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      集裝箱橋吊防搖切換控制的探討

      2018-01-30 10:10:35易慶劉金殿
      中國設(shè)備工程 2018年11期
      關(guān)鍵詞:吊具小車集裝箱

      易慶,劉金殿

      (上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司,上海 200125)

      我國港口業(yè)務(wù)的發(fā)展過程中,集裝箱橋吊得到了有效的應(yīng)用,在全球貿(mào)易的環(huán)境下,集裝箱橋吊面臨著較高的運(yùn)輸壓力。集裝箱橋吊是港口業(yè)務(wù)中的關(guān)鍵設(shè)備,橋吊上使用鋼絲繩連接著集裝箱,運(yùn)輸期間較容易出現(xiàn)晃動(dòng)的問題,不利于橋吊運(yùn)輸?shù)陌踩M(jìn)行,根據(jù)橋吊的運(yùn)輸狀態(tài)實(shí)行防搖切換控制,積極預(yù)防集裝箱橋吊的風(fēng)險(xiǎn),體現(xiàn)防搖切換控制的實(shí)踐價(jià)值。

      1 集裝箱橋吊防搖切換控制的算法

      集裝箱橋吊防搖切換控制算法主要是從數(shù)據(jù)計(jì)算的角度,研究防搖切換控制在橋吊安全中的應(yīng)用。

      (1)吊具擺角。集裝箱橋吊防搖切換控制算法中采集了吊具的擺角數(shù)據(jù),吊具上安裝了反光板、攝像頭采集擺角圖像,圖像在攝像機(jī)處理的作用下得出了擺角數(shù)據(jù)。吊具頂架的中心處需要安裝紅外發(fā)射設(shè)備,專門收集擺角數(shù)據(jù),還要配置紅外接收裝置,便于接收紅外發(fā)射設(shè)備中發(fā)送的擺角信息。

      (2)小車位置。集裝箱橋吊小車位置是防搖切換控制算法研究的重點(diǎn),由傳感器采集了小車的實(shí)際位置,傳感器獲取了小車位置后,還要采集吊具擺長,橋吊小車要和傳動(dòng)軸連接起來,安裝好脈沖數(shù)字編碼器,收集小車和吊具的擺長數(shù)據(jù),編碼器把收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行牡腜LC結(jié)構(gòu)中,便于研究防搖切換的控制。

      (3)控制算法。集裝箱橋吊防搖切換控制算法中,要把采集的參數(shù)進(jìn)行初始化處理,特別處理好角頻率、運(yùn)動(dòng)周期以及橋吊切換時(shí)的加速度,從采樣時(shí)間點(diǎn)位置采集相鄰時(shí)間點(diǎn),按照吊具擺角計(jì)算好單擺的幅值數(shù)據(jù),根據(jù)幅值明確出單擺的運(yùn)動(dòng)方向,在采集數(shù)據(jù)中計(jì)算橋吊的最高點(diǎn)及達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn),獲取防搖切換的控制時(shí)間。

      2 集裝箱橋吊防搖切換控制的模型

      集裝箱橋吊防搖切換控制模型是研究橋吊穩(wěn)定性的有效措施,模擬了集裝箱橋吊的運(yùn)輸過程,為防搖切換控制提供了參考依據(jù)。集裝箱橋吊防搖切換控制模型中包含兩項(xiàng)內(nèi)容,具體分析如下。

      (1)仿真。集裝箱橋吊防搖控制模型仿真研究時(shí),通過計(jì)算機(jī)技術(shù)仿真模擬港口集裝箱橋吊的運(yùn)輸方式,直接在仿真模型中設(shè)計(jì)防搖切換的控制措施,促使防搖切換控制能夠滿足集裝箱橋吊的穩(wěn)定性要求。仿真模型研究時(shí)輸入了橋吊吊具擺角的初始數(shù)值,初始值為0,仿真模型模擬了集裝箱橋吊小車兩個(gè)階段的運(yùn)行狀態(tài),由仿真模型中直接輸出吊具小車的速度曲線,重點(diǎn)是小車加速狀態(tài)下的速度曲線,依照速度曲線變化再計(jì)算橋吊吊具在集裝箱運(yùn)輸過程中的擺長及水平加速度。仿真研究時(shí)吊具本身不具備初始擺角,在橋吊的運(yùn)輸期間吊具具備初始擺角條件,模型中小車的兩段速度運(yùn)行狀態(tài)下,應(yīng)解決初始擺角中的干擾問題,此時(shí)要采用橋吊防搖切換控制策略,避免集裝箱橋吊發(fā)生晃動(dòng)、擾動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

      (2)試驗(yàn)。集裝箱橋吊防搖切換控制試驗(yàn)中采用1:10的比例進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),1:10的比例應(yīng)用到集裝箱橋吊的實(shí)際尺寸控制中,把集裝箱橋吊模型應(yīng)用到試驗(yàn)平臺(tái)中。試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)使用了ET200M系統(tǒng),從系統(tǒng)中輸入橋吊的具體尺寸,由此準(zhǔn)確輸出橋吊的尺寸數(shù)值。試驗(yàn)研究時(shí),橋吊吊具系統(tǒng)、集裝箱重物都具有擺角數(shù)據(jù),橋吊小車運(yùn)輸?shù)木嚯x、起點(diǎn)、上升點(diǎn)都是試驗(yàn)研究的重點(diǎn),利用編碼器測(cè)量、視覺系統(tǒng),把試驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)輸入到集裝箱橋吊防遙切換控制的PLC中,由現(xiàn)場總線控制防搖切換控制系統(tǒng)的應(yīng)用。試驗(yàn)平臺(tái)促使PLC與工控機(jī)觸摸屏連接,防搖切換控制人員可以直接在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整,預(yù)防橋吊搖晃。試驗(yàn)平臺(tái)的直接目的是預(yù)防集裝箱橋吊晃動(dòng),避免橋吊發(fā)生晃動(dòng)問題,消除橋吊運(yùn)行環(huán)境中的擾動(dòng)問題。

      3 集裝箱橋吊防搖切換控制的設(shè)計(jì)

      (1)設(shè)計(jì)路徑。集裝箱裝載、橋吊運(yùn)輸期間均可發(fā)生搖晃問題,遙控的風(fēng)險(xiǎn)性比較高,容易在集裝箱運(yùn)輸期間發(fā)生安全事故,在集裝箱橋吊運(yùn)輸期間施行防搖切換控制,保護(hù)好集裝箱橋吊運(yùn)輸?shù)陌踩?。集裝箱橋吊運(yùn)輸?shù)穆窂皆O(shè)計(jì)是防搖切換控制的首要內(nèi)容,主要是為集裝箱橋吊運(yùn)輸提供穩(wěn)定的路徑。路徑設(shè)計(jì)的方法有:①集裝箱橋吊向水平方向運(yùn)輸時(shí),橋吊小車運(yùn)輸了一段距離后,記錄吊具的實(shí)際擺長數(shù)據(jù),橋吊上升的階段中集裝箱的狀態(tài)由靜止改為運(yùn)動(dòng),從垂直的方向上進(jìn)行運(yùn)輸,當(dāng)橋吊向上運(yùn)輸即將碰到障礙物時(shí),需要適當(dāng)提升橋吊的速度,促使橋吊達(dá)到最大的運(yùn)輸速度;②集裝箱橋吊起升的路徑中,橋吊移動(dòng)后在水平、垂直的方向上改變了位移狀態(tài),集裝箱橋吊從上升到水平位移的過程中,采用最大的運(yùn)輸速度和最大的加速度,促使集裝箱能夠跨過橋吊過程中的障礙物,運(yùn)輸中水平位移要始終保持高于障礙物的高度;③集裝箱橋吊運(yùn)輸為完全水平移動(dòng)路徑時(shí),橋吊運(yùn)輸選擇了最大的速度,橋吊機(jī)械器件決定了吊具小車的運(yùn)輸速度,根據(jù)集裝箱現(xiàn)場的情況,設(shè)計(jì)好橋吊的運(yùn)輸速度;④集裝箱橋吊運(yùn)輸完成后,要與運(yùn)輸期間的路徑相反完成運(yùn)輸,待橋吊小車運(yùn)輸?shù)街付ㄎ灰坪蟀炎畲笏俣冉档偷?;⑤吊具小車持續(xù)性下降的過程中,如果全部是垂直下降,速度也要降低到0。集裝箱橋吊的路徑設(shè)計(jì)能夠預(yù)防晃動(dòng)問題,橋吊運(yùn)輸集裝箱的過程中,按照指定的路徑運(yùn)輸有利于實(shí)現(xiàn)防搖切換控制,完善橋吊運(yùn)輸?shù)倪^程及環(huán)境。

      (2)最優(yōu)設(shè)計(jì)。最優(yōu)設(shè)計(jì)在集裝箱防搖切換控制中,可以有效預(yù)防晃動(dòng)風(fēng)險(xiǎn),在集裝箱橋吊防搖控制時(shí),準(zhǔn)確記錄橋吊中小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,安排最優(yōu)設(shè)計(jì)與控制方法,在最優(yōu)設(shè)計(jì)中直接導(dǎo)出最優(yōu)時(shí)間段,以此來預(yù)防橋吊晃動(dòng)。上文表述了集裝箱橋吊運(yùn)輸?shù)?種狀態(tài),如果集裝箱橋吊處于理想的狀態(tài),橋吊小車運(yùn)輸時(shí)具有防搖控制的規(guī)則,實(shí)際橋吊小車會(huì)受到不同因素的干擾,導(dǎo)致橋吊發(fā)生了搖晃問題。當(dāng)集裝箱橋吊運(yùn)輸有晃動(dòng)問題時(shí),此時(shí)按照最優(yōu)設(shè)計(jì)的要求,可把運(yùn)輸速度降低到0,或者促使橋吊小車保持勻速運(yùn)行的狀態(tài),保證橋吊的擺動(dòng)為0,有利于集裝箱防搖切換控制的最優(yōu)性。

      (3)防遙控制器。防搖控制器是集裝箱橋吊防搖切換控制中的重要設(shè)備,防搖控制器的設(shè)計(jì)具有穩(wěn)定性的要求,橋吊運(yùn)輸中運(yùn)用防搖控制器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性,也可以在橋吊小車切換速度時(shí),控制吊具的運(yùn)行狀態(tài),最大化的降低橋吊搖晃。防遙控制器在集裝箱橋吊的防搖切換控制設(shè)計(jì)中,根據(jù)橋吊吊具擺長的變化狀態(tài),控制好橋吊擺長的總變化量,直接在防搖控制器中設(shè)計(jì)成2個(gè)區(qū)段,區(qū)段變化保持連續(xù)狀態(tài),在區(qū)間中得出橋吊定量擺長的數(shù)據(jù)信息,從變量區(qū)間中判斷集裝箱橋吊的實(shí)際擺長,同時(shí)記錄下實(shí)際擺長的變化量,以便根據(jù)實(shí)際情況落實(shí)防遙控制器中的切換方法。在防遙控制器中,變量范圍的選擇要以集裝箱橋吊的實(shí)際情況為主,變量選擇的范圍一定要適度,盡量不要超出變量規(guī)定的范圍,確保防搖控制器與模型設(shè)計(jì)的匹配性。

      4 集裝箱橋吊防搖切換控制的方法

      集裝箱橋吊防搖切換控制中采用了以下幾點(diǎn)方法,用于提高橋吊在集裝箱運(yùn)輸中的安全性。

      首先集裝箱橋吊運(yùn)輸時(shí),需要把吊具角度引起的擺動(dòng)信號(hào)直接輸入到防搖系統(tǒng)內(nèi),促使防搖控制可以根據(jù)橋吊的實(shí)際擺動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效的處理,全面把控集裝箱橋吊遙控,即使在雙閉環(huán)的狀態(tài)中,集裝箱橋吊也能完成防搖切換控制,維護(hù)集裝箱橋吊的穩(wěn)定運(yùn)輸。

      第二在防搖切換控制方法中,充分結(jié)合集裝箱橋吊遙控的案例,設(shè)置好防搖切換的控制規(guī)則,規(guī)范好防搖控制中的靈活切換方式。在集裝箱橋吊防搖切換控制中采用了不同類型的模型,根據(jù)橋吊運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)施行防搖切換控制,避免橋吊出現(xiàn)搖晃的風(fēng)險(xiǎn)。

      第三集裝箱橋吊防搖控制措施中運(yùn)用了試驗(yàn)?zāi)P偷姆治龇椒?,模擬橋吊在集裝箱中的運(yùn)輸方式,為防搖控制措施提供規(guī)范的算法,目的是在橋吊的全程運(yùn)輸過程中實(shí)現(xiàn)有效的控制,促使橋吊吊具擺動(dòng)時(shí)的角度數(shù)據(jù)不能超出安全規(guī)定的范圍,提升橋吊防搖的可靠性。

      第四集裝箱橋吊在運(yùn)輸集裝箱的過程中,集裝箱從運(yùn)輸起始位置要制定位置的過程中,吊具容易發(fā)生過大的波動(dòng),波動(dòng)范圍處于-0.01~0.01rad中時(shí),可以處理集裝箱橋吊的擺動(dòng)風(fēng)險(xiǎn),強(qiáng)調(diào)集裝箱橋吊運(yùn)輸?shù)陌踩?,提高防搖切換的有效性。

      5 結(jié)語

      在集裝箱橋吊防搖切換控制的研究中,首先要注意算法和模型,了解了防搖切換控制的根本之后,再安排設(shè)計(jì)與方法的應(yīng)用,以便在集裝箱橋吊中實(shí)現(xiàn)防搖切換控制,預(yù)防橋吊晃動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。集裝箱橋吊的防搖切換控制方法能夠降低港口運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn),有效控制和完善橋吊運(yùn)輸?shù)倪^程,表明防搖切換控制的重要性。

      [1]倪青亮,瞿俊杰,劉韓臣.集裝箱橋吊防搖控制措施[J].設(shè)備管理與維修 ,2017,(11):94-96.

      [2]付主木,高愛云,費(fèi)樹岷,普邑.集裝箱橋吊多模型參考切換雙閉環(huán)防搖控制[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(23):161-166.

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