摘 要：在港口、碼頭，起重機(jī)被廣泛地用于傳輸、調(diào)度重型原材料。然而，在起重機(jī)的工作過程中，由于天車的加減速，負(fù)載的提升以及外部干擾等原因，負(fù)載會(huì)產(chǎn)生來回的擺動(dòng)。這種擺動(dòng)不但很容易造成安全事故，而且嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)作業(yè)效率的提高。為了解決上述問題，橋起重機(jī)的自動(dòng)控制問題引起了人們?cè)絹碓綇V泛的關(guān)注。然而在實(shí)際的橋式起重機(jī)系統(tǒng)中，由于環(huán)境及外部干擾等因素，擺角傳感器的測(cè)量精度受到很大影響，實(shí)際控制效果往往不好，安裝擺角傳感器更加不切實(shí)際。通過對(duì)天車速度的有效控制，來減小或消除負(fù)載的擺動(dòng)。

關(guān)鍵詞：天車抓斗；防擺控制；方法

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0229-01

起重機(jī)加減速運(yùn)行時(shí)，抓斗會(huì)來回?cái)[動(dòng)，為了工作安全和提高效率，抓斗的擺幅在整個(gè)工作過程中要控制在一定范圍內(nèi)，到達(dá)目的地時(shí)抓斗應(yīng)立即停擺?？刂破鞑荒軐?shí)現(xiàn)起重機(jī)起制動(dòng)運(yùn)行的平滑調(diào)節(jié)，從而較難保證起制動(dòng)的加速度，對(duì)工人的操作水平和經(jīng)驗(yàn)要求較高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低。起重機(jī)控制的關(guān)鍵在于對(duì)電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的停車位置與抓斗消擺的同步控制。

1 天車抓斗防擺控制方法

（1）抓斗擺動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。天車運(yùn)行主過程、天車暫停過程以及點(diǎn)動(dòng)過程，點(diǎn)動(dòng)過程結(jié)束，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。研究表明，點(diǎn)動(dòng)時(shí)間、點(diǎn)動(dòng)距離以及終端條件的限制使得并非在所有初始值點(diǎn)動(dòng)天車都能滿足終端條件，點(diǎn)動(dòng)過程開始前，抓斗的擺動(dòng)狀態(tài)才能轉(zhuǎn)入點(diǎn)動(dòng)加速階段，象天車抓斗這樣一個(gè)特殊的二階系統(tǒng)，這在一般的最優(yōu)控制理論中很少提到。當(dāng)天車沿正方向運(yùn)行時(shí)，起重機(jī)加減速運(yùn)行時(shí)，抓斗會(huì)擺動(dòng)。為了工作安全和效率，抓斗的擺幅在整個(gè)工作過程中要控制在一定范圍內(nèi)，到達(dá)目的地時(shí)抓斗應(yīng)立即停擺.為此，我們首先分析抓斗的擺動(dòng)情況，找出其規(guī)律。為了簡(jiǎn)化分析，根據(jù)起重機(jī)工作的基本情況，滿足以下假設(shè)和要求：①纜繩的質(zhì)量相對(duì)于抓斗及重物的質(zhì)量可忽略不計(jì)，纜繩的剛度足夠大，其長(zhǎng)度變化可以忽略；②抓斗與懸繩在運(yùn)行過程中所受的空氣阻力不計(jì)；③要求抓斗的最大擺角θ≤10°，此時(shí)線性化誤差不超過0.5%。可以發(fā)現(xiàn)抓斗的擺動(dòng)是隨時(shí)間作周期性變化，擺幅、擺速與起重機(jī)的水平加速度成正比。

（2）運(yùn)動(dòng)分析。本文提出的擺動(dòng)優(yōu)化方法是基于現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)：對(duì)停車卸料工藝進(jìn)行改進(jìn)，使抓斗在擺動(dòng)過程中卸料，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。整個(gè)控制過程主要是控制天車運(yùn)行加速度，以達(dá)到擺動(dòng)可控的目的。因此，我們首先要進(jìn)行小車的運(yùn)動(dòng)分析。其中，關(guān)鍵是確定天車運(yùn)行速度，有控?cái)[動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)是提高生產(chǎn)率，也就是盡量縮短每個(gè)工作循環(huán)的周期。必須妥善解決兩個(gè)問題：①合理調(diào)整各階段的速度和加速度，使天車運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間最短；②合理的匹配起升速度與天車的運(yùn)行速度之間的關(guān)系。

（3）防搖擺控制策略。當(dāng)天車帶動(dòng)抓斗加速到給定速度時(shí)，抓斗的擺動(dòng)消除。此刻抓斗同時(shí)滿足擺角和擺速，取天車最大運(yùn)行速度與抓斗在水平方向沒有相對(duì)位移且變化周期為單擺的擺動(dòng)周期。天車與抓斗有相同的最大運(yùn)行速度，同時(shí)區(qū)域的面積相同，此時(shí)天車與抓斗在水平方向沒有相對(duì)位移，如果之后天車以最大運(yùn)行速度勻速前進(jìn)，則抓斗不再產(chǎn)生擺動(dòng)，達(dá)到了防搖擺控制效果的時(shí)間點(diǎn)均滿足這樣的條件。顯然，要達(dá)到需要足夠大的加速度或者足夠長(zhǎng)的加速時(shí)間，但均未滿足，抓斗搖擺沒有消除，且在之后天車的勻速運(yùn)行中，抓斗的搖擺將一直存在。上述問題實(shí)質(zhì)上是天車加速結(jié)束后，天車水平位移大于抓斗水平位移所致。這個(gè)問題可以利用在加速段增加勻速運(yùn)動(dòng)過程的方式來減少其水平行走距離，通過調(diào)節(jié)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間可以先讓天車加速到最大運(yùn)行速度的一半，然后勻速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，再加速到最大運(yùn)行。天車與抓斗以相同的減速度作勻減速運(yùn)動(dòng)，天車與抓斗速度都降為零，此時(shí)為瞬停狀態(tài)。此后令天車以最大加速度開始反向加速過程，到達(dá)時(shí)天車與抓斗水平速度第一次達(dá)到相同，根據(jù)對(duì)稱關(guān)系可得區(qū)域，這個(gè)過程補(bǔ)償了拋料過程天車與抓斗的水平位移差，此時(shí)抓斗擺動(dòng)被消除。拋料卸料的目的是通過減少卸料時(shí)間來提高卸貨效率，本文提出的拋料卸料方式在卸船機(jī)開始減速卸料過程時(shí)，即令鋼絲繩達(dá)到最大擺角。此時(shí)若給小車施加一個(gè)適當(dāng)?shù)臏p速度，可以使抓斗保持最大擺角不變，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)抓斗擺角的響應(yīng)與天車加速度有關(guān)，在整個(gè)控制過程中小車的加速度變化規(guī)律已知可以對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行逐段求解，得到抓斗擺角關(guān)于時(shí)間的響應(yīng)。

2 天車抓斗的檢查與維護(hù)

每班工作前必須檢查抓斗開閉機(jī)構(gòu)，顎板閉合的緊密性，并檢查顎板的固定情況，撐桿的鉸接情況及其潤(rùn)滑狀況。（抓斗起升時(shí)的極限位置是：抓斗頂部距上升限位開關(guān)不得小于1m；抓斗下降時(shí)，抓斗下部距料箱或車霜不得小于0.1m。起升抓斗時(shí)，應(yīng)使起升繩速度相等，以使鋼絲繩受力均勻。抓斗卸了料時(shí)，離料箱高度不得大于200mm。不允許用抓斗抓取整塊的物件。檢查抓斗懸掛處繩索的緊固情況。檢查抓斗開閉繩的導(dǎo)輪狀況。抓斗天車工作完閉后，抓斗應(yīng)放到地面，不得懸空吊掛。為了防止鋼絲繩迅速磨損，對(duì)鋼絲繩必須經(jīng)常檢查，看其斷絲和磨損是否已達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)鋼絲繩潤(rùn)滑時(shí)，一定要用鋼絲繩潤(rùn)滑脂仔細(xì)潤(rùn)滑，將潤(rùn)滑油脂加熱到60℃，使?jié)櫥湍軡B入鋼絲繩股之間。

3 結(jié)束語

本文分析了起重機(jī)抓斗防擺控制方法，如果只考慮起重機(jī)水平運(yùn)行，對(duì)每個(gè)目標(biāo)距離都有最優(yōu)時(shí)間控制方法，但抓斗并不一定消擺。最優(yōu)消擺的控制方法不一定使起重機(jī)到達(dá)目標(biāo)和停車，所以，抓斗防擺控制方法研究應(yīng)兼顧抓斗消擺和起重機(jī)定位的研究，控制方法的優(yōu)劣在于是否易于實(shí)現(xiàn)、控制時(shí)間短。用本方法組成的起重機(jī)控制系統(tǒng)將能取代目前基于手動(dòng)控制起重機(jī)控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉業(yè)良，葉正明.天車控制及匹染機(jī)自適應(yīng)控制的研究[D].北京：中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2016.

[2]劉業(yè)良，李 偉.天車抓斗防擺控制方法的研究.信息與控制，2017，22（1）：50～52.

[3]祝明葉，王躍民.集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)[J].河南冶金，2016（4）.

收稿日期：2018-11-7