船用起重机牵引索式减摇装置优化设计与试验研究
发布时间：2021-10-11 22:33
船用起重机是海洋工程船舶的核心装备之一,广泛应用于水上设施建设、货物运输、水下打捞和勘探等工作,其作业环境特殊,在海上作业时吊重会产生大幅度的摇摆,吊重无法精确定位,极大的降低了工作效率。因此研究船用起重机吊重系统的动力学特性,设计出有效抑制吊重摇摆的减摇装置具有重要意义。本文中作者建立了船用起重机吊重系统动力学模型,在分析牵引索式减摇装置工作原理基础上,建立了减摇装置液压系统收放绳侧的动力学模型,根据机器人学空间变换理论,建立了配备牵引索式减摇装置船用起重机吊重系统在其自身运动和外界船舶运动激励下的动力学模型,为后续减摇装置张力控制系统研究以及进行整个系统的动力学分析奠定了基础。在所建立的减摇装置液压系统动力学模型的基础上进行拉普拉斯变换求得液压系统的传递函数模型,根据传递函数分析系统的频率和阻尼特性,并提出提高系统响应的方法。设计了基于PID控制原理的液压系统恒张力控制方案,并对其进行仿真研究,通过调整比例、积分和微分的参数,提高了张力输出的控制精度及响应时间。为解决牵引索上拉力设定值突变时会出现松绳的问题,改进原有吊盘机械结构,设计了用于防止牵引索松索的弹簧张紧器,及时补偿了牵引...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２减摇起重机??Ｆｉｇ．?２．２?Ａｎｔｉ－ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｒａｎｅ??－１１?－??
?大连海事大学硕士学位论文???当吊重在外部激励下从Ｑ点到Ｑｉ点移动时，与牵引索ＱＪ相连的减摇马达进行主??动收绳，使牵引索ＱＪ上拉力较小，同时与牵引索ＱＩ和ＱＤ上相连的减摇马达进行被动??放绳运动，使牵引索Ｑ１和ＱＤ上保持较大拉力，这样使得三根牵引索的合外力与吊重??的运动方向相反，消耗吊重摆动能量，达到减摇吊重摇摆的目的。减摇装置液压驱动系??统采用单泵驱动三台减摇马达进行正反转运动，由于驱动每台减摇马达回路上的液压元??件相同，因此仅以一条减摇回路为例进行说明。如图２．３为减摇回路液压系统原理。??ｒｄｉ??「写）?????５??！?ＰＬＣ?ｉ??３＿今?ｉ２??１液压泵２单向截止阀３溢流阀４比例调速阀５电磁换向阀６奴向液压锁７双向溢流阀组??８減摇液压马达＾??图２．３减摇回路液压系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ａｎｔｉ－ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｉｒｃｕｉｔ??系统中的液压油通过液压栗加压，首先经过单项截止阀，然后流经比例调速阀和电??磁换向阀，最终进入减摇液压马达，在ＰＬＣ控制系统的作用下控制比例调速阀阀口开度??大小以及电磁换向阀的方向，进而控制减摇马达的转速和转向，从而进行控制牵引索的??收放绳运动。??２．２．２收绳侧动力学模型建立??船用起重机在海上进行作业时，牵引索追随主吊索运动，吊重在起重机本身起升回??转变幅运动以及外界负载的作用下，在空间产生不规则摆动，不仅使得牵引索速度大小??和方向随时间不断变化，而且起重机运动和船舶运动相互耦合，使得牵引索的动力响应??复杂，要考虑全参数影响的张力系统动力学数学模型难度很大，因此在动力学建模中做??出
?大连海事大学硕士学位论文???（２）忽略牵引索中的扭转和弯曲，只考虑其承受张力作用。??（３）假设牵引索的张力和牵引索的应变属于一一对应关系。??则收绳侧张力系统工作原理示意图可简化为如图２．４所示。??乂吊重??减摇马达韻??图２．４收绳侧张力系统工作原理??Ｆｉｇ．?２．４?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｐｅ??对收绳侧减摇马达进行动力学分析，根据减摇马达的力矩平衡方程可得：??Ｍ－ＴＲ?＝?Ｊ＾－?＋?Ｂ—?（２．１５）??ｄｔ２?ｄｔ??其中，Ｍ—为减摇马达输出转矩，Ｎ．ｍ；??ｒ一为牵引索对减摇马达的拉力，Ｎ；??一为与减摇卷筒的半径，几乎不变，ｍ；??？／一为折合到减摇马达轴上的总的转动惯量，ｋｇＭｎ２；??６一为减摇马达的角度，ｒａｄ：??５—为黏性阻尼系数，Ｎ．ｍ．ｓ／ｒａｄ。??由减摇回路液压原理图２．３可知，设定泵出口溢流阀的压力为＾，回油路溢流阀压??力设定值为Ｐ２，系统中通过控制调速阀阀口开度调节进入马达的流量从而调节马达转??速，忽略单项截止阀、电磁换向阀、液压锁的节流压力损失和液压管路的沿程损失，设??减摇马达两端压差为匕，则减摇马达输出转矩为：??Ｍ?＝?＾－ＶｍｐＬ?（２．１６）??２ｎ??其中，匕一为减摇马达排量，Ｌ／ｒ。??在图２．４收绳侧张力系统示意图中，与减摇马达相连的卷筒半径为卷筒旋转的??角度为０，则在减摇马达驱动下，卷筒收绳侧线速度为％，吊重在外部载荷作用下的运??－１３－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]船用起重机减摇装置液压系统设计与试验研究[J]. 吉阳,王虎,陈海泉,郭明轩,徐鹏. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(08)
[2]吊臂被动补偿装置的抗冲击性能研究[J]. 徐志强,李万莉,刘祥勇,林礼群,刘平,王志勇. 船舶工程. 2018(10)
[3]集装箱摇摆分析与减摇吊具结构设计[J]. 王宴平. 机械设计. 2018(07)
[4]船用起重机减摇装置建模与试验[J]. 韩广冬,张桐,陈海泉,张金男,孙玉清,王生海. 科学技术与工程. 2017(23)
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[8]集装箱吊具两种八绳防摇系统的比较研究[J]. 唐凡. 科技信息. 2012(19)
[9]基于AMESim与SIMULINK的双绞车恒张力控制研究[J]. 常晴晴,孙斌,高世阳. 液压与气动. 2011(10)
[10]海洋平台吊机波浪补偿系统研究[J]. 鄢华林,姜飞龙. 液压与气动. 2011(02)
博士论文
[1]基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究[D]. 钟斌.西南交通大学 2007
[2]起重机自适应智能防摆控制方法及其仿真研究[D]. 黄凯.南京林业大学 2007
[3]舰艇并靠导弹补给及波浪补偿系统研究[D]. 陆卫杰.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]基于输入整形技术的门座起重机吊重摆动控制研究[D]. 王云飞.武汉理工大学 2018
[2]大负载减张力收放系统控制研究[D]. 李一方.浙江大学 2017
[3]海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制研究[D]. 许军成.江苏大学 2016
[4]船用起重机吊盘式防摇装置液压系统设计研究[D]. 赵鸿博.大连海事大学 2016
[5]深海作业起重机主动式升沉补偿控制系统的研究与开发[D]. 吴隆明.华南理工大学 2012
[6]起重机吊摆系统的动力学分析与防摆控制研究[D]. 王君凤.南京航空航天大学 2012
[7]动基座条件下防摆技术研究[D]. 李天鹰.哈尔滨工程大学 2010
[8]臂桥架起重机防摇系统研究[D]. 张玉.武汉理工大学 2009
[9]船上回转式吊车的防摆控制研究[D]. 贾智勇.哈尔滨工业大学 2007
[10]岸边集装箱装卸桥吊具减摇装置的研究[D]. 魏雨龙.上海海事大学 2005
本文编号：3431363
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２减摇起重机??Ｆｉｇ．?２．２?Ａｎｔｉ－ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｒａｎｅ??－１１?－??
?大连海事大学硕士学位论文???当吊重在外部激励下从Ｑ点到Ｑｉ点移动时，与牵引索ＱＪ相连的减摇马达进行主??动收绳，使牵引索ＱＪ上拉力较小，同时与牵引索ＱＩ和ＱＤ上相连的减摇马达进行被动??放绳运动，使牵引索Ｑ１和ＱＤ上保持较大拉力，这样使得三根牵引索的合外力与吊重??的运动方向相反，消耗吊重摆动能量，达到减摇吊重摇摆的目的。减摇装置液压驱动系??统采用单泵驱动三台减摇马达进行正反转运动，由于驱动每台减摇马达回路上的液压元??件相同，因此仅以一条减摇回路为例进行说明。如图２．３为减摇回路液压系统原理。??ｒｄｉ??「写）?????５??！?ＰＬＣ?ｉ??３＿今?ｉ２??１液压泵２单向截止阀３溢流阀４比例调速阀５电磁换向阀６奴向液压锁７双向溢流阀组??８減摇液压马达＾??图２．３减摇回路液压系统??Ｆｉｇ．?２．３?Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ａｎｔｉ－ｒｏｌｌｉｎｇ?ｃｉｒｃｕｉｔ??系统中的液压油通过液压栗加压，首先经过单项截止阀，然后流经比例调速阀和电??磁换向阀，最终进入减摇液压马达，在ＰＬＣ控制系统的作用下控制比例调速阀阀口开度??大小以及电磁换向阀的方向，进而控制减摇马达的转速和转向，从而进行控制牵引索的??收放绳运动。??２．２．２收绳侧动力学模型建立??船用起重机在海上进行作业时，牵引索追随主吊索运动，吊重在起重机本身起升回??转变幅运动以及外界负载的作用下，在空间产生不规则摆动，不仅使得牵引索速度大小??和方向随时间不断变化，而且起重机运动和船舶运动相互耦合，使得牵引索的动力响应??复杂，要考虑全参数影响的张力系统动力学数学模型难度很大，因此在动力学建模中做??出
?大连海事大学硕士学位论文???（２）忽略牵引索中的扭转和弯曲，只考虑其承受张力作用。??（３）假设牵引索的张力和牵引索的应变属于一一对应关系。??则收绳侧张力系统工作原理示意图可简化为如图２．４所示。??乂吊重??减摇马达韻??图２．４收绳侧张力系统工作原理??Ｆｉｇ．?２．４?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｉｄｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｐｅ??对收绳侧减摇马达进行动力学分析，根据减摇马达的力矩平衡方程可得：??Ｍ－ＴＲ?＝?Ｊ＾－?＋?Ｂ—?（２．１５）??ｄｔ２?ｄｔ??其中，Ｍ—为减摇马达输出转矩，Ｎ．ｍ；??ｒ一为牵引索对减摇马达的拉力，Ｎ；??一为与减摇卷筒的半径，几乎不变，ｍ；??？／一为折合到减摇马达轴上的总的转动惯量，ｋｇＭｎ２；??６一为减摇马达的角度，ｒａｄ：??５—为黏性阻尼系数，Ｎ．ｍ．ｓ／ｒａｄ。??由减摇回路液压原理图２．３可知，设定泵出口溢流阀的压力为＾，回油路溢流阀压??力设定值为Ｐ２，系统中通过控制调速阀阀口开度调节进入马达的流量从而调节马达转??速，忽略单项截止阀、电磁换向阀、液压锁的节流压力损失和液压管路的沿程损失，设??减摇马达两端压差为匕，则减摇马达输出转矩为：??Ｍ?＝?＾－ＶｍｐＬ?（２．１６）??２ｎ??其中，匕一为减摇马达排量，Ｌ／ｒ。??在图２．４收绳侧张力系统示意图中，与减摇马达相连的卷筒半径为卷筒旋转的??角度为０，则在减摇马达驱动下，卷筒收绳侧线速度为％，吊重在外部载荷作用下的运??－１３－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]船用起重机减摇装置液压系统设计与试验研究[J]. 吉阳,王虎,陈海泉,郭明轩,徐鹏. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(08)
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[4]船用起重机减摇装置建模与试验[J]. 韩广冬,张桐,陈海泉,张金男,孙玉清,王生海. 科学技术与工程. 2017(23)
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[10]海洋平台吊机波浪补偿系统研究[J]. 鄢华林,姜飞龙. 液压与气动. 2011(02)
博士论文
[1]基于吊重防摇控制的起重机快速对位关键技术研究[D]. 钟斌.西南交通大学 2007
[2]起重机自适应智能防摆控制方法及其仿真研究[D]. 黄凯.南京林业大学 2007
[3]舰艇并靠导弹补给及波浪补偿系统研究[D]. 陆卫杰.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]基于输入整形技术的门座起重机吊重摆动控制研究[D]. 王云飞.武汉理工大学 2018
[2]大负载减张力收放系统控制研究[D]. 李一方.浙江大学 2017
[3]海上过驳平台起重机吊重摆角检测与防摆控制研究[D]. 许军成.江苏大学 2016
[4]船用起重机吊盘式防摇装置液压系统设计研究[D]. 赵鸿博.大连海事大学 2016
[5]深海作业起重机主动式升沉补偿控制系统的研究与开发[D]. 吴隆明.华南理工大学 2012
[6]起重机吊摆系统的动力学分析与防摆控制研究[D]. 王君凤.南京航空航天大学 2012
[7]动基座条件下防摆技术研究[D]. 李天鹰.哈尔滨工程大学 2010
[8]臂桥架起重机防摇系统研究[D]. 张玉.武汉理工大学 2009
[9]船上回转式吊车的防摆控制研究[D]. 贾智勇.哈尔滨工业大学 2007
[10]岸边集装箱装卸桥吊具减摇装置的研究[D]. 魏雨龙.上海海事大学 2005
本文编号：3431363
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