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塔臂条件下全地球面起重机起重量摆动特性研究

发表日期:2019-07-07 07:54文章编辑:挖掘机所属栏目: 挖机维修

世界各地面起重机具有举升重量大、举升高度高、作业半径大、适应性强等优点,逐渐成为移动起重机市场的主力军。但是,较大的起吊高度和工作半径会导致起重机起吊重量在回转过程中发生更明显的摆动,从而降低起吊定位精度。同时,起重机臂架系统会产生较大的周期性附加动载荷,影响起重机臂架的力学性能和整机的稳定性。为了提高起重机运行的效率和安全性,研究起重机在回转过程中的回转特性,对于指导土面起重机的结构设计和控制程序设计具有重要意义。

目前,国内外学者对起重机起升的摆振特性做了大量研究,但主要集中在小车起升系统上。例如,singhosew等人研究了龙门起重机在提升运动过程中的摆动和控制。吴晓等人基于起重机小车-起重机系统的三维动力学模型,建立了起重机摆振动的二自由度摆角动力学模型。通过线性简化,从模型中找出影响摆角的主要因素。董肖明等人基于非惯性系统中颗粒相对运动动力学的基本方程,建立了塔式起重机变幅、回转和提升同时运动时载荷摆动的动力学方程。王邦峰等人用机器人动力学方法建立了起重机摆振的动力学模型,提出了最优调节器理论的控制方案,但所研究的起重机模型只包括主臂。

基于机器人动力学理论,200吨全地球面起重机塔臂工况的结构相当于5杆串联的开链机械手的形式。建立了起重机摆动的动力学方程。研究了全地球面起重机塔臂工作状态下起重机摆动的动态特性,分析了影响起重机摆动角度的因素。

1起升摆的振动力学方程1.1起升摆的振动力学模型根据起重机塔臂工况的结构特点(见)和机器人相关理论,当仅考虑起重机的旋转运动时,整个地球的起重机面可以等效为一个5杆的串联开链机器人系统。如图所示,在全地球面起重机塔臂工作状态的机器人模型中,基座0是起重机底盘支撑结构,杆1是转台,关节变量A是转台旋转角度,杆2是主臂,杆3是塔臂,关节变量中心,03分别是主臂振幅角度和塔臂振幅角度, 杆5是提升绳索,提升重量rz=1,2,3,4,5)是从每个杆的质心到杆坐标系原点的距离。 引入零长度零质量的虚拟杆4,并利用与虚拟杆4、团队长度和提升绳索相关的关节变量04描述提升重量相对于提升点的空间摆振位置。在本文的研究中,考虑了各杆件的刚度,忽略了提升绳质量和提升重量大小对起重机回转运动的影响,忽略了系统阻尼和风载的影响。提升绳索的刚度足够大,不考虑提升绳索的弹性变形。

哈滕贝格方法确定齐次坐标变换矩阵a,它代表两个相邻杆的相对位置和方向之间的关系。如果采用下接头的坐标建立方法来建立杆的坐标,则每个接头处对应的矩阵是吊索在俯仰平面面上的投影与铅垂线之间的角度,由于d-h方法对接头变量的规定,这对于描述俯仰平面面内悬挂重量的摆动(径向摆动)是不直观的。因此,取而代之的是采用中等径向摆动角,即悬挂绳索在俯仰平面面上的投影与铅垂线之间的夹角可以从几何关系中获得。同时,由于旋转过程中径向摆角很小,所以05可以近似地视为悬挂重物的切向摆角α。矩阵A中的参数值如表1所示,其中,E是从旋转轴到臂支架和转台的铰接点的距离,/是主臂的长度,K是塔臂的长度。

1.2系统动力学方程牛顿-欧拉方法用于推导系统动力学方程。转台的转速被作为系统的输入,它被称为姚,01。同时,由于框架是一个固定构件,矩阵a参数选项卡. 1构件编号表1关节可变构件扭转角构件长度偏移被代入牛顿-欧拉向前提交推公式:它代表坐标系中的测量值;Si和I分别是相对于0-1的角速度和角加速度矢量;I+1r是i+ir的逆矩阵,i+ir是0+1系统变换到I系统的意义,旋转子矩阵I分别是系统原点A的线速度和线性加速度向量;I+ +1是由i +1连杆的致动器在i+1关节处提供的角速度和角加速度;7i+i是指定0+1系统的轴方向的单位向量,bi+12t;Pi是在0系统中描述的0+1系统原点的位置向量;c,+i是(+1)系统中棒i+1的线性加速度;Ri+i是i+1系统中i+1条质心的位置向量。

并且因为在杆5坐标系中提升重量的质心处的线性加速度的轴向分量为零,即A2。C5=t,则在整个地球面起重机吊臂旋转运动条件下起重机摆的振动力学方程可推导为& # 39;―zcos―gsin

2.1径向和切向匀场研究的工况参数选择和分析为:主臂长度za 17.2m米,塔臂长度ztb = 36m米,提升钢丝绳长度z = 5m米,主臂仰角62=76度;工作振幅为zid=额定起重量为65t,最大旋转角速度为=如图所示,表示起重量在100秒旋转过程中向两个方向摆动。010s是均匀加速开始阶段,10s是均匀旋转阶段。从图中可以看出,对于切向摆振,在加速阶段,悬架重量在惯性冲击载荷的作用下以图中所示的基线作为对称轴摆振,基线位置的摆振角为2.20°;,等于转动惯性力作用下负载平衡时的切向摆角;在匀速转动阶段,由于惯性力的消失,不考虑系统阻尼,重物在初始激励作用下以铅垂线为对称轴摆动。对于径向摆振,在加速阶段,提升重量的摆角逐渐增加,发产生轻微振动;在匀速旋转阶段,吊装重量以图中所示基线为对称轴摆动,基线摆动角度为2°。31 °;,等于负载在旋转离心力作用下平衡时的径向摆角。此外,根据现有数据,切向和径向摆以固定周期循环,傅里叶变换(fft)分析用于获得摆在两个方向上的频谱(参见)。根据现有数据,两个方向的摆频为0.23赫兹,长度为5m的单摆的摆频为0.22赫兹,近似相等)/摆频谱如图360所示;旋转过程中重物在两个方向上的摆动振动。由此可以得出,当稳态切向摆振幅度接近最小值时,产生最大稳态径向摆振幅度(注:启动或制动时摆振称为瞬态摆振,恒速或静止时摆振称为稳态摆振)/[/k7/),反之亦然。同时每隔90度;此后,径向和切向稳态摆振均值发有明显的转换,两个方向的稳态摆振幅度约为90°;的转弯距离几乎是对称的。在90°时;此后,初始位置处的径向变为切向,而初始位置处的切向变为径向。该空间位置和方向的变化和特征导致提升重量的摆动动态特征,如图所示。此外,系统摆动最原始的激励主要来自摆动加速度开始时的切向惯性冲击载荷,径向摆动随着摆动距离的变化而从切向摆动传递。

2.2影响摆角因素的研究影响起重机旋转摆角的因素有很多,主要包括:提升绳长度/、工作范围zh、加速度斜率时间等。这些因素综合影响起重机的工作效率和安全性。本部分将研究这些因素与偏航角之间的关系及其对偏航角大小的影响。选择的工作条件为:主臂长b = 17.2m米,塔臂长zlb = 36m米,主臂仰角02=76度;如图所示,最大旋转角速度w=1.0r,表示在特定绳索长度(/加速度斜坡信号(i=5s)下,切向最大偏航角Lu和径向最大偏航角p随工作振幅的变化曲线。从图中可以看出,两个方向的偏航角随着工作振幅的增加而增加,并且两个方向具有线性关系。

3结论利用机器人动力学理论建立了起重机摆动振动的动力学方程,分析研究了全地球面起重机塔臂条件下回转起重机摆动振动的动力学特性。通过研究可以看出,起重重物在切线方向和径向方向上的稳定摆振动随旋转时间以固定周期循环,两者的摆振动频率与绳索长度相同的单摆振动频率相等且近似相等。

同时,最大稳态径向摆振幅度发出现在稳态切向摆振幅度接近最小值时,反之亦然,两个方向的摆振约为90°;的转弯距离是对称的。

系统摆振的初始激励主要来自回转加速度开始时的切向惯性冲击载荷。径向摆振是由切向摆振随着回转距离的变化而传递的。起动加速停止时间和制动开始时间对起重重量在切向和径向的稳定摆动幅度有很大影响。

提升重物的最大切向偏航角和最大径向偏航角随工作振幅的增加而增加,随启动加速时间的增加而减小。提升绳索的长度对偏航角的影响随倾斜时间而变化。

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