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    起重電機之起重機防搖擺技術的探討

    發布時間:2022-09-12 11:05:00 點擊:    

     
     

    起重電機、YZR起重電機,YZB起重電機專業生產廠家無錫宏達電機2022年9月12日訊  防搖擺技術成為塔機行業的熱點技術已經有幾年了,呼吁并推動著塔機智能化的發展,引導著行業新技術的應用。


    防搖擺是起重機(起重電機)共同遇到的問題,也是起重設備的精準化、無人化和智能化的基礎要求。


    1

    搖擺的產生

    當吊具上的物料在運行過程中,由于起重機的啟動、停止以及在運行過程中的加速或減速,或者移動方向的操作錯誤、移動方向的快速改變均會造成起升吊具的大幅度擺動,在很大程度上降低了起重機的工作效率。


    塔機的回轉運行更加大物料搖擺的強度。


    起重電機,YZR起重電機,YZB起重電機


    物料的搖擺也對物料本身、周圍貨物以及現場作業人員的人身安全造成了隱患。 


    載荷搖擺是起重機搬運物料時出現的固有現象, 自從人類發明起重機以來,防止和消除起重機載荷的搖擺一直是人們渴望解決的重大技術難題。 


    2

    防搖擺的方式

    搖擺和振動有著相同的物理特性。防搖擺(或稱減搖)同機械系統的減振在理論上有著相同之處。機械系統的減振是個已經研究了上百年的重要技術課題。 


    防搖擺的探索和應用一直都是針對橋式起重機、門式起重機和港機在貨場能快速移動和精準定位的。起重機常用的防搖擺方式主要有:手動式、機械式和電氣式。


    手動式防搖擺就是利用司機熟練的操作技術,采用打反車等頻繁的動作來消弱物件的擺動量,也即“跟鉤”。


    機械式防搖擺大致包含:

    1、交叉鋼絲繩防搖擺裝置

    2、分離小車式防搖擺裝置

    3、蹺板梁式防搖擺裝置

    4、倒八字鋼絲繩式防搖擺裝置


    以上裝置要么使小車和臂架結構形式復雜,要么就是要求特殊吊具。除了倒八字鋼絲繩式防搖擺裝置得到國際知名起重機公司在應用外,其它均未得到推廣。


    電氣式防搖擺是采用變頻器和可編程控制器,根據操作指令及起重機運行的實際情況計算出能消除載荷擺動的運行速度,通過修改發給電氣控制系統的速度命令信號而連續限制擺動。該防搖擺技術能夠在較短的時間內精確定位,減少操作人員的工作強度,減少對結構和機構的沖擊,延長了起重機的使用壽命,因此,電氣式防搖擺成為起重機防搖擺的主要研究方向。


    3

    防搖擺技術的研究

    二十世紀50~60年代,O.J.M. Smith(美國加州大學伯克利分校University of California–Berkeley的終身教授),從控制理論著手,提出了一個非常簡單,非常有效的Posicast(輸入延時比例疊加)控制方法,用于消除二階線性系統階躍響應的超調。Posicast控制方法為解決機械系統的減振問題提供了一個新的路徑。 


    在90年代,美國麻省理工學院(MIT)教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基礎上進一步提出了輸入整形(Input Shaping)控制方法,并實際應用于機械系統的減振,如:導彈發射架的運動控制,航天飛船方位移動的運動控制,柔性機械手(機器人)的運動控制,計算機硬盤的減振和減噪音等。 


    他們為美國能源部Oak Ridge, Sandia和Argonne國家實驗室核反應堆實驗裝置的遙控核起重機,開發研制了起重機電氣防搖擺控制系統,并得到好評。這是較早的起重機電氣防搖擺控制應用實例。1999年美國能源部發布的“創新技術報告” 向社會推薦使用起重機防搖擺控制技術。 


    Posicast控制方法可消除因需要機械機構快速運動而引起的低頻低阻尼的振蕩。此方法應用于針對起重機載荷的防搖擺控制極為適用。


    在工業應用領域,先后開發并推廣應用起重機電氣防搖擺(又稱電子防搖擺)控制系統的公司有 Innocrane (芬蘭,現已歸屬Konecranes),SmartCrane (美國),CePlus (德國,現已歸屬siemens),ABB,SEOHO(韓國),等。但從總體上看,電氣防搖擺控制技術還沒有得到廣泛的應用和推廣。 


    4

    防搖擺技術的特點

    1、防搖擺功能可以防止起重機在大、小車運行的負載的慣性沖擊帶來的吊鉤搖擺。


    2、防搖擺功能可以實現起升高度全程范圍內的防搖。


    3、防搖擺功能獨立設置一個負載高度的旋鈕,可以根據負載的高度不同選擇不同的高度,能更精確的控制負載的繩長,能更精確的控制搖擺的角度。


    4、防搖擺功能可以控制搖擺的角度在正負0.25度。


    5、防搖擺功能在操作器上設置獨立的開關用于是否激活該功能。


    6、防搖擺功能可以讓操作人員不要手動調整控制搖擺的角度,可以提高整個搬運過程的穩定性、準確性。


    5

    防搖擺技術的實施及愿景

    防搖擺控制是利用鐘擺原理,通過修改發給電氣控制系統的速度命令信號而連續限制擺動。通過檢查擺動的運動時間和吊鉤的起升高度來計算擺動的角度,然后通過計算的給定速度信號進行加速和減速來自動糾正吊鉤下重物的來回擺動,抵消擺角,使物體在達到設定的速度或者停止時,擺動很小甚至基本沒有擺動。


    防搖擺控制系統應該是積累豐富的起重行業經驗,能夠帶來一套完整的符合工程學的防搖控制系統,生成平穩協調的的操作指令(給定值),如同一名技術嫻熟的起重機司機一樣。因為執行起重機任務時能體驗到一種特有的''自然感‘’,起重機司機才能對此功能十分認可。


    防搖擺系統是基于數學擺動模型的計算,因此,起升高度、擺動角度和回轉角度等參數需要通過攝像頭的光學檢測和絕對編碼器位置檢測等手段獲得。安裝在小車上的攝像頭在起重機運動時,持續地檢測負載移動,計算負載速度進而抑制擺動。 


    不同的控制算法可以使起重機的表現適應特定的要求,通過可編程控制、現場總線通信、變頻調速驅動等現代電氣控制技術,可實時、精準地控制起重機的運行速度。


    起重機防搖擺控制系統是實現智能起重機運行的首要條件和必要條件,要完全實現起重機械的防搖擺功能還有很多、很長的距離要走,實際應用更有別于學術報告和專利申請。電氣防搖擺技術的實施也必須分工況、分階段進行。


    手動和驅動階段

    目前的防搖擺控制系統或者變頻驅動系統均處于這個階段。有兩種形式:一種是獨立的防搖擺控制器,另一種是變頻器內嵌防搖擺控制。從塔式起重機應用來說,首先變頻控制應該得到普遍應用,至少起升機構為變頻控制,其次,整機為全無級調速控制和操作方式。


    利用Posicast控制方法,司機可以通過操作使驅動裝置快速反應而運動,采用“跟鉤”的操作方法較為輕松地消除載荷的搖擺。國內一家起重機公司開發的電氣防搖擺控制系統就是通過控制起重機大小車在加減速過程中的速度變化,大幅度地消除載荷的搖擺達95% 以上,具有技術先進,實用可靠,控制效果顯著等特點,其防搖擺控制的技術性能指標達到先進水平。


    國內外也有變頻器內集成了防搖擺邏輯和時序控制單元,在極少數塔機控制上有應用。


    檢測、控制和驅動階段

    此階段必須圍繞以下幾方面開展:一是吊鉤位置、擺動和各種速度的檢測裝置;二是信號傳輸方式、檢測系統構架、抗干擾能力、分辨率、可擴展性的確定;三是可視化操作技術與 PLC 控制技術的綜合應用,構成完整的電氣防搖擺自動定位控制系統。具體包括以下 3個方面研究內容:一是開發出新型實用起重機防搖擺控制理論和方法,二是開發出新型實用起重機自動精確定位控制理論和方法,三是開發出適合推廣應用的起重機電氣防搖擺自動定位控制系統。


    電氣防搖擺自動定位控制系統打破了人們一直以來對起重機載荷搖擺問題的固有認知,使起重機轉變成為新型的“起重機器人”成為可能。讓起重機像機器人一樣,把載荷按指定的線路,精準地定點定時運送到任何指定位置,并且在運送過程中以及到達指定位置后,使載荷幾乎不產生任何搖擺,為實現物料搬運高度自動化克服了一項必要的、也是主要的技術難關。 

     
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