橋式起重機(jī)智能防擺控制技術(shù)研究

徐振勇

（山東萊鋼物流發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 271104）

現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展背景中，很多研究人員深入探討橋式起重機(jī)定位和消擺方面，在控制方法、狀態(tài)反饋以及位置控制等多方面來(lái)開(kāi)展橋式起重機(jī)智能防擺技術(shù)，但是這些計(jì)算的方法對(duì)起重機(jī)模型的依賴(lài)性較強(qiáng)。這種情況下，相關(guān)研究人員設(shè)計(jì)出了一些智能防擺控制的技術(shù)控制方法，能夠有效遠(yuǎn)離對(duì)系統(tǒng)模型的依賴(lài)性，同時(shí)能夠準(zhǔn)確處理數(shù)據(jù)，對(duì)防擺系統(tǒng)進(jìn)行跟隨控制，改善系統(tǒng)的性能。

1 橋式起重器吊物擺動(dòng)現(xiàn)象的原因

橋式起重機(jī)重要的組成部分就是柔性鋼絲繩，鋼絲繩是起重機(jī)吊物搖擺主要原因。起重機(jī)在工作中如果加速或者減速，由于慣性的作用，吊物行走會(huì)慢于起重機(jī)，這時(shí)候吊物和鋼絲繩的出繩點(diǎn)就會(huì)有一個(gè)角度形成，致使重力作用下吊物以鋼絲繩出繩點(diǎn)為吊點(diǎn)，鋼絲繩長(zhǎng)度為半徑來(lái)回?cái)[動(dòng)，如果吊物重量較大，那么擺動(dòng)的范圍就會(huì)相對(duì)小一些，也可以將其看做單擺現(xiàn)象。根據(jù)單擺周期公式可以得出結(jié)論，吊物擺動(dòng)的周期和吊物的質(zhì)量是沒(méi)有任何關(guān)系的，其只和鋼絲繩長(zhǎng)度有關(guān)，如果鋼絲繩越長(zhǎng)，那么吊物擺動(dòng)的周期就會(huì)越大。

2 橋式起重機(jī)智能防擺控制技術(shù)

2.1 機(jī)械防擺一般采取的措施

（1）加大小車(chē)處鋼繩的出繩角度。這種做法操作起來(lái)較為簡(jiǎn)單，并且投入的成本少，例如在起重機(jī)吊具的四個(gè)角上，通過(guò)滑輪將鋼絲繩引出來(lái)，就形成了倒八字的一個(gè)機(jī)構(gòu)。然后水平移動(dòng)這些吊物的時(shí)候，由于左右兩邊的鋼絲繩都在受力，所以吊物擺動(dòng)也被較好的限制起來(lái)，不僅防擺效果好，而且在很多起重機(jī)防擺技術(shù)中都有應(yīng)用。

（2）交叉鋼絲繩防擺。施工人員遵循小車(chē)運(yùn)行的方向在小車(chē)駕上設(shè)置兩組交叉懸掛的減搖鋼絲繩和驅(qū)動(dòng)裝置，在驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的作用下，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一定的張力，然后有效控制吊物擺動(dòng)，但是這種方法在不同的起吊載荷式操作下所得到的差異也會(huì)不同。

（3）分離小車(chē)式防搖擺。一般來(lái)說(shuō)，這種方式會(huì)使小車(chē)在行走的時(shí)候，兩組小車(chē)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)漸漸像兩側(cè)分離，這時(shí)候的鋼絲繩就是V型，一定程度的控制載荷擺動(dòng)；而當(dāng)小車(chē)停止運(yùn)行時(shí)，兩組小車(chē)會(huì)自動(dòng)靠攏，然后執(zhí)行起升或者下降的指令，不過(guò)這種方式會(huì)加大小車(chē)負(fù)荷的重量，同時(shí)機(jī)構(gòu)也較為復(fù)雜。

（4）蹺板式防搖擺。蹺板式防搖擺裝置中主要包括磽板梁和安裝起重機(jī)上的液壓緩沖缸，在小車(chē)加速的情況下，其受到慣性力的作用，載荷會(huì)沿著小車(chē)運(yùn)行的反方向擺動(dòng)，這就會(huì)使蹺梁板向一側(cè)傾斜，產(chǎn)生的能量被液壓緩沖缸吸收［3］。如果在小車(chē)運(yùn)行中，載荷向著反方向擺動(dòng)受到阻礙，就會(huì)自主改變方向繼續(xù)擺動(dòng)。在這樣反復(fù)運(yùn)動(dòng)下，液壓缸將所有的能量全部吸收，有效的控制載荷擺動(dòng)，并且操作起來(lái)較為簡(jiǎn)單，獲得的效果明顯，不過(guò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

2.2 電氣防搖擺措施

（1）我國(guó)現(xiàn)階段橋式起重機(jī)中有很多不同種類(lèi)的控制器、變頻器等技術(shù)，有效帶動(dòng)了電氣防搖擺控制系統(tǒng)的發(fā)展。電氣防搖擺控制系統(tǒng)的原理主要是小車(chē)在加速運(yùn)行中，先測(cè)量其吊鉤擺動(dòng)的角度，然后合理控制小車(chē)做加速或加速動(dòng)作來(lái)限制吊鉤的擺動(dòng)，如果小車(chē)達(dá)到了某一設(shè)定的速度時(shí)，那么吊鉤的擺動(dòng)角度就會(huì)很小，甚至不動(dòng)，成功抵消偏擺角。電氣防搖擺控制技術(shù)多借助開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)或者閉環(huán)控制系統(tǒng)完成，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)較為方便，在操作的時(shí)候不需要測(cè)量偏擺角，只要依據(jù)測(cè)量好的數(shù)據(jù)來(lái)控制起重機(jī)防搖即可。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)能夠減少大部分的搖擺度，也能有良好的穩(wěn)定效果，同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)的需求，降低施工人員控制的難度和成本。而閉環(huán)控制系統(tǒng)要麻煩許多，施工人員要增加偏擺角測(cè)量的裝置，雖然控制精度較高，穩(wěn)定性好，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，其控制起來(lái)還是比較復(fù)雜的，并且成本投入高。因此，起重機(jī)智能防擺控制技術(shù)多是選用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。如果設(shè)置的防搖輔助功能參數(shù)正確無(wú)誤，那么相應(yīng)的變頻器就可以測(cè)量出吊鉤的高度，并且借助通訊將數(shù)據(jù)傳輸給車(chē)上的變頻器。

（2）防搖擺系統(tǒng)電氣控制方法。一般來(lái)說(shuō)，電氣控制思路分為：小車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)或者加速的時(shí)候，研究人員要先根據(jù)小車(chē)運(yùn)行加速速度來(lái)正確計(jì)算鋼絲繩偏擺角度，然后借助編碼器測(cè)量計(jì)算鋼絲繩的長(zhǎng)度，然后根據(jù)繩長(zhǎng)以及偏擺角精準(zhǔn)計(jì)算重物偏擺距離和周期，接著讓小車(chē)在特定距離內(nèi)進(jìn)行減速運(yùn)行，保證鋼絲繩的中心和吊物中心位置在豎直方向處于重合狀態(tài)，催動(dòng)小車(chē)加速運(yùn)動(dòng)，速度和吊物速度相同，有效消除吊物偏擺，使吊物能夠穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，減速停止過(guò)程中的控制和加速中控制原理相同，技術(shù)人員只要對(duì)其機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的加速和減速控制即可。

（3）電氣防搖技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展。雙脈沖前饋控制是以二階理論為基礎(chǔ)的控制手段，在防搖控制系統(tǒng)找那個(gè)再加入一些先進(jìn)的控制技術(shù)，通過(guò)多次嘗試取得相應(yīng)的結(jié)果，例如得到了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)防范。其中，模糊控制主要是模仿起重機(jī)操作者實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)建立一個(gè)模糊控制規(guī)則庫(kù)，在小車(chē)速度控制之下，減少本身具備的不確定性、不精準(zhǔn)性、噪音等困難?，F(xiàn)階段，模糊技術(shù)已經(jīng)深入到起重機(jī)防搖試驗(yàn)和仿真方面，而模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器主要是一個(gè)四層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中第一層代表輸出，第二層代表模糊化成層，第三層是會(huì)規(guī)則層，第四層是輸出層。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器能夠良好解決模糊控制中的難題，例如模糊規(guī)則的自動(dòng)提取操作，大大提高了控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)因?yàn)樾枰罅康膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和真實(shí)的理論模型來(lái)支撐，研究人員只能通過(guò)長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，所以，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在還在探索中。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，起重機(jī)的防搖擺技術(shù)正處于快速發(fā)展時(shí)期，將帶動(dòng)起重設(shè)備向智能化方向發(fā)展。