重机制造企业，都在起重机的机构、结构了改进，使起重机产品更加轻便、节能、环保、美观。中在桥式起重机的金属结构优化，虽然能够取得一定的。近年来，机械差动驱动技术已经广泛地应用于抓斗卸机，因此可以在发展成熟的机械差动驱动技术基础上，的新型驱动技术，使桥式起重机的轻量化技术得到进一的关键在于行星差动减速器的设计，而专用的行星差动困难，维修昂贵、费时。因而，芬兰 Kovecrane 公司为诸多问题从而研究开发了电差动四卷筒驱动桥式抓斗卸术通过对驱动电机转速的直接控制来模拟机械差动减速差动减速箱，其示意图如图 1-1 所示。

结构图,桥式起重机

但目前大部分集中在材料、结构和工艺上的研究，很难再取得先进技术的突破，而电差动桥式起重机是在传统桥式起重机的基础上实现轻量化的一种新的尝试和突破。对于差动驱动这种新型驱动方式，相关研究主要体现在机械差动桥式抓斗卸船机的应用上[49]，而对于电差动驱动方式在桥式起重机上的相关技术研究还很欠缺。2.1 桥式起重机电差动驱动原理2.1.1 传统桥式起重机的结构形式如图 2-1 所示为传统双梁桥式起重机结构图，其主要组成包括桥架结构、起升机构、大车行走机构、小车结构、司机室及驱动系统等。桥架结构包括主梁和端梁；小车结构主要包括主起升机构、副起升机构、小车架、小车轮等；主起升机构主要由驱动装置、制动装置、钢丝绳滑轮组缠绕系统、取物装置等组成，副起升机构的起重量约占主起升机构的 15%～20%左右；桥式起重机的驱动机构可分为小车驱动机构、大车驱动机构和起升机构驱动。

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