CN102092638B - 起重机减振系统 - Google Patents

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Abstract

一种起重机减振系统，包括可以安装在起重机架上的振动传感器。此外在还有可以安装在起重机架上的直线电机。本发明所述的系统还包括可以通过直线电机移动的并且可以与起重机架机械耦合的质量。此外还设有控制装置，其被测量输入端与振动传感器相连，并且其控制量输出端与直线电机相连。

Description

起重机减振系统
技术领域
通常使用集装箱起重机作为装卸装置对集装箱船进行装卸作业。通过集装箱起重机在水侧从船上吊起集装箱，利用行车运动将其送向岸边放下，然后再从这里运走。当行车运动时，会激励集装箱起重机在行车行进方向发生振动。视集装箱起重机的结构型式和大小而定，这种振动的幅度可能会达到一米。风力还会强化这种振动。
背景技术
除此之外，在吊起和放下集装箱时还要注意公差限度。在船中或岸上吊起或放下集装箱时，通常可以允许大约10mm以下的偏差。如果集装箱起重机振动过于强烈，则必须等待减振到能够允许的最小值，才能继续进行装卸作业。在集装箱转运过程中，这种等待会耗费许多时间，并且会因此而产生并非所愿的附加费用。
如果要减小集装箱起重机的振动，可以采用的方式例如有建造更加稳定的龙门架。单纯采用更厚的钢板并不足以达到目的。为了设计更加稳定的龙门架，通常必须改变跨距、横截面以及集装箱起重机上的通过高度。但这在许多集装箱起重设备中是特别棘手的问题。
除了改变集装箱起重机的结构之外，也可以使用减振器(Tilger)。减振器通常包括具有弹性元件的阻尼器，其核心作用元件是与被减振对象反向振动的自身振动质量。对集装箱起重机的减振器进行调整使其与起重机振动频率相一致。振动质量与阻尼器共同构成摆锤，起重机振动的动能被传递给摆锤，通过摆锤将其阻尼。减振器的摆锤质量越大，则减振器愈加有效，因为较大的质量可以传递较高的力。但是为了有效减振，在集装箱起重机中需要重量在几十吨范围内的非常大的振动质量。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种便于集成在集装箱起重设备之中有效使起重机架减振的系统。
采用具有权利要求1所述特征的一种系统，即可解决这一任务。相关从属权利要求所述均为本发明的有益改进实施方式。
本发明所述的集装箱起重机减振系统包括可以安装在起重机架上的振动传感器，此外在还有可以安装在起重机架上的直线电机；本发明所述的系统还包括可以通过直线电机移动的、并且可以与起重机架机械耦合的质量；此外还设有控制装置，其被测量输入端与振动传感器相连，并且其控制量输出端与直线电机相连。可通过直线电机移动的质量仅为传统型被动减振器的振动质量的几分之一。除此之外，基本上可以在不对集装箱起重机进行结构改动的情况下将本发明所述的系统集成在现有设备之中。
附图说明
以下将根据附图所示的一种实施例，对本发明进行详细解释。附图如下图1设有主动减振系统的集装箱起重机的示意图，
具体实施方式
附图所示的集装箱起重机包括用来使起重机架减振的系统，其具有安装于起重机架21上的振动传感器11。速度受控的直线电机14安装在与起重机架21相连的悬臂22上，行车23连同通过吊具25固定的集装箱26可以沿着该悬臂在码头设备31和集装箱船的水侧的靠泊区32之间运动。直线电机14可以在行车23的行进方向运动。在直线电机14上固定了可以通过直线电机14沿着行车23的行进方向24运动、并且通过直线电机14以及悬臂22与起重机架21机械耦合的质量15。除了布置在悬臂22上之外，也可以将直线电机14与质量15安装在集装箱起重机的桥架上。在悬臂22或桥架上安装配重27，用于稳定起重机架21。
除此之外，起重机架减振系统还包括控制装置13，其被测量输入端通过滤波器12与振动传感器11相连。控制装置13的控制量输出端与直线电机14相连，并且构造用于将速度额定值VLM传输给集成在直线电机13之中的速度控制器。此外附图所示的减振系统还包括用来对直线电机14进行控制、换向的直线测量系统。作为对速度控制器的补充或替代，可以配置配属于直线电机14的电流控制器或者力控制器。在这种情况下，可通过控制装置的控制量输出端，将力额定值或电流额定值传输给力控制器或电流控制器。
振动传感器11和控制装置13之间的滤波器12与起重机架21的振动频谱相一致，并且也可以用来处理例如振动传感器11所采集的测量信号。除此之外，振动传感器11还构造用于检测行车23行进方向24中的振动。
速度受控的直线电机14将质量15加速，使得产生反作用于起重机架21的补偿运动。与质量15的加速方向相反的力通过悬臂22作用于起重机架21，可将其用来给起重机架21和悬臂22减振。直线电机14的运动保持在受限的范围内，并且通过控制装置13的设置以及通过运动的质量15根据规定的边界条件进行改变。
例如可以利用干扰优化设置或者阻尼优化设置来实现直线电机的速度控制。所谓阻尼优化设置，指的是根据起重机架21或悬臂22的待减振的振动频率，对集成在直线电机14中的速度控制器的参数进行设置。这样即使没有传感器信号，或者没有通过控制装置13进行控制的情况下，直线电机14和质量15也能作为被动减振器进行工作。例如可以基于软件根据直线电机14所移动的有效质量15，对集成有速度控制器的直线电机14的控制刚度(Regelsteifigkeit)进行设置。利用进行减振的上级的控制装置13使得直线电机14变成主动减振器。与被动减振器相比，采用主动减振器可以显著减小有效质量15。
在本实施例中，速度控制器包括比例积分控制器，其增益KP和积分时间(Nachstellzeit)TN被设置为与起重机架21的谐振频率f0相关并且与直线电机14移动的质量mLM相关的值。通过增益KP和积分时间(Nachstellzeit)TN确定速度受控的直线电机14的控制刚度CREG：
C REG = K P T N
根据直线电机14移动的质量mLM进行阻尼优化设置时，可适当选择该控制刚度CREG，使得直线电机14的频率fLM和起重机架或悬臂22的谐振频率f0相当：
f LM = f 0 = 1 2 π C REG m LM
这样就将作为被动减振器的直线电机14调整到与集装箱起重机的谐振频率相一致。因此应根据以下公式来设置增益KP：
KP＝(2πf0)mLMTN
在没有通过控制装置13进行控制的情况下，速度受控的直线电机14就作为传统的被动减振器进行工作，其作用在这种情况下与有效质量15有很大关系。采用通过控制装置13进行主动控制的方式，使得直线电机14变成为一种主动减振器，其作用不再单纯通过振动质量15的惯性力来实现，而是通过直线电机14的驱动力来实现。因此在主动减振器中，通过直线电机14移动的质量要小得多。
在干扰优化设置中可适当设置速度控制器的参数，使得速度控制器具有尽可能大的带宽。采用这样一种刚性的设置，直线电机就像固定连接在集装箱起重机上一样作用，并且可提供附加质量。只有采用通过控制装置13进行主动控制的方式，才能实现减振。直线电机14于是产生减振所需的力，其作为反力作用于悬臂22或起重机架21。增益越大，则直线电机的速度额定值越大。速度额定值越大，则直线电机14产生的力越大。因此所需的有效质量15比较小。
使用直线电机14来主动给起重机减振的好处在于：可以很容易随时根据变化的边界条件调整控制器参数。与设有机械阻尼元件的被动减振器相比，直线电机几乎不需要维护且没有磨损。
按照一种优选实施方式，设置配属于直线电机14的级联控制系统，该控制系统除了包括电流控制器或力控制器之外，还包括速度控制器以及位置控制器连带可设置参数的控制回路环节。可以对速度控制器适当进行参数设置，使得形成可根据振动频率和阻尼设置参数的可振动的系统，其作为减振器起作用。除此之外，还可以对处理振动被测量的控制装置适当进行参数设置，使得近似地产生可在直线电机的作用点预先设定的空间中的绝对阻尼。在这种情况下，可对配属于直线电机14的位置控制器或速度控制器适当进行参数设置，使得可在直线电机的作用点预先设定的绝对阻尼得以保持，同时保证直线电机在确定的工作范围内运动。
本发明的应用并不限于本发明所述的实施例。

Claims (14)

1.起重机减振系统，包括
-能安装在起重机架上的振动传感器，
-能安装在起重机架上的直线电机，
-能通过直线电机移动并且能与起重机架机械耦合的质量，
-控制装置，其被测量输入端与振动传感器相连，并且其控制量输出端与直线电机相连，
其特征在于，
-设有配属于直线电机的级联控制系统，其包括电流控制器和/或力控制器、速度控制器和位置控制器连带能设置参数的控制回路环节，
-速度控制器这样进行参数设置，使得形成可根据振动频率和阻尼设置参数的可振动的系统，其作为减振器起作用。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，设有对直线电机进行控制和换向的直线测量系统。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，设有配属于直线电机的速度控制器，且通过控制装置的控制量输出端传输的控制量是用于速度控制器的速度额定值。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述速度控制器包括比例积分控制器，其增益和积分时间被设置为与起重机架的谐振频率并且与直线电机移动的质量相关的值。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，设有配属于直线电机的电流控制器和/或力控制器，并且通过控制装置的控制量输出端传输的控制量是用于力控制器和/或电流控制器的力额定值和/或电流额定值。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，设有配属于直线电机的速度控制器和配属于直线电机的电流控制器和/或力控制器，并且通过控制装置的控制量输出端传输的控制量是用于力控制器或电流控制器的速度额定值和力额定值和/或电流额定值。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，处理振动被测量的控制装置这样进行参数设置，使得产生在空间中可在直线电机的作用点预先设定的绝对阻尼。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，配属于直线电机的位置控制器和/或速度控制器这样进行参数设置，使得可在直线电机的作用点预先设定的绝对阻尼得以保持，同时保证直线电机在确定的工作范围内运动。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，在振动传感器和控制装置之间设有滤波器，其与起重机架的振动频谱相一致。
10.根据权利要求1或2所述的系统，其中，其中振动传感器构造用于检测起重机的行车的行进方向上的振动。
11.根据权利要求1或2所述的系统，其中，其中直线电机构造用于在行进方向上移动起重机的行车。
12.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述能与起重机架机械耦合的质量被安装在直线电机上。
13.根据权利要求1或2所述的系统，其中，直线电机被安装在起重机的桥架上。
14.根据权利要求1或2所述的系统，其中，直线电机被安装在起重机的悬臂上。
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