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河南華東起重機械設備公司
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集裝箱起重機液壓油缸式減搖系統的動(dòng)力學(xué)分析
時(shí)間：2022-03-02來(lái)源：起重機廠(chǎng)家瀏覽次數：196
中國鐵道科學(xué)集裝箱起重機液壓油缸式減搖系統的動(dòng)力學(xué)分析程文明，鐘斌，張則強，王金諾（西南交通大學(xué)機械工程研究所，四川成都610031）缸式減搖系統由減搖卷筒、減搖鋼絲繩、液壓油缸、液壓泵站和滑輪組等組成，通過(guò)2個(gè)不同壓力的液壓回路進(jìn)行控制，從而吸收吊重擺動(dòng)的能量。對液壓油缸式減搖系統在工程實(shí)用范圍內進(jìn)行簡(jiǎn)化，選取小車(chē)的水平位移和集裝箱在豎直平面內的擺角為廣義坐標，利用拉格朗日方程建立減搖系統動(dòng)力學(xué)方程。在集裝箱吊重擺角較小時(shí)對該方程進(jìn)行線(xiàn)性化處理；在起重機小車(chē)制動(dòng)時(shí)得出吊重的擺角方程，分析吊重的減搖效果。研究表明：影響吊重減搖效果的因素有減搖繩的斜拉角度大小、起升繩的有效長(cháng)度、吊重的有效質(zhì)量和液壓減搖系統結構參數等。仿真結果表明：液壓減搖系統結構參數對擺幅衰減所需的時(shí)間影響較大，是影響減搖效果的主要因素和關(guān)鍵參數。
軌行式集裝箱門(mén)式起重機（簡(jiǎn)稱(chēng)集裝箱起重機）是鐵路貨場(chǎng)裝卸集裝箱的主要機型，其減搖系統能使集裝箱吊具的擺動(dòng)迅速衰減，并在較短時(shí)間內使吊具相對于小車(chē)處于靜止狀態(tài)，以利于吊具的準確對位和集裝箱的快速碼放，提高裝卸的作業(yè)效率和安全性。對起重機吊重的動(dòng)力學(xué)行為研究一般在小車(chē)吊重結構耦合系統中進(jìn)行116，所以本文選取小車(chē)集裝箱系統為研究對象。在眾多的減搖型式171中，液壓油缸式減搖系統181具有結構簡(jiǎn)單、減搖效果良好等特點(diǎn)，是目前集裝箱起重機中應用較多的型式。其液壓油缸的選擇和液壓系統的設計是影響減搖效果的主要因素，選擇的液壓油缸太小，會(huì )使減搖效果不好，而太大又會(huì )阻礙吊具空載下降。本文對液壓油缸式減搖系統進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得出影響集裝箱（簡(jiǎn)稱(chēng)吊重）減搖效果的因素，為實(shí)際工程設計提供依據。
組與吊具上的定滑輪組交叉連接，減搖卷筒通過(guò)鏈傳動(dòng)裝置跟隨起升卷筒同步旋轉。當由于大車(chē)或小車(chē)起動(dòng)或制動(dòng)引起吊具擺動(dòng)時(shí)，由于減搖繩的交叉連接方式和液壓系統的作用，使擺動(dòng)衰減。當吊具的初始擺動(dòng)向右時(shí)，繩a和繩b拉力增大（張緊1液壓油缸式減搖系統液壓油缸式減搖系統構造示意圖如所示，它由減搖卷筒、減搖鋼絲繩、液壓油缸、液壓泵站和滑輪組等組成。減搖鋼絲繩通過(guò)小車(chē)上的定滑輪基金項目：四川省科技攻關(guān)項目（2006Z08037）西南交通大學(xué)科技發(fā)展基金資助項目（2006A03）系統的拉格朗日方程為2系統動(dòng)力學(xué)分析bookmark2大車(chē)或小車(chē)運行對吊重搖擺的影響效果是相同的19111，這里只考慮小車(chē)吊重運動(dòng)系統，同時(shí)，將液壓油缸式減搖系統的模型做如下簡(jiǎn)化處理。
（1）吊重在無(wú)減搖系統、且不考慮其他阻力時(shí)相似于自由懸掛的單擺。
（2）系統分析時(shí)只考慮吊重的橫向擺動(dòng)，且擺為系統的動(dòng)能和勢能，Fx，為自由度xi產(chǎn)生的力，kN；F9為自由度9產(chǎn)生的九kN；D為因摩擦而消耗的力，kN.由式（i）系統運動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為（3）減搖鋼絲繩對吊重的水平分力大小近似與T―小車(chē)速度大小成正比，方向與小車(chē)速度方向相反。m2/（/92 2xi9cos9）（3；側），繩c和繩d為松弛側，液壓缸A和B的活塞桿向有桿腔側伸出，油缸腔壓力升高；當壓力達到溢流閥的調定壓力時(shí)，溢流閥打開(kāi)，壓力油經(jīng)溢流閥回油箱；與此同時(shí)，與松弛側鋼絲繩連接的液壓缸C和D在液壓系統油壓的作用下，活塞桿向無(wú)桿腔側回縮，使c和d繩保持張緊狀態(tài)；經(jīng)過(guò)上述過(guò)程的擺動(dòng)，不斷有壓力油從溢流閥溢出，從而將吊具擺動(dòng)的能量轉化為液壓油緩沖的能量，達到減搖的目的。
為液壓油缸式減搖系統液壓原理圖。它有2個(gè)不同壓力的液壓回路控制：起升機構升降時(shí)，低壓回路確保減搖鋼絲繩同步升降阻力小，但又能隨時(shí)張緊；大車(chē)和小車(chē)運行機構或回轉機構工作時(shí)，高壓回路確保減搖鋼絲繩有較大的張緊力，以產(chǎn)生良好的減搖效果。用，考慮到液壓油缸式減搖系統的結構特點(diǎn)及滯后期的影響，不計松弛側減搖鋼絲繩對吊重的作用力；考慮吊重起升繩偏擺角9相對于減搖繩的斜拉角度01和02較小，故可視減搖鋼絲繩對吊重的力方向恒定。
（4）減搖鋼絲繩重量忽略不計，繩長(cháng)不變。
減搖系統可近似簡(jiǎn)化為如所示，小車(chē)和吊重的質(zhì)量分別為mi和m2，建立圖中坐標系，mi和m2的坐標分別為i（xi，yi）和2（x2，2）。系統受到水平面的約束，同時(shí)考慮到吊重在小角度內搖擺，所以具有2個(gè)自由度。選取xi和9為廣義坐當（0，可得特解：擺幅和時(shí)間的關(guān)系分別為選取吊重在*低處為系統的零勢能位置，則系統的勢能為式（2），得系統動(dòng)力學(xué)方程為0，并稱(chēng)k為液壓減搖系統結構參數；9i，02為減搖繩斜拉角。
顯然，方程組（5）是非線(xiàn)性的，當吊重擺動(dòng)很小，則可近似認為sinPI，cos93，且可忽略含P或XiP的高階微量，有‘G（即分析起重機小車(chē)在制動(dòng)時(shí)的減搖效果，即有Xi=0，F（=分別代入式（6）得解得式衰減。由式（8）可知，吊重有效質(zhì)量m2、起升繩有效長(cháng)度l和減搖系統結構參數k會(huì )影響擺角的衰減時(shí)間，當m2和l一定時(shí)，合理取值k可得到期望的減搖效果。
其中3計算實(shí)例以某集裝箱起重機為例進(jìn)行計算，各參數分別取值如下。吊重m2=40000kg起升繩有效長(cháng)度l=3i3m，取l=8m，小車(chē)運行丁速度Vtmlley=65m-min-i，小車(chē)制動(dòng)時(shí)間（b=6s，小車(chē)在無(wú)減搖機構作用下的*大擺角09.8m-s-2，液壓減搖系統結構參數k分別?。?）分別有擺幅和時(shí)間的仿真結果如所示。從可見(jiàn)，就減搖液壓系統本身而言，參數k對擺幅衰減所需的時(shí)間影響較大。其中k=-40時(shí)，對集裝箱擺幅衰減的時(shí)間明顯較k=-20000kg-s-1和k=-60000kg-s-1時(shí)短，其減搖效果明顯優(yōu)于后兩者。
仿真結果4結論對液壓油缸式減搖系統的動(dòng)力學(xué)研究表明，影響減搖效果的因素主要有減搖繩的斜拉角度f(wàn)t和2，起升繩有效長(cháng)度/，吊重的有效質(zhì)量m2和液壓減搖系統結構參數k.尤其是液壓減搖系統結構參數k值的合理選取，是集裝箱起重機液壓減搖系統獲得良好減搖效果的關(guān)鍵。
同時(shí)，用簡(jiǎn)化模型對系統進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和對動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行線(xiàn)性化，存在著(zhù)一定的誤差，還需進(jìn)一步完善。對此，比較理想的是用動(dòng)態(tài)仿真方法來(lái)比較真實(shí)地模擬液壓減搖系統。
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