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集裝箱起重機液壓油缸式減搖系統的動力學分析
時間：2022-03-02來源：起重機廠家瀏覽次數：196
中國鐵道科學集裝箱起重機液壓油缸式減搖系統的動力學分析程文明，鐘斌，張則強，王金諾（西南交通大學機械工程研究所，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2個不同壓力的液壓回路進行控制，從而吸收吊重擺動的能量。對液壓油缸式減搖系統在工程實用范圍內進行簡化，選取小車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力學方程。在集裝箱吊重擺角較小時對該方程進行線性化處理；在起重機小車制動時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、起升繩的有效長度、吊重的有效質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間影響較大，是影響減搖效果的主要因素和關鍵參數。
軌行式集裝箱門式起重機（簡稱集裝箱起重機）是鐵路貨場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迅速衰減，并在較短時間內使吊具相對于小車處于靜止狀態，以利于吊具的準確對位和集裝箱的快速碼放，提高裝卸的作業效率和安全性。對起重機吊重的動力學行為研究一般在小車吊重結構耦合系統中進行116，所以本文選取小車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具有結構簡單、減搖效果良好等特點，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，會使減搖效果不好，而太大又會阻礙吊具空載下降。本文對液壓油缸式減搖系統進行動力學分析，得出影響集裝箱（簡稱吊重）減搖效果的因素，為實際工程設計提供依據。
組與吊具上的定滑輪組交叉連接，減搖卷筒通過鏈傳動裝置跟隨起升卷筒同步旋轉。當由于大車或小車起動或制動引起吊具擺動時，由于減搖繩的交叉連接方式和液壓系統的作用，使擺動衰減。當吊具的初始擺動向右時，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。減搖鋼絲繩通過小車上的定滑輪基金項目：四川省科技攻關項目（2006Z08037）西南交通大學科技發展基金資助項目（2006A03）系統的拉格朗日方程為2系統動力學分析bookmark2大車或小車運行對吊重搖擺的影響效果是相同的19111，這里只考慮小車吊重運動系統，同時，將液壓油缸式減搖系統的模型做如下簡化處理。
（1）吊重在無減搖系統、且不考慮其他阻力時相似于自由懸掛的單擺。
（2）系統分析時只考慮吊重的橫向擺動，且擺為系統的動能和勢能，Fx，為自由度xi產生的力，kN；F9為自由度9產生的九kN；D為因摩擦而消耗的力，kN.由式（i）系統運動時的動能為（3）減搖鋼絲繩對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），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，溢流閥打開，壓力油經溢流閥回油箱；與此同時，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，活塞桿向無桿腔側回縮，使c和d繩保持張緊狀態；經過上述過程的擺動，不斷有壓力油從溢流閥溢出，從而將吊具擺動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個不同壓力的液壓回路控制：起升機構升降時，低壓回路確保減搖鋼絲繩同步升降阻力小，但又能隨時張緊；大車和小車運行機構或回轉機構工作時，高壓回路確保減搖鋼絲繩有較大的張緊力，以產生良好的減搖效果。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，繩長不變。
減搖系統可近似簡化為如所示，小車和吊重的質量分別為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，同時考慮到吊重在小角度內搖擺，所以具有2個自由度。選取xi和9為廣義坐當（0，可得特解：擺幅和時間的關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），得系統動力學方程為0，并稱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）是非線性的，當吊重擺動很小，則可近似認為sinPI，cos93，且可忽略含P或XiP的高階微量，有‘G（即分析起重機小車在制動時的減搖效果，即有Xi=0，F（=分別代入式（6）得解得式衰減。由式（8）可知，吊重有效質量m2、起升繩有效長度l和減搖系統結構參數k會影響擺角的衰減時間，當m2和l一定時，合理取值k可得到期望的減搖效果。
其中3計算實例以某集裝箱起重機為例進行計算，各參數分別取值如下。吊重m2=40000kg起升繩有效長度l=3i3m，取l=8m，小車運行丁速度Vtmlley=65m-min-i，小車制動時間（b=6s，小車在無減搖機構作用下的*大擺角09.8m-s-2，液壓減搖系統結構參數k分別取（7）分別有擺幅和時間的仿真結果如所示。從可見，就減搖液壓系統本身而言，參數k對擺幅衰減所需的時間影響較大。其中k=-40時，對集裝箱擺幅衰減的時間明顯較k=-20000kg-s-1和k=-60000kg-s-1時短，其減搖效果明顯優于后兩者。
仿真結果4結論對液壓油缸式減搖系統的動力學研究表明，影響減搖效果的因素主要有減搖繩的斜拉角度ft和2，起升繩有效長度/，吊重的有效質量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鍵。
同時，用簡化模型對系統進行動力學分析和對動力學方程進行線性化，存在著一定的誤差，還需進一步完善。對此，比較理想的是用動態仿真方法來比較真實地模擬液壓減搖系統。
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