船用起重机减摇控制系统设计与试验研究

随着航运业发展,追求效率的今天,船舶起重机越来越广泛的用于船与船、船与岸之间的货物装卸,成为深远海工程作业不可或缺的装备之一。由于船舶受到风、浪、流、涌等海洋环境载荷的影响,起重机的吊重会出现较大的摇晃,进而影响起重机的作业效率和安全性,严重时还将会导致严重的安全事故和环境污染,造成生命财产损失。因此,针对起重机吊重摇摆的抑制问题,设计一种船舶起重机减摇系统,减小起重机作业过程中吊重产生的摆动,对提升起重机的作业效率及安全性有重要的意义。本文针对带折叠减摇臂式船用减摇起重机装置提出了三种控制方案,并通过实验验证其综合减摇效果达到60%以上,充分验证了控制方案的正确性与可行性。     

船用起重机吊盘式机械防摇系统的设计与试验

受风、浪、流、涌等多种海洋环境载荷的影响,船舶会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六自由度运动,船舶的这种基座扰动进而会导致吊重发生大幅度摇晃。针对该问题,提出一种吊盘式机械防摇方案,并搭建船用起重机吊盘式机械防摇系统试验台开展验证试验。进行多组对比试验验证方案的可行性,得到船用起重机吊盘式机械防摇系统在不同绳长和不同基座运动条件下的吊重摆角时变曲线。试验结果表明:在无减摇控制时,主吊索的面外角最大值达到13.6°,面内角最大值达到15.5°;有减摇控制时,主吊索的面外角最大值仅为1.2°,减摇效果达到90%以上,而面内角最大值仅为5.9°,减摇效果也达到60%以上。     

船用起重机牵引索式减摇装置恒张力控制仿真和试验研究

针对船用起重机在海上作业时吊重产生大幅度的摇摆而无法精准定位的问题,建立了一种配备牵引索式减摇装置的船用起重机吊重系统动力学模型,提出基于线速度追踪的牵引系统恒张力控制方法,应用Matlab/Simulink对中小型和大型船用起重机的动力学特性进行仿真分析,发现吊重系统在受到外界激励时的不对称摆动现象,得到吊重系统的摆...     

船用起重机吊盘式机械防摇系统的设计与试验

由于风、浪、流、涌等多种海洋环境载荷的影响,船舶会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、升沉六自由度运动,船舶的这种基座扰动进而会导致吊重产生大幅度摇晃。针对该问题,提出一种吊盘式机械防摇方案,并搭建船用起重机吊盘式机械防摇系统实验台开展验证实验。通过多组对比实验验证了方案可行性,得到船用起重机吊盘式机械防摇系统对于不同绳长、不同基座运动条件下的吊重摆角时变曲线。实验表明：在无减摇控制时,主吊索的面外角最大值达到13.6°,面内角最大值达到15.5°；而有减摇控制时,主吊索的面外角最大值仅为1.2°,减摇效果达到90%以上,面内角最大值仅为5.9°面内角减摇也达到60%以上。     

船用起重机减摇装置设计

针对船用起重机的吊重摇摆抑制问题,设计一种船用起重机吊盘减摇装置,利用2根恒张力减摇索和主吊索在吊盘处形成相对稳定的力的三角形,同时吊盘将减小吊绳及吊重的摆幅。建立吊重在有无吊盘下的运动学方程,在Matlab/Simulink软件中对模型进行仿真分析,对比分析在船舶不同的横、纵摇运动角度下有无减摇装置时吊重的摇摆,结果表明,有吊盘的情况下,吊重的摆角可减小70%左右,通过搭建试验平台进行试验,得到有吊盘时,吊重的摆角可减小60.7%左右,验证了减摇装置的有效性。     

船用起重机伸缩套管减摇装置原理和实验

针对船用起重机在海上作业过程中,由于悬挂重物的钢丝绳属于柔性件,加上风、浪等海洋环境载荷的影响,使得负载产生摆动。基于起重机海上作业时吊物的摇摆,设计开发了一种新型船用起重机伸缩套管减摇装置,利用套管的刚性约束来减小吊索的摇摆幅度,利用万向力矩结构减轻套管的受力,套管通过万向力矩运动时,依靠弹簧阻尼来存储释放能量,减少吊重的摆幅。介绍了伸缩套管装置的结构和原理,建立船、起重机、伸缩套管的数学模型,并利用Adams建立仿真模型进行运动学分析,得出伸缩套管装置具有明显的减摇效果,同时通过搭建实验平台进行实际实验,验证了伸缩套管装置在实际应用中的也具有显著的减摇效果。     

回转起重机防摇试验台设计与实验

针对回转起重机摆动抑制问题,提出一种吊盘式机械防摇系统,其基本思想是在吊物上方装一个吊盘,通过吊盘阻碍吊物的单摆运动,减小摆动幅度。针对提出的吊盘式机械防摇系统,进行了回转起重机防摇试验台设计与实验研究。防摇实验验证了所提防摇系统的有效性。     

双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇防扭控制特性研究

针对双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇及防扭控制问题,建立了小车吊重负载动力学模型,采用基于线性二次型的最优控制方法,实现主小车和主吊具精确位置控制,主吊具防扭控制采用串级控制方式,控制策略为带死区补偿的变增益PID,实现自动防扭控制,整个过程调节平稳,可提高自动化作业效率。     

船用起重机机械的减摇控制方法

为了降低船用起重机的摇晃度,进行减摇控制,提出基于稳态反馈补偿调节的船用起重机机械的减摇控制方法,构建船用起重机机械的减摇控制约束参量模型,以摇摆幅值、转动力矩、惯性力矩等为反馈调节参数,进行起重机机械的减摇稳态误差补偿控制,结合Lyapunov稳定性原理,引入后置积分项进行减摇控制器末端位姿修正,较低摇摆幅度,实现摇摆的实时误差补偿。仿真结果表明,采用该方法进行船用起重机机械的减摇控制,摇摆幅值得到有效控制,姿态稳定性较好。     

西门子SIMOCRANE起重机控制平台防摇系统升级应用

西门子SIMOCRANE起重机控制平台采用"逻辑控制器+运动控制器+驱动器"组合系统[1-2],目前广泛应用于桥吊、卸船机等港口起重机.该平台集成的防摇控制功能可以解决桥吊吊具在运行过程中因重心漂移而产生的扭摆状态复杂多变等问题,有助于实现桥吊装卸作业自动化.     

移动重块式船舶减摇系统研究

船舶在风浪中会产生横摇,有效控制横摇可以提高船舶航行的安全性和经济性.移动重块式减摇系统具有机理简单、控制灵活的特征,对于不同的海况和工况具有很强的适用性,但对控制方案的安全性和最优性有较高要求.本文选择模型预测控制方法MPC构建控制器,成功实现了满足约束条件的最优化控制.案例船模的水池减摇试验充分验证了MPC控制器的有效性和优越性,对移动重块减摇系统的工业应用具有重要借鉴意义.     

船舶起重机状态测量与吊重摆动控制

针对船舶液压起重机工作时吊重产生摆动的问题,提出基于起重机操纵比例伺服阀的吊重摆动控制的方法。设计并完成起重机工作状态测量传感器。完成基于时间延迟反馈控制策略的吊重摆动控制器的设计。实验结果表明：通过在起重机操纵比例伺服阀上叠加时间延迟反馈控制器信号的方法,可以使吊重的摆动快速衰减到0.5度以内。     

轨道式集装箱龙门起重机的刚性减摇装置

减摇装置是集装箱起重机的关键部件之一，其效果直接影响起重机的作业性能。本着重介绍国内首次应用的刚性减摇盖的构造特点和关键技术，经过多年现场运行，表明此装置的减摇性能达到了设计和使用要求。     

起重船吊重跌落后的动静稳性分析

吊重跌落是起重船作业中可能遇到的严重事故.研究了吊重跌落这种极限载况对起重船舶浮态、静稳性及动稳性等性能的影响.首先建立冲击外力矩作用下船舶横摇运动数学模型,对不同旋转角度下吊重跌落后船舶横摇运动进行仿真.其次介绍BV规范和RINA规范对起重船作业过程中吊重跌落后的稳性衡准要求.最后以某实际起重船为例,分别计算两种典型载况下吊重跌落前后船舶的浮态变化和静稳性校核,实现了吊重跌落后该船的横摇运动仿真.计算结果可为该类工程船的合理设计与安全作业提供理论依据.     

截流板式减摇系统在高速船上的应用

高速船由于结构特性易受风浪影响,其摇荡特性又直接影响航行安全和航速指标,故高速船的减摇问题一直是研究重点之一。提出一种针对高速船的新型截流板式减摇系统,该减摇系统可预测船舶摇荡并通过主动拦截来流实现减摇,可有效减弱其在行进时的纵摇和横摇。通过模型试验验证该减摇系统的可行性,并在某高速艇上进行海上试验验证,试验结果表明:该减摇系统运行稳定、操作简单、减摇效率高,适用于高速船全工况下的减摇作业。     

船舶液压起重机延迟反馈吊重消摆控制

由于操纵和工作环境的变化,起重机的吊重在工作过程中会产生摆动,这种摆动降低了起重机的工作效率和安全性能。文章以集美大学轮机工程实验中心船舶液压起重机为研究对象,采用机电液仿真建模技术及拉格朗日方程,在MATLAB Simulink仿真软件平台上,建立起重机操作液压系统及吊重摆动模型,采用与试验数据对比的方法对所建立的模型进行验证。设计基于吊重摆动位置延迟反馈的控制器,通过将延迟反馈信号叠加到操作信号上的方法实现吊重的消摆控制。结果表明,在各种操作情况下,延迟反馈控制器均能很好地抑制吊重的摆动。     

船舶液压起重机基于延迟反馈控制的吊重消摆

由于操纵和工作环境的变化,起重机的吊重在工作过程中会产生摆动,这种摆动降低了起重机的工作效率和安全性能。文章以集美大学轮机工程实验中心船舶液压起重机为研究对象,采用机电液仿真建模技术及拉格朗日方程,在Matlab Simulink仿真软件平台上,建立起重机操作液压系统及吊重摆动模型,采用与试验数据对比的方法对所建立的模型进行验证。设计基于吊重摆动位置延迟反馈的控制器,通过将延迟反馈信号叠加到操作信号上的方法实现吊重的消摆控制。结果表明,在各种操作情况下,延迟反馈控制器均能很好地抑制吊重的摆动。     

回转起重机防摇试验台设计研究

针对回转起重机摆动抑制问题,提出一种吊盘式机械防摇系统,其基本思想为：在吊物上方装一个吊盘,通过吊盘阻碍吊物的单摆运动,减小摆动幅度。针对提出的吊盘式机械防摇系统,进行了回转起重机防摇试验台设计研究。首先进行了试验台的三维结构设计、电气系统设计,然后进行了试验台的加工、组装和调试,最后进行了试验台控制程序的开发,完成试验台的搭建工作。     

全回转起重船作业过程稳性仿真

对船体、起重机分别进行建模,实现了在一定配载与作业半径条件下,起重机吊重全回转过程的船舶实时浮态与稳性的计算及显示,达到了作业前预配载,快速找到最佳配载方案;作业中实时监测船舶作业浮态与稳性变化,保证作业的安全可靠的两大目标,具有较强的工程应用价值。     

吊重作业起重船波浪中的运动响应

利用MOSES计算软件,运用三维势流理论建立起重船系泊状态下的吊重作业计算模型,计算吊重与船的六个自由度的运动,对吊重绕吊臂吊点的摆动进行研究,分析船舶系统的运动特性。在时域计算中,引入风浪流海洋环境条件,使计算条件更加符合工程实际。以一艘起重船为例,选取船体重心和吊物质心为关键点,改变系泊缆预张力,使缆绳张力控制在安全范围内。通过改变起吊要素,分析这些要素对吊重运动及船体运动的影响,以及吊重摆动与船体横摇运动的相互影响。