船用起重机减摇装置设计.pdf

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1、第46卷第6期船海程Vo1．46No．62017年12月SHIP&0CEANENGINEERINGDec．2O17DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2017．06．008船用起重机减摇装置设计韩广冬，张桐，陈海泉，张金男，孙玉清，王生海(大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026)摘要：针对船用起重机的吊重摇摆抑制问题，设计一种船用起重机吊盘减摇装置，利用2根恒张力减摇索和主吊索在吊盘处形成相对稳定的力的三角形，同时吊盘将减小吊绳及吊重的摆幅。建立吊重在有无吊盘下的运动学方程，在Matlab／Simulink软件中对模型进行仿真分析，对比分析在船舶

2、不同的横、纵摇运动角度下有无减摇装置时吊重的摇摆，结果表明，有吊盘的情况下，吊重的摆角可减小70％左右，通过搭建试验平台进行试验，得到有吊盘时，吊重的摆角可减小60．7％左右，验证了减摇装置的有效性。关键词：船用起重机；减摇装置；运动学模型；Matlab／Simulink软件中图分类号：U664．4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)06-0038-05船用起重机在海上作业过程中由于受到风、阻碍吊物的单摆运动，等同于减小吊物单摆摆长，浪、流等外部环境和自身操纵的影响，起重机吊重同时利用2根恒张力减摇索和主吊索在吊盘处形会产生摆动，从而影响船用起重机工作的高效

3、性成相对稳定的力的三角形，从而减小摆动幅度。和安全性。因此，对船用起重机吊重系统进行动吊盘减摇装置试验台结构见图1。力学建模并进行吊重的摆动控制，这对船用起重机作业的安全高效具有非常重要的意义⋯。在起重机系统的动力学研究中，将船体对吊重的直接作用直接简化为吊臂头上吊绳吊点处的简谐激励，这种模型实际上是将吊重作为一个空间摆，研究表明即使是吊点的平面运动，在一定条件下也会使吊重产生空间摇摆，甚至产生混沌运动。还有将船舶运动和吊重的摆动进行耦a)l视图b)侧合分析，建立多体动力学模型引。在起重机吊重卜坫；2一回转l乜机i3-蜗轮蜗杆减速器；4-转轴结构；5-支撑平台：的减摇控制方面

4、，现有的减摇方法在理论上具有6．蕊乖引收放绞车；7．'=r=柱；8-导向臂架：9-吊物：10．吊盘乖引绳一定的效果【10-14]，但是机构和控制都非常复杂，I1．微：12一吊虢悬挂绳：13一旋臂：14．变幅绞车：I5．物收放绳；I6．微收放绳：l7。吊黼收放绞车：18一吊物收放绞车并没有实际实验，存在很大的局限性。图1吊盘减摇装置模型结构为了解决现有船用起重机作业时吊重的摆动问题，同时克服现有减摇装置存在的不足，提出一2起重机吊重的动力学模型种吊盘式机械减摇装置。实际上，起重机本身就存在刚体与弹性体相1吊盘装置的原理与结构互耦合作用。另外，起重机的运动还受到船体与设置船用起重

5、机吊盘式减摇装置，通过吊盘风、浪、流等载荷的相互耦合作用，具有很强的非线性特征。考虑通过2减摇绳DE、DF和主吊索收稿日期：2017—01—19DB形成一个相对稳定的力的三角形(见图2所修回日期：2017—03—20示)，起到对吊重的减摇效果。基金项目：中央高校基本科研业务费专项资助项目将船体视为一个激励平台，进行横摇和纵摇。(3132014332，3132015025)；辽宁省自然科做如下假设：吊重视为质点，吊绳质量与吊重相比学基金资助项目(2015020132)第一作者：韩广冬(1991一)，男，硕士生可忽略不计；吊绳无弹性形变；船用起重机的吊臂研究方向：船用起重机减摇和

6、波浪补偿视为刚体，忽略弹性形变；船体在规则波上运动。382017年第6期韩广冬，等：船用起重机减摇装置设计船海工程第46卷根据以上假设和吊盘装置的原理，得到所研点的坐标。究起重机吊盘式减摇系统的模型，如图2所示。根据笛卡尔矢量形式对吊盘和吊重进行受力分析。1)对吊盘进行静力学分析。F1((f—d)／ldf+(。一d)／ld。)+F2((h一d)／ldh+(b—d)／lbd)=0FI((Yf—Yd)／ldf+(Y。一Yd)／ld)+F2((Yh—Yd)／Zdh+(Yb—Yd)／lbd)：0Fl((zf—zd)／ldf+(。一zd)／ld)+((zh—zd)／ldh+(zb—d)

7、／lbd)=0图2船用起重机吊盘式减摇系统模型(6)对图2中各参考系坐标系的定义如下：(0。2)吊重运动学分析(有吊盘)。一y0)为大地惯性坐标系，(0。一XY1Z。)为，，h=F2(d一h)／Zdh定位在船体上的船体坐标系，初始(0。一X。Y,z){mh=F：(Yd—Y)／ldh(7)坐标系和大地惯性坐标系(0。一Zo)重合，船Lmzh=F2(zd—zh)／ldh—mg舶6自由度坐标曲线受到波浪激励运动，(0一y2z2)为定位在底座上的坐标系原点0：为起3)吊重运动学分析(无吊盘)。重机基座与船体的交