起重机倾斜引起的起重机跑道水平力外文翻译资料

 2021-12-18 10:12

英语原文共 14 页

起重机倾斜引起的起重机跑道水平力

摘要

起重机和起重机跑道梁之间的水平力发生在起重机跑道上的高架移动式起重机的运动期间。这些力可能是由起重机的倾斜，加速或制动引起的。由于这些力，可能发生轮辋磨损并且高架起重机的驱动能力会变差。有几种确定这些水平载荷的程序在物理模型和力的大小方面都有所不同。从历史上看，这些程序已经开发出来。第一种方法基于经验基础和经验。确定这些力的主要问题是影响这些水平力大小的大量因素。这些因素另外难以描述，测量等。然而，随着科学和技术的可能性增加，开发了一些基于科学和实验基础的方法。本文总结了过去和现在使用的一些方法，并展示了通过动力学模型计算起重机跑道与桥式起重机之间水平力的可能性。

1.背景介绍

最近，捷克共和国采用了新的计算程序来确定桥式起重机的水平载荷。这些新程序主要包含在[1]中。这些程序已经取代了旧程序，例如[2]或[3]中所述。但是，在比较新的和以前的计算模型和程序时，我们发现了显着的差异。此外，如果我们比较[2]和[3]的程序，我们发现起重机作用在起重机跑道上的计算模型和方法也有很大差异。

关于起重机在起重机跑道上的水平作用问题，已经制定了几项工作 - 特别是关于起重机的倾斜问题。目的是确定起重机和起重机跑道之间的力作用。但是，在解决问题时，始终需要接受某些可以提供可行解决方案的假设。问题是不同的假设会导致不同的结果。

结果表明，当我们比较不同文献中确定倾斜水平力的程序时，起重机倾斜的物理模型并不统一。然而，目前，在采用欧洲标准[1]后，歪斜起重机的物理模型被精确定义和描述。该模型在理论上和实验上得到了发展，并在[4-6]中进行了描述。

本文简要介绍了过去和现在确定倾斜水平力的一些方法。然后，本文还展示了通过动态模型和计算来解决起重机倾斜问题的可能性。最后，比较了这些不同方法中的一些结果。

  1. 根据国家标准ČSN730035计算偏斜力（不再有效）

根据[2]计算根据以下方案进行计算（见图1）：

3 .根据国家标准ČSN270103计算偏斜力（不再有效）

根据[3]的计算取自图2中的法国来源。计算方案例如与[7]中相同。

根据该程序的计算对应于起重机的一侧超过另一侧的想法，例如由于不等的车轮压力。 水平力的大小由[2]中的相同公式计算，因此可以看到两个物理模型的不相容性。

4.根据欧洲标准EN 1991-3计算偏斜力

根据[1]的计算基于汉诺威[4-6]的工作，该工作涉及沿着起重机轨道运行的倾斜起重机。 根据实验，汉诺威定义了横向力之间的依赖关系，这取决于起重机的倾斜角度。 对于根据[1]的计算，计算包括驱动装置和起重机行程的布置的影响。 该计算基于起重机由于第一引导装置的力而执行的旋转运动的概念。 该方案如图3所示：

5.根据欧洲标准EN 1991-3计算起重机加速引起的水平力

这些力量根据[1]不属于倾斜。 然而，计算模型类似于[3]中的计算模型。 此外，这两种模型也给出了类似的结果。 由起重机加速引起的水平力的方案如图4所示

6.高架起重机与起重机之间水平力计算的动态模型

动力学模型类似于Lobov在[8,9]中设计的模型。设计的模型就像Lobov模型动态，但它包括起重机驾驶时摆动负载的灵活性。该模型忽略了起重机跑道梁的变形，起重机的刚度由端部支架末端的刚度考虑在内。该模型还忽略了现实，例如铁轨状况不良，机械起重机齿轮间隙等。起重机行驶过程中负载摆动的影响包括弹簧将负载连接到起重机机架上。起重机驱动由基于驱动电动机的扭矩特性的力限定。图5显示了计算模型。左图适用于不接触导轨的导轨。右图显示了前导向装置与起重机导轨接触的情况

动态模型的计算是针对起重机处于直线位置而不使导向装置与导轨接触的情况进行的。猫装载了负载并移动到起重机跑道的极限位置。在起重机启动之后，由于起重机的旋转，起重机通过其引导装置接触起重机轨道，并且在引导装置上产生力。起重机参数：承载能力32t，跨度20.1 m，轮距4.5m。在引导装置和起重机跑道接触之后，引导装置和起重机跑道之间的力（以N为单位）在时间（以秒为单位）示于图6中。

7.模型比较

比较了第2,4和6章中提出的模型。 对7台起重机进行了比较计算，负载能力为32吨。 在计算中考虑的起重机跨度/轴距（在进一步称为“p”）中的比率从2.5到6.5不等。 在起重机行驶方向上第一个车轮的力被计算出来。 引导平均值和轨道之间的接触是假定的。 从第6章的模型中可以看出最大的力。 比较可以在图7中看到。蓝色曲线属于第2章中给出的模型，黑色曲线属于第4章中给出的模型，红色曲线属于第6章中给出的模型。

8.结果与讨论

从图7中可以看出，根据[2]的程序（蓝色曲线）给出了最高值。 最低值给出[1]中的程序（黑色曲线）。 同样显而易见的是，由[1]确定的力的大小几乎与“p”比无关。 红色曲线表示从第6章的模型中获得的结果。它显示了力对比率“p”的依赖性。 可以看到车轮上的最大力随着比率“p”的增加而增长

9.结论

本文提出了一些计算倾斜水平力的模型。 重点放在目前的欧洲标准中呈现的物理模型和动态模型上，该模型试图通过创建动态模型来描述起重机作为动态任务的倾斜。 对某些模型的结果进行了比较。 发现不同的程序给出不同的结果。 这个问题是进一步研究的主题。

港口起重机运行的建模与仿真

摘要

随着越来越多的注意力集中在节能，减少港口以实现绿色港口的概念，致力于港口机械节能技术研究的专家学者越来越多。通常，由于繁忙的港口运营，港口机械不能仅仅为了研究而脱离运营线。而且，使用真正的港口机械会给研究带来很高的成本。因此，有必要寻找一种低成本，高精度的研究平台。在本文中，我们通过基于真实门式起重机的仿真软件建立了机械模型，电机模型和控制模型。并将这三种模型整合到整个仿真平台中，通过模拟港口起重机的起升和变幅操作，分析起重和变幅过程中的功率变化和能耗，提供节能研究基础。仿真结果表明，该仿真平台完全可以满足门式起重机节能研究的要求。

背景

节能已成为工程机械的发展趋势，能耗和回收成为新建机械设计和运行的重要方面。已经投入使用的机器需要额外的节能系统，以避免因机械更换而造成不必要的花费。随着经济全球化的发展，港口业发展迅速。专家学者关注港口机械方面的节能研究，其中重要的部分是建筑机械。在散货港口，其吞吐量占港口货物总量的一半以上，门式起重机起着至关重要的作用。典型的港口起重机可以在操作过程中经常处理重量大，高度高，起重，放下和变幅的负载。因此，在货物下降过程中可以产生大量的能量。通常，动能制动消耗能量（Liu et al。，2008），导致高能耗和低效率。如果我们能够将门式起重机运行过程中产生的大量势能转化为可用于散货港的电能，那么减少能源浪费和合理利用资源具有重要意义（Li et al。，2010; Liu）和龚，2010）。

然而，由于繁忙的操作，不可能将门式起重机与一般操作线分开，仅仅是为了研究门式起重机节能技术。更重要的是，使用真正的门式起重机进行研究的成本非常昂贵。因此，有必要找到一种低成本，高精度的方法。最近越来越多的仿真技术被用于港口研究。例如，Kim等人。 （2013）使用模拟方法研究海啸对科博里奈港的影响。模拟平台的使用也可以为上述问题提供良好的解决方案。建立精确的仿真研究平台，可以大大降低门式起重机节能研究的成本。

目前，节能研究主要集中在集装箱港口，其中大多数只关注电气或机械节能的一个方面。一些专家只考虑了电能节电方法。例如，Chang等人。 （2010年），Iannuzzi，Piegari和Tricoli（2009）提出了一种基于AFE系统能量回收的节能方法。 Beldiajev，Lehtla和Molder（2010），Liu等。 （2008）提出通过频率控制实现节能。另一方面，一些专家只考虑机械节能方法。例如，Flynn，McMullen和Solis（2008），Hearn等.（2013）和Ahrens，Kucera和Larsonneur（1996）提出在起重机的操作过程中通过使用飞轮进行能量回收和释放。因此，目前港口机械的模拟主要是港口机械的一部分，无论是电气还是机械。结合这两个部分的平台很少见。 Kinght等（2012）使用SimPower Systems建立门式起重机的电气仿真平台。通过该平台可以获得工作过程中各个部分的电压，电流和其他变化。该平台为门式起重机节能技术研究提供了依据。曹等人（2010）通过非奇异终端滑模法建立了控制器仿真模型，用于研究起重机电机速度控制。 Tandel，Patel和Motiyani（2009）建立了起重机直流驱动仿真模型，以验证所提出的起重机电机驱动可行性的新方法。王等人。 （2011）使用Soildworks建立了一个基于40吨重和33米高的门式起重机的机械结构模型，用于研究变幅过程中铰点处的应力变化。 Yang，Zhang和Yu（2010）通过虚拟现实技术建立了一个三维模型仿真端口机械，但这种仿真主要用于教学任务，而不是用于节能机械

上述港口机械模拟研究仅关注电气或机械部件，或港口机械的整体模拟方法不能轻易用于能效研究。因此，结合龙门起重机的特点，结合节能研究的重点，通过Matlab / simMechanics和Matlab / simPower建立了机械模块，电子模块和驱动模块。并将三个模块组合成一个完整的门式起重机仿真平台，实现了门式起重机电气仿真与机械仿真的结合，为门式起重机节能研究提供了坚实的基础。为了验证模型的可靠性，我们模拟了可再生能源的功率和不同负载下变幅机构的工作情况。实验结果表明，所构建的龙门起重机仿真平台能够快速准确地模拟运行工况，为门式起重机的节能研究提供了良好的实验基础。

港口起重机仿真建模

为构建仿真平台，首先分析了龙门起重机的机械结构，并利用Matlab / Simulink建立了基于机构设计原理的龙门起重机械模块。 并针对机构的实际运动，本文根据阻尼运动原理设计了阻尼运动模块。 其次，根据动力学方程建立了各种机构的动力学模型，并在此基础上建立了Matlab / Simulink控制模块。 本文还根据电气工程的相关知识，分析了各机构的驱动方式，并在Matlab / Simulink中建立了相关的电机模型。 最后，将这三个模块组合成一个完整的仿真平台，如图3-1所示。 根据图2-1，利用Matlab / Simulink建立了门式起重机节能研究的仿真平台，如图2-2所示。

第1部分是机械模型，第2部分是提供转矩和速度的电机模型，第3部分是为平台提供控制信号的控制模块，第4部分是负载，它是控制系统的可变输入以模拟不同的加载，第5部分是显示不同载荷下最佳变幅时间的屏幕。

港口起重机机械仿真模型

如图2-3所示，龙门起重机由三部分组成，即起升机构，变幅机构和回转机构。 在本文中，仅构建变幅机制以简化模型。 在构建变幅机构模型的过程中，首先根据运动特征建立组合臂，然后根据平衡原理建立育种模块。 最后，基于传动机构模块的特性建立齿轮齿条机构.

simMechanics在matlab / Simulink中建立的龙门起重机的机械模型如图3-4所示。

第1部分是机械环境设定模块。该模块是建立机械模型所必需的，它用于设置模拟中的主算法，误差，重力，步长和其他参数。第2部分是机架固定模块。该模块用作整个机械模型的固定点，它是绝对坐标系的起源，因为完整的机械模块通常至少有一个接地模块。第3部分是带阻尼系数的转速模块。该模块用作不同铰链之间的刚性连接。为了使模拟更真实，考虑了阻尼因子。第4部分是jib模块。该模块用于制造刚体，例如臂，鼻子，杆，重物等，它是机械模型的基础。第5部分是鼻子头部的传感器模块，用于在整个机械运动中进行检测和观察。第6部分是机架驱动模块。该模块为变幅机构提供了驱动力。

在Matlab / Simulink中，关节是一个没有任何阻力的理想模块，因此变幅机构将处于周期性振动状态。每个交叉点或关节都需要阻尼运动子模块，以满足实际情况，即阻尼运动。图2-5显示了一个平衡模块，用于确定弹性K和阻尼系数D.通过计算和测试确定，最佳弹性和阻尼系数为10 ^ -9和10 ^ -2

驱动模型是整个机制的关键。起重机的驱动器是一种驱动臂架的机架，机架通常由小齿轮驱动。小齿轮旋转时，齿条直线移动。其结构如图2-6所示。因此，本文定义了一个2自由度的关节，以实现从平移到滚动的传递。

建立上述模型后，本文完成了门式起重机仿真的构建。图2-7是门式起重机的可视化图。在图2-7中，res机架由图2-4的悬臂模块构成。我们可以从可视化图中观察龙门起重机的操作和模拟

港口起重机电机仿真模块

在本节中，根据电机的基本原理建立了Matlab / Simulink中的电机模型。在龙门起重机供电系统中，交流电动机通常容量大，由于启动电流过大导致电网电压下降，对其他电气设备的正常运行造成影响。因此，通常在电动机中使用降压启动模式以减小启动电流。本文还使用该模式建立了电机仿真模型。

传统的降压启动方法包括星三角启动和自耦变压器启动等。许多基于晶闸管交流稳压原理的软启动控制器问世，本文采用这种软启动控制器来控制电机启动。软启动控制器可以限制通过稳压器的启动电流，电机通常显示高启动转矩。在启动结束时，软启动控制器将被接触器切断，电机将连接到三相电源以完成启动过程。电气原理图如图2-8所示。软启动电路由三相晶闸管稳压电路和软启动控制器（给定积分器），触发器等组成。晶闸管控制角度由大到小变化，使电机上的电压从小到小逐渐上升到大。

图2-6显示了整个电机的建立模型。有资料的是，整个电机模型由第1部分，电机，第2部分，触发器，第3部分，晶闸管控

资料编号：[4596]

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