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集裝箱起重機(jī)液壓油缸式減搖系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析
時(shí)間:2022-03-02來(lái)源:起重機(jī)廠家瀏覽次數(shù):196
中國(guó)鐵道科學(xué)集裝箱起重機(jī)液壓油缸式減搖系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析程文明,鐘斌,張則強(qiáng),王金諾(西南交通大學(xué)機(jī)械工程研究所,四川成都610031)缸式減搖系統(tǒng)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?cái)[動(dòng)的能量。對(duì)液壓油缸式減搖系統(tǒng)在工程實(shí)用范圍內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)化,選取小車的水平位移和集裝箱在豎直平面內(nèi)的擺角為廣義坐標(biāo),利用拉格朗日方程建立減搖系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。在集裝箱吊重?cái)[角較小時(shí)對(duì)該方程進(jìn)行線性化處理;在起重機(jī)小車制動(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(zhǎng)度、吊重的有效質(zhì)量和液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)等。仿真結(jié)果表明:液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)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(shù)。
軌行式集裝箱門式起重機(jī)(簡(jiǎn)稱集裝箱起重機(jī))是鐵路貨場(chǎng)裝卸集裝箱的主要機(jī)型,其減搖系統(tǒng)能使集裝箱吊具的擺動(dòng)迅速衰減,并在較短時(shí)間內(nèi)使吊具相對(duì)于小車處于靜止?fàn)顟B(tài),以利于吊具的準(zhǔn)確對(duì)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(duì)起重機(jī)吊重的動(dòng)力學(xué)行為研究一般在小車吊重結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)中進(jìn)行116,所以本文選取小車集裝箱系統(tǒng)為研究對(duì)象。在眾多的減搖型式171中,液壓油缸式減搖系統(tǒng)181具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、減搖效果良好等特點(diǎn),是目前集裝箱起重機(jī)中應(yīng)用較多的型式。其液壓油缸的選擇和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)液壓油缸式減搖系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得出影響集裝箱(簡(jiǎn)稱吊重)減搖效果的因素,為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
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(zhuǎn)。當(dāng)由于大車或小車起動(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(tǒng)的作用,使擺動(dòng)衰減。當(dāng)?shù)蹙叩某跏紨[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(tǒng)液壓油缸式減搖系統(tǒng)構(gòu)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)小車上的定滑輪基金項(xiàng)目:四川省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2006Z08037)西南交通大學(xué)科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目(2006A03)系統(tǒng)的拉格朗日方程為2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析bookmark2大車或小車運(yùn)行對(duì)吊重?fù)u擺的影響效果是相同的19111,這里只考慮小車吊重運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),同時(shí),將液壓油缸式減搖系統(tǒng)的模型做如下簡(jiǎn)化處理。
(1)吊重在無(wú)減搖系統(tǒng)、且不考慮其他阻力時(shí)相似于自由懸掛的單擺。
(2)系統(tǒng)分析時(shí)只考慮吊重的橫向擺動(dòng),且擺為系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能,F(xiàn)x,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(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為(3)減搖鋼絲繩對(duì)吊重的水平分力大小近似與T―小車速度大小成正比,方向與小車速度方向相反。m2/(/92 2xi9cos9)(3;側(cè)),繩c和繩d為松弛側(cè),液壓缸A和B的活塞桿向有桿腔側(cè)伸出,油缸腔壓力升高;當(dāng)壓力達(dá)到溢流閥的調(diào)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(cè)鋼絲繩連接的液壓缸C和D在液壓系統(tǒng)油壓的作用下,活塞桿向無(wú)桿腔側(cè)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(zhuǎn)化為液壓油緩沖的能量,達(dá)到減搖的目的。
為液壓油缸式減搖系統(tǒng)液壓原理圖。它有2個(gè)不同壓力的液壓回路控制:起升機(jī)構(gòu)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;大車和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)或回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及滯后期的影響,不計(jì)松弛側(cè)減搖鋼絲繩對(duì)吊重的作用力;考慮吊重起升繩偏擺角9相對(duì)于減搖繩的斜拉角度01和02較小,故可視減搖鋼絲繩對(duì)吊重的力方向恒定。
(4)減搖鋼絲繩重量忽略不計(jì),繩長(zhǎng)不變。
減搖系統(tǒng)可近似簡(jiǎn)化為如所示,小車和吊重的質(zhì)量分別為mi和m2,建立圖中坐標(biāo)系,mi和m2的坐標(biāo)分別為i(xi,yi)和2(x2,2)。系統(tǒng)受到水平面的約束,同時(shí)考慮到吊重在小角度內(nèi)搖擺,所以具有2個(gè)自由度。選取xi和9為廣義坐當(dāng)(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(tǒng)的零勢(shì)能位置,則系統(tǒng)的勢(shì)能為式(2),得系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為0,并稱k為液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù);9i,02為減搖繩斜拉角。
顯然,方程組(5)是非線性的,當(dāng)?shù)踔財(cái)[動(dòng)很小,則可近似認(rèn)為sinPI,cos93,且可忽略含P或XiP的高階微量,有‘G(即分析起重機(jī)小車在制動(dòng)時(shí)的減搖效果,即有Xi=0,F(xiàn)(=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(zhǎng)度l和減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)k會(huì)影響擺角的衰減時(shí)間,當(dāng)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(jì)算實(shí)例以某集裝箱起重機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算,各參數(shù)分別取值如下。吊重m2=40000kg起升繩有效長(zhǎng)度l=3i3m,取l=8m,小車運(yùn)行丁速度Vtmlley=65m-min-i,小車制動(dòng)時(shí)間(b=6s,小車在無(wú)減搖機(jī)構(gòu)作用下的*大擺角09.8m-s-2,液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)k分別取(7)分別有擺幅和時(shí)間的仿真結(jié)果如所示。從可見(jiàn),就減搖液壓系統(tǒng)本身而言,參數(shù)k對(duì)擺幅衰減所需的時(shí)間影響較大。其中k=-40時(shí),對(duì)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(jié)果4結(jié)論對(duì)液壓油缸式減搖系統(tǒng)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(zhǎng)度/,吊重的有效質(zhì)量m2和液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)k.尤其是液壓減搖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)k值的合理選取,是集裝箱起重機(jī)液壓減搖系統(tǒng)獲得良好減搖效果的關(guān)鍵。
同時(shí),用簡(jiǎn)化模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行線性化,存在著一定的誤差,還需進(jìn)一步完善。對(duì)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(tǒng)。
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