自动抓斗起重机吊具防摇摆研究与实现
防摇控制系统在集装箱起重设备中的研究与应用
关键词 ：集装箱起重设备 自动运行 ；防摇控制 系统 ；拉格 朗 Ｅ建模 ；Ｓｍ ｌ ｋ ｔ ｉ ｕｉ 仿真 ｎ
中 图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｈ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ０ ８ （ ０ １ １ ０ ５ ０ ０ １— ７ ５ ２ １ ） ０— ０ １— ５
随着集装箱运输业 不断发展 ，码 头对装卸效 率要 求越 来 越 高 ，装 卸 操 作 已成 为 一 项 越 来 越 繁
重 的工 作 。 为 了 满 足 装 卸 效 率 要 求 ，同 时 减 轻 司 机 的工 作 强 度 ，集 装 箱 起 重 设 备 正 朝 着 自动 化 运 行方 向不 断 发 展 。 其 中需 要 解 决 的 一 个 关 键 问题
没有进 行 实 际应 用 。本 文 对 小 车 负 载 系 统 进 行 建
４ 结 论
本文将变频 技术与模糊 ＰＤ控 制相结合实现 Ｉ 对液 压 系统 的速 度调 节 。 利用 Ｔ 公 司 的 Ｄ Ｐ以及 Ｉ Ｓ
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ： ｃ ｎｔｉ ｒｃ ａ ｅ ａ ｔ ｍａｉ ｎ； ａ ｉｓ ｙ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ； Ｌａ ａ ｇａ ｄ ｌｎｇ； Ｓｉ ｕｉ ｋ ｓｍｕ ａｉｎ ｙ ｒ ｏ ａｎｅ ｒ ｎ ｕ ｏ ｔｏ ｎｔ—ｗａ ｃ ｎｔｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｇ ｎ ｉｎ ｍｏ ｅ ｉ ｍ ｌｎ ｉ ｌ ｔ ｏ
防 摇 控 制 系 统 在 集 装 箱 起 重 设 备 中 的研 究 与 应 用
单 磊 费 国
上海振 华 重 工 （ 团） 股份 有 限公 司 上海 集
摘
２ ０ ２ ０ １５
要 ：对集装箱起 重设 备中小车定位及 负载摇 晃 问题 进行 了研究 。通 过拉格 朗 日分 析法 ，建 立 了小 车负
集装箱起重机吊具防摇和防扭技术分析
随着大型集装箱船的持续增多，有更多的码头选择应用大型集装箱起重机，以满足更大高度的作业要求。
根据集装箱起重机作业的特征分析，随着高度的不断增加，吊具摆动的问题会更加严重。
一般吊具出现前后方向的晃动时，司机可以通过控制小车将其趋于稳定。
但是，对于顺逆时针的旋转扭动，司机无计可施。
尤其是随着自动化水平的提高，很多码头集装箱装卸均是自动化作业，对于吊具的摆动没有有效的应对方法。
为解决此问题，需要有专业的技术作为支持，通过设计改造消除吊具的摇晃与扭动，从而满足码头集装箱装卸作业要求。
1 影响集装箱起重机吊具摇动因素分析吊具摇动是集装箱起重机作业过程中的常见问题，对作业效率、安全以及操作舒适性等影响严重。
想要在规定时间内完成所有装卸任务，必须采取措施消除吊具摇动的隐患。
结合集装箱起重机结构特征分析，利用钢丝绳连接吊具与小车。
现场装卸作业时，由小车运动机构驱动小车产生动作，相应的通过钢丝绳吊具也会保持一定的加速力动作。
这种情况下虽然小车停止，但是小车会继续动作产生摇动。
以停止动作的小车为中心进行分析，将连接小车与吊具的悬垂钢丝绳看作柔性绳子，以吊具为质点，吊具的摇动可以简单看做单摆模型，因此判断无法完全避免集装箱起重机吊具的摇动。
实际装卸作业中需要由司机操作来控制吊具，尽量消除吊具摇动带来的不利影响，顺利完成集装箱的定位装卸。
在此情况下想要实现高效率作业，需要解决吊具摇晃摆动的问题。
在自动化或半自动化起重机设计中，防摇技术与防扭技术不可或缺，对实现码头集装箱装卸高效率、高安全作业具有重要作用。
2 集装箱起重机吊具常见减摇装置2.1 起升钢丝绳交叉缠绕为减轻集装箱起重机吊具的摇动问题，常见的方法是采用起升钢丝绳交叉缠绕的方式。
此种方法不在减摇装置范围内，本质在于通过增大钢丝绳与水平面的夹角来有效调节进入摇动状态下钢丝绳的张力与阻摇。
虽然此种方法有一定的减摇效果，但是有效性较差，尤其是在吊具高度与荷载状态不同的情况下，起到的减摇效果差异大。
防摇摆控制参考文档
载荷摇摆幅值衰减：exp(- t/τ) τ : 载荷摇摆幅值衰减时间常数
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WEI HUA
变
PL C
频 器
电气电路
编码器 小车 大车
操作设备
载荷
POSICAST控制方法：消除阶跃响应的超调
WEI HUA
O.J.M. Smith (U. Calif. Berkeley 终身教授) 50年代 提出POSICAST控制方法：
输入
二阶线性系统响应（单频阻尼振动）
输出
WEI HUA POSICAST控制方法在防摇摆控制的应用
打过一次交道 便是永远朋友
WEI HUA
起重机防摇摆及 防摇摆自动定位控制系统
河南卫华重型机械股份有限公司 龚志明
每台起重机都有载荷摇摆问题！
WEI HUA
集装箱起重机的防摇定位
每台起重机都有载荷摇摆问题！
WEI HUA
车间的各种行车的防摇定位
河南卫华 龚志明
起重机防摇摆控制：一点发展历史
WEI HUA
WEI HUA 安装防摇摆控制系统的好处
➢ 主要好处： 可大幅度地提高起重机使用的生产效率，提高起重机使用 的安全性，降低货物损坏及人员受伤害的风险 使需要起重机设备的各种生产工艺过程实现高度自动化成 为可能
➢ 额外好处： ✓ 减少起重机的点动操作，延长起重机的使用寿命 ✓ 提高起重机安全运行速度，因而进一步提高生产效率 ✓ 易于掌握和操作，减少对操作员工的培训时间，减少操 作员工的工作劳动强度
起重机防摇技术研究
起重机防摇技术研究一、前言吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。
起重机在装卸货物时，由于其速度的变化以及外界干扰因素的影响，使吊具前后、左右的来回摆动，在影响生产效率的同时造成一定的安全隐患，最终造成严重的经济损失。
因此，研究一套起重机的吊具防摇系统，实现稳定吊具、平稳操作成为起重机制造商和研究机构一直关注的问题。
一个好的防摇系统能起良好的减摇效果，大大提高了劳动生产率。
近年来, 考虑到现代起重机增加吊重防摇控制系统的必要性，对防摇控制方法的理论研究较多,但这些理论方法只要以理论研究和仿真为主导，与实际可行的物理实现还存在一定距离，很多方面的应用还不是很理想。
二、机械式防摇技术机械式防摇技术通过在小车架下安装防摇装置，包括减摇钢丝绳、卷筒和力矩限制器传动链及带单向轴承的卷筒和制动器，通过机械手段消耗摆动的能量以实现最终消除摇摆的目的，从而提高起重机的工作效率。
要控制吊具的摇摆，首先就必须采用合理的钢丝绳缠绕方式，使车架上起升滑轮与吊具上牵引滑轮在同一平面内偏离成一定角度;利用单向轴承控制卷筒的旋转方向，通过实现放绳方向与传动轴相互锁合，保证卷筒只能向钢丝绳收绳方向旋转;在其重机作业过程中，通过对力矩限制器加以持续通电，始终给减摇钢丝绳一个张力，将其卷起，避免减摇钢丝绳的处于松散状态。
当出现吊具摇摆情况时，通过设定弹簧力来调整制动器给减摇钢丝绳的张力，从而保证在不同情况下阻止吊具的摇摆，起到减摇效果。
吊具在下降过程中，制动器打开，单向轴承的内外圈相互锁住，由于吊具重力使每个力矩限制器受到一个反向力，该力就作为减摇钢丝绳张紧力对减摇产生一定作用;当吊具上升时，减摇钢丝绳上少了吊具自重而引起的张紧力，此时减摇钢丝绳被力矩限制器带动卷筒不断卷起，一定程度上减少了吊具的摇摆;另外，单向轴承的内外相互分离，旋转力没有作用在轴上，轴处于制动状态，制动器由于被锁住而不起作用，因此制动器就会对吊具摇摆产生一定的阻尼作用;当吊具停止升降时，单向轴承的内外圈相互离合，轴处于制动状态，制动器被锁住，从而减少吊具的摇摆。
吊具天车防摇系统研究
吊具天车防摇系统研究作者：李启源来源：《科学与财富》2018年第14期摘要：本文介绍了冲压车间吊具天车的防摇系统，从系统结构、数据传输及自动定位的工作原理进行了分析。
关键词：CATS控制机；PLC；角度传感器；S120变频器1.系统结构天车的电子防摇控制系统采用CATS控制机对防摇摆功能进行计算与控制，它可在复杂的工作任务下，实现短周期，高精度控制变频器的调整电机运行速度。
系统中的配有西门子DP/DP耦合器，通过耦合器与起重机电控系统的PLC进行数据信息实时交换。
防摇系统采用的红外线角度传感器对起升机构的摇晃度进行测量，同时还配有2个绝对式编码器对大/小车的位置进行测量。
并通过PROFIBUS总线将测量数据传输给CATS控制机进行处理。
CATS控制机将采集的数据通过专门函数算法进行计算，并将计算的结果转换为速度给定信号通过PROFINET实时的传送给S120变频器，S120变频器根据给定的速度信号快速对运行电机进行加减速调节，最后达到防摇摆的功能。
2.数据传输如图2所示，行车PLC借助功能块FC65生成数据存储在DB块DB100中，CATS系统通过PN/PN连接器读出该数据并进行内部处理。
相反方向上CATS系统再通过PN/PN连接器里输入信号至DB210。
PLC再次通过功能块FC66从BD210上读出数据并且接收使用此信号实现变频器的行驶。
3.自动定位CATS系统的位置数据由起重机PLC进行监控，通过这种系统数据的匹配，可以使起重机在接近任意区域限位及大车运行轨道端部时，实现先减速后停止控制，防止在高速运行情况下突然停止而产生冲击导致所吊负载的晃动。
同时自动定位模式下，可以通过采集起重机的实时运行速度以及实际位置与目标位置的距离信息，将采集到的实时速度与实时距离进行运算处理，通过运算结果来控制S120变频器在接近目标定位位置时做最合适的减速曲线，此时防摇系统所带的绝对式编码器只提供用于速度减速曲线计算的实际位置与目标位置的距离数据，定位测量还是通过激光测距仪进行定位控制。
起重机防摇控制研究综述
程 中， 行走机 构 的 加 （ 减） 速 或 者 风 力 等 因 素都 会 引
起 货物 的摇 摆 。这 种现 象存 在 以下 风 险 ： （ １ ） 使货 物
难 以精 确定 位 ， 严 重影 响工 作 效 率 ； （ ２ ） 容 易 引起 钢 结 构 的疲劳 ， 缩 短起 重 机 的使 用 寿命 ； （ ３ ） 对 货 物 和 人 员带 来安 全 隐患 。因此 ， 起 重 机 的 防摇 控 制 系 统 受到 了 国内外专 家学 者 的广 泛关 注 。
电子 防摇 控 制 系统 的 理 论 和 设 计 方 法 。
关键词
起重机
防摇
控 制 系 统
文献标识码 Ａ
中图 分 类 号
Ｕ６ ７ ３
Ｔｈｅ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｙ ｏ ｎ Ａｎｔ ｉ — ｓ ｗｉ ｎｇ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃｒ ａ ｎｅ
ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ．Ｔｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｉ — ｓ ｗｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｚ ｅ ｌ ｙ ａ ｎ ａ ｌ —
２ ６・
造 船 技 术
２ ０ １ ３年 第 ２期 （ 总第 ３ １ ２期 ）
图 ２ 造 船 门 式 起 重 机
２ ． １ 人 工 防 摇
人 工 防摇是 防 摇 控制 的最 初 阶段 ， 也 是最 简 单
的阶段 。该 阶段 的防摇 主要 是通 过具 有 丰 富操作 经
图 ３ 液 压 系 统 防 摇 示 意 图
起重机防摇技术研究
起重机防摇技术研究
摘要：在起重机的启动和停止以及加速和减速过程中，很容易使吊具左右或前后摆动，在一定程度上影响了起重装卸效率和提高了司机的劳动强度，因此我们要通过采用先进的防摇技术，通过实现对起重机的准确定位来起重机效率。
文章主要对
plored.
Keywords:crane;anti-shaketechnology;electronicanti-sway
一、前言
吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。
起重机在装卸货物时，由于其速度的变化以及外界干扰因素的影响，使吊具前后、左右的
,考虑
,但
机械式防摇技术通过在小车架下安装防摇装置，包括减摇钢丝绳、卷筒和力矩限制器传动链及带单向轴承的卷筒和制动器，通过机械手段消耗摆动的能量以实现最终消除摇摆的目的，从而提高起重机的工作效率。
要控制吊具的摇摆，首先就必须采用合理的钢丝绳缠绕方式，使车架上起升滑轮
与吊具上牵引滑轮在同一平面内偏离成一定角度；利用单向轴承控制卷筒的旋转方向，通过实现放绳方向与传动轴相互锁合，保证卷筒只能向钢丝绳收绳方向旋转；在其重机作业过程中，通过对力矩限制器加以持续通电，始终给减摇钢丝绳一个张力，将其卷起，避免减摇钢丝绳的处于松散状态。
当出现吊具摇摆情况时，通过设定弹簧力来调整制动器给减摇钢丝绳的张力，从而保证在不同情况下阻止吊具的摇
摆。
目前大多数机械式防摇装置都是基于这个原理，但是该防摇装置非常复杂，可靠性又不高，因此维修保养的工作量较大，而且防摇效果并不是十分理想；另外还可以通过增加悬挂系统刚性抑制摇摆，此类装置同样存在维修保养工作量大和防摇效果不理想的缺点，因此机械式防摇技术还有待于改进和提高。
起重机防摇技术研究(标准版)
( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改起重机防摇技术研究(标准版)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.起重机防摇技术研究(标准版)摘要：在起重机的启动和停止以及加速和减速过程中，很容易使吊具左右或前后摆动，在一定程度上影响了起重装卸效率和提高了司机的劳动强度，因此我们要通过采用先进的防摇技术，通过实现对起重机的准确定位来起重机效率。
文章主要对当前使用比较广泛的起重机防摇技术进行了简要的探讨。
关键词：起重机；防摇技术；电子防摇Abstract:Atthestartandstopthecranes,aswellastheprocessofac celerationanddeceleration,itiseasytomakebeforeandafterspre aderorswingaroundtoacertainextentontheimpactoftheliftingef ficiencyandimprovehandlingofthelaborintensityofthedrivers, sowewantthroughtheuseofadvancedAnti-shaketechnology,throughtheimplementationoftheaccuratepositioningofthecranetocran eefficiency.Themainarticleonthecurrentuseofabroaderanti-sw aycranetechnologybrieflyexplored.Keywords:crane;anti-shaketechnology;electronicanti-sway一、前言吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。
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吊离地 ，小 车以额定速度运行 ，制动停车后 内，吊具 的摆幅控 制在以 内”的要 求，可以完成 系统的设计要求 ，在河北晋州项 目中成功应 用。
参考 文献 ：
【】 李 建． 箱装 卸桥 吊具 电子 防摇 系统 【】 口装 卸 ， １９ ， ）９ ｌ， １沈 集装 Ｊ， 港 ９ ８（ ：一１ ６ ［】 可 强． ２华 桥式 ｌ车 模糊 防摆 技术 ［ ， 中国 民航学 院学 报 ，２ ０ ，）１—５ 节 Ｊ 】 ００（ ：２１． ３
［】 Ｅ Ｓ Ｌ Ｒ ｃ ｎ ，Ｓｍｕａ ｏ ，Ｃ ｎ ｌｓ ｎ ｒ ｍｐ ｄ ｓ ｉａ ｏ ｏ — ４ ＫＲ Ｓ Ｒ ． ｅ ｅ ｔ ｉ ｌ ｉｎ ｏ ｃ ｉ ｓｆ ｔ ｕ ｏ ｏ Ｄａ ｅ ｃｌ ｔ ｎＣ ｎ ｏ ｌｉ ｔ ｌ ｆ ａ ｅ ［ ． Ｓ Ｔ ｐｃ ｌ ｅｉ ｇｏ ｏ ｏｉｓａ ｄ Ｒ ｍｏｅＳ ｓ ｍｓ ｒ ｎ ｓ ＡＮ ｏ ｉａ Ｍｅ ｔ ｎ Ｒ ｂ ｔ ｎ ｅ ｔ ｙ ｔ ｏ ｏ Ｃｒ Ｃ］ ｎ ｃ ｅ （ ｒｈ ０ １： ９ ８ ０ Ｍａ ２ ０ ） ７ － ５ ． ｃ ４ ４
２ ０ ， ）７ —０ ０ １（ ：７ １ ７ ７
根据 电子防摇 摆的硬件设计 ， 设计 系统的控制流程 图为图 ４所示 ，其 中 Ｈ为 吊具高度测量编码器的值 ，ｘ ，ｘ ｌ ２为两个设
定值 。
２４ 其它方面的设计 ． 在机械防摇摆之上 ， 上电气防摇 ，能够把在给定速度 下 加 满载 吊具的摆动时 间控制在一个可按受的范 围之内 ，笔者还针
［】 军 ，陈志 坚 ． 式起 重机 水 平运 行及抓 斗防 摆规 律研 究 ［． ５邹 桥 Ｊ 山东大 学学 】
报（ 自然科 学 版） ９ ８ ３４ ：３３３ ７ ， ９， （） ９ —９． １ ３
编号 ：０ ０ ４ ７７３
２０ ￣１ 月 自动化博览 ９ｔ ０７ ．０ 刊
第二 ，增加 电子防摇摆系统 …，通过 传感 器采集 吊具摇摆
角度及角速度来完成 。传感器 由两个 装置组成， 一个为红外光发 射装 置（ 发射器） ， 装在吊具顶架 中心位置； 另一个为可编程智能化
红外光接收装 置（ 接收器） ， 装在小车平台中心位置 ， 它与可编程控 制器（Ｌ ） Ｐ Ｃ 的连接， 用４ ２ ｍＡ模拟量信号 ， 采 －０ 通过在Ｐ Ｃ中编程 Ｌ 来调节各机构变频 器的加减速斜率来实现其功能如图 ３ 所示 。
［】 Ｉ Ａ， ｂｅｖ ｏ ｔ ｌ ｒ ￣ｉ ｒ ｈｅ ｉ ｎｉｎ ｌ ｖ ｒ ｅｄ ｒｎ ｓ ｓ ｇ ３ Ｇ Ｕ Ｏ ｓｒ￣ｃ ｎｒ ｌ ｇ ｆ ｒｅ ｍｅ ｓ ａｏ ｅ ａ ａ ｅ ｉ ｏｅ ｄ ｎ ｏ ｔ ｄ ｏ ｈ ｃ ｕｎ ｔ ａｉｇＪ，Ｍａ ｅ ｔ ａ ａ ｄＣ ｍｐ ｔ ｄ ｌ ｇｏ Ｄ ｎ ｍｉ ｌ ｙ ｔ ， ｉ ｓ ｌ ［ ｍｅ ｃ ｎ ］ ｔ ｍａ ｃ ｌ ｎ ｏ ｕｅ Ｍｏ ｅｉ ｙ ａ ｃ ｓ ｍｓ ｈ ｉ ｒ ｎ ｆ ａＳ ｅ
匝
臣 摆控制流程图
３ 结论
通过本文的设计和实验 ，在机械防摇摆与 电子防摇摆协同 工作下，可以达到 《 起重机设计手册》中国铁道 出版社 （９ ８ １９ ） 第 ２ ８页 “ ９ 目前 ，世界各国对 吊具减 摇装置的性 能要求是 ，起
图 ３ 电子 防摇摆组成示意 图
对 秸 秆 发 电厂 的具 体 情 况 ，提 以 下 建 议 ：
第一 ，在起重机作业工艺上 ，采取一 定措施 ，来减小 吊具 的摆动。 吊 带载后 ，必须提升到最大起升高度后 ，才能进行 具 小车方向和大车方向的运 动 ， 这样 ， 在相 同摆 动角度的情况下 ，
减小 了摆 动点与悬挂 点的距 离， 也能起到减小摆动幅度的效果。 第二 ，对秸秆 仓设 计 ，秸秆仓是半封 闭厂房 ，在起重机运 行轨 道的两端外 ，制作导风墙 ，能减小风载荷对起重机摆动的 影响。
维普资讯
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图 ２ 吊点 滑轮 的布置 示意图
２３ 电气方面的设计 ． 第一 ，传动系统采用变 频调 速 ，在启动和停止 、加速和减 速时采用缓慢 的无级调 速的方法 ，使得 吊具的摆幅变小 ，工作
稳定。