CN104832587A - 集装箱起重机磁流变智能减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集装箱起重机磁流变智能减震装置，包括一个集成控制器(1)、一个电信号控制接头(2)、一个传感器(3)、两个复合结构的磁流变阻尼器(5)、支撑杆(12)，该阻尼器(5)有两个阻尼缸，分别充有弹性胶泥(9)和磁流变液(12)，磁流变液(12)通过旁通式阻尼孔(13)进入活塞另一侧，该阻尼器内部设有解耦装置(22)。集成控制器(1)与阻尼器线头经电信号控制接头(2)连接，根据传感器(3)的测量值来将所需要的电流提供给两复合结构磁流变阻尼器(5)，从而控制结构的地震响应。本发明的集装箱起重机磁流变智能减震装置不需要过多的信号处理可以直接给出相应的控制策略，使用方便，减震效果明显。

Description

集装箱起重机磁流变智能减震装置

技术领域

本发明涉及集装箱起重机磁流变智能减震装置，是一种用在港口机械上的减震(振)装置。

背景技术

世界上许多港口是世界航运中心的枢纽，环太平洋岸线是地球地壳板块断裂层主要分布区域，许多大型港口码头就处于地震活动频繁的地带。地震威胁着港口码头物流设备的安全使用，尤其是在港口物流转运中心中起着重要作用角色的集装箱起重机。现代港口对其的装卸效率要求越来越高，致使集装箱起重机无论其外形尺寸还是额定起升载荷都有了显著提高，而起重机的大型化致使其更容易遭到地震的破坏。如1995年1月在日本神户库县南部发生的地震，导致神户港的集装箱码头遭毁灭性的破坏，至今也没有恢复到震前的状况。

当集装箱起重机受到地震灾害作用时，门腿会大幅摇摆，很容易发生屈曲变形，可能会使整个起重机发生破坏。经研究证明集装箱起重机在地震载荷下沿大梁方向的振动对起重机的破坏最为严重。为了提高集装箱起重机的抗震性能，上海振华重工有限公司于2006年设计并制造了第一台具有双偏心回转支撑式隔震装置超巴拿马岸边集装箱起重机，但是这种结构要达到一定的减震效果需要合适的阻尼器和弹簧机构，系统复杂制造成本高。

对于结构的振动控制方法主要有被动控制、主动控制和半主动控制，其中半主动控制是通过改变半主动元件的参数来改变对结构振动控制程度。既有被动控制的可靠性，又具有主动控制的可调性，反应快，耗能小，在各个领域的振动控制中运用非常广泛。

因此，如何有效提高集装箱起重机的抗震性能，采用有效的减震装置，如何将磁流变智能减震装置采用半主动控制运用在港口机械上是一个需要解决的问题。是本技术领域的科研人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现代大型集装箱起重机在地震作用下，沿大梁方向门腿易屈曲变形而导致整个结构发生破坏的问题，提出了一种易于实现和控制的集装箱起重机磁流变智能减震装置。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其包括一个集成控制器、一个电信号控制接头、一个传感器、两个复合结构的磁流变阻尼器、支撑杆，其中：每个磁流变阻尼器带有一根活塞杆和两个阻尼缸，两个阻尼缸分别充有弹性胶泥和磁流变液，活塞杆内部装有解耦装置；集成控制器与阻尼器线头经电信号控制接头连接，再根据传感器的测量值将所需要的电流提供给阻尼器，来控制集装箱起重机的地震响应。

所述两个复合结构的磁流变阻尼器采用同一结构，对称安装在与集装箱起重机相连的翘翘梁装置的两侧，分别与翘翘梁结构的上安装板和下安装板铰接相连。

所述的上安装板与集装箱起重机的门框横梁连接，下安装板通过连接板与两根交叉布置的支撑杆的上端连接，所述支撑杆的下端分别与集装箱起重机的两个门腿相连。

所述的两根支撑杆均装有与之螺纹相连的预紧装置，该预紧装置由带内螺纹的圆管组成。

所述的解耦装置由解耦挡板和解耦槽组成，其中解耦槽内充满弹性胶泥。

所述的磁流变液，经过旁通式阻尼孔在磁流变液阻尼缸内上下流动。

所述复合结构磁流变阻尼器外加的环形励磁线圈经接线头与电信号控制接头连接，电信号控制接头与集成控制器连接，传感器直接与集成控制器连接。

所述集成控制器主要由以电信号相连的信号采集器、数据处理器、电压或电流控制器组成。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

1.所提出的复合结构磁流变阻尼器采用两级活塞协同耗能减震，由磁流变液和弹性胶泥产生阻尼力，可以产生较大的控制力，阻尼器在集成控制器的作用下，可以根据实时情况控制阻尼器的控制力，使阻尼器的出力接近最优，尤其适合于集装箱起重机在地震载荷下的大幅振动。

2.由于现代集装箱起重机结构庞大，中心高，本发明采用翘翘梁装置，能够使两复合结构磁流变阻尼器都能充分利用，连接翘翘梁装置和门腿之间的支撑杆安装有预紧装置，克服了因支撑杆发生屈曲而降低减震效果的缺点。

3.复合结构磁流变阻尼器在低频大幅振动时胶泥和磁流变液同时产生控制力，在小幅振动时，解耦装置起作用，只有磁流变液产生控制力，可以防止在抗震过程中因断电而产生的抗震失效，有助于提高该减震装置的稳定性。

4.所采用的每个磁流变阻尼器都带有2个旁通式阻尼孔，通电线圈外置，是一种构造简单、稳定性好，便于维护的阻尼器，它能在一定程度上克服传统阻尼器中磁流变液的沉降问题，方便垂直安装。

附图说明

图1为本发明集装箱起重机磁流变智能减震装置的示意图。

图2为图1中复合结构磁流变阻尼器结构示意图。

图中：1.集成控制器；2.电信号控制接头；3.传感器；4.上安装板；5.磁流变阻尼器；6.下安装板；7.连接板；8.翘翘梁铰；9.阻尼器安装铰；10.安装铰；11.预紧装置；12.支撑杆；13.门框横梁；14.门腿；15.缸盖；16.弹性胶泥；17.螺栓；18.副活塞；19.磁流变液；20.阻尼孔；21.环形励磁线圈；22.主活塞；23.活塞杆；24.接线头；25.密封挡板；26.解耦槽；27.解耦挡板；28.密封橡胶；30.缸体。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的一种集装箱起重机磁流变智能减震装置，其结构如图1和图2所示，包括集成控制器1、电信号控制接头2、传感器3以及两个复合结构的磁流变阻尼器5，该阻尼器5通过阻尼器安装铰9对称装在翘翘梁结构的两侧，翘翘梁装置由上安装板4和下安装板6采用翘翘梁铰8装在一起。上安装板4与集装箱起重机的门框横梁13连接，下安装板6通过安装铰10与连接板7的一端相连，连接板7的另一端与支撑杆12的一端铰接，支撑杆12的另一端与集装箱起重机的门腿14交叉铰接。支撑杆12上装有预紧装置11，预紧装置11内部有螺纹且与支撑杆12上的外螺纹相配合。阻尼器5带有两个阻尼缸，分别充有弹性胶泥16和磁流变液19，并采用密封橡胶28密封。阻尼器的活塞杆23上有一个主活塞22和一个副活塞18，活塞杆23带动主活塞22和副活塞18运动，在主活塞22的作用下磁流变液19通过旁通式阻尼孔20上下流动，阻尼孔20的外圈安装有环形励磁线圈21，环形励磁线圈21通过接线头24与电信号控制接头2连接；副活塞18可分为上下部分，采用螺栓17连接，其内部带有解耦装置。

所述集成控制器1由以电信号相连的信号采集器、数据处理器、电压(或电流)控制器等元器件组成，其作为传感器3的数据采集器，根据集成控制器内已编的算法处理数据，通过电信号控制接头向阻尼器5发出控制信号，实现阻尼器5的最佳控制力的输出。

所述传感器3采用位移传感器或加速度传感器，其布置在集装箱起重机门腿靠近横梁处，用于测量门腿易损部位的位移或加速度响应。

所述两个阻尼器5，均设有两个能够防止磁流变液沉降的旁通式阻尼孔13、一根活塞杆23，以及位于缸体29中上下排列的且由密封挡板25隔开的两个阻尼缸。上部的阻尼缸充有弹性胶泥16，并且由缸盖15和密封挡板25密封；下部的阻尼缸充有磁流变液19。

所述活塞杆23装有解耦装置。当集装箱起重机在强震作用下，阻尼器可以产生很大的控制力，还可以防止在地震作用过程中因断电而产生的抗震失效，有助于提高该减震装置的稳定性。

所述复合结构磁流变阻尼器5，主要由弹性胶泥16、磁流变液19、阻尼孔20、主活塞22、环形励磁线圈21、密封橡胶28、副活塞18、接线头24、活塞杆23等部件组成，其中控制导线从活塞杆端引出。该复合结构磁流变阻尼器的底部装有密封橡胶28，以防止磁流变液19的泄漏。该阻尼器采用阻尼器安装铰9装在翘翘梁结构的上安装板4和下安装板6之间。该阻尼器在地震作用载荷下运动，可以同时消耗地震能量。

所述的磁流变阻尼器5外加的环形励磁线圈21经阻尼器的接线头24与电信号控制接头2连接，改变电流大小来调整磁流变液19的状态，控制阻尼器的出力。

所述预紧装置11内部带有内螺纹，且支撑杆12上带外螺纹，两者相互配合，预紧装置11安装在支撑杆12上，使支撑杆时刻处于拉紧状态，并防止其屈曲变形。

所述支撑杆12有两根，其一端分别与集装箱起重机的门腿14相连，另一端通过连接板7与下安装板6交叉相连。

所述弹性胶泥16是一种新型高阻尼、体积可压缩、流动性强介质，其粘度可达10⁷MPa·s，当外压达到500MPa时，体积压缩率不小于17％，而且抗老化能力强。该弹性胶泥科由市场上购买。

所述磁流变液19是一种可控流体，无磁场作用时，其具有良好的流动性，而在磁场作用下，磁流变液可在毫秒级时间内连续、可逆地实现从液态到固态的转变，其特性也会随之改变，其在主活塞22的作用下，流经两阻尼孔20时，在电磁场作用下使整个阻尼器的控制力根据集成控制器1的命令来变化，这样既可以改变控制力，还可以防止磁流变液19的沉淀；在强震作用下可以产生很大的控制力，还可以防止在地震作用过程中因断电而产生的抗震失效，有助于提高该减震装置的稳定性。

所述解耦装置为自解耦装置，通过螺栓17装在副活塞18的内部，该解耦装置由解耦挡板27和解耦槽26组成，其中解耦槽26内充满弹性胶泥16，由于集装箱起重机在地震载荷下门腿的摇动属于大幅、低频振动，这样磁流变阻尼器5在强震载荷作用下，集成控制器1能根据传感器3的测量值将所需电流提供给两复合结构的磁流变阻尼器5，同时活塞杆23会带动副活塞18运动，使阻尼器5的出力更大，达到理想的控制力；在小震作用时，阻尼器5只有磁流变液19产生控制力。

所述翘翘梁，其结构是：设有上安装板4、下安装板6；在翘翘梁的左右两侧各布置一个磁流变阻尼器5，磁流变阻尼器5通过安装铰9与翘翘梁上安装板4、下安装板6进行连接。下安装板6的一端通过安装铰10与支撑杆8的一端铰接相连。支撑杆8的另一端与门腿的铰接相连。上安装板4固定在集装箱起重机的横梁上。

本发明提供的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其工作过程是：在地震载荷作用时，集装箱起重机门腿会发生大幅摆动，经传感器3侧得门腿的地震响应，并将其送到集成控制器1，集成控制器1根据所得到的信号，为阻尼器5提供所需的电流，电流产生磁场改变磁流液的状态，从而控制阻尼器5的出力范围；与此同时，阻尼器5的解耦装置会失去作用，弹性胶泥16也会流动产生阻尼力，与磁流变液19一起为集装箱起重机结构提高合适的控制力。当集装箱起重机在小震作用下时，集装箱起重机结构的变形较小，此时，集成控制器1会提供较小的电流给阻尼器5，阻尼器5的控制力比较小，而解耦装置会起作用，弹性胶泥16不会产生变形，因此，只有磁流变液19会产生控制力，满足一定的控制要求。

本发明提供的集装箱起重机磁流变智能减震装置是一种专门应用于装箱起重机在地震载荷下的振动控制装置。该装置固接在集装箱起重机的门框横梁13上，应用时，可以根据门腿在地震载荷下的反应实时调整磁流变阻尼器5的电流大小来改变控制力，采用支撑杆12连接至起重机的门腿14上，在预紧装置11的作用下可以使支撑杆12时刻处于拉紧状态，并防止其屈曲变形。采用本发明的集装箱起重机磁流变智能减震装置，可以满足集装箱起重机的抗震需求和抵抗自身结构遭到破坏，实现理想的减震效果。

Claims (8)

1.一种集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于包括一个集成控制器(1)、一个电信号控制接头(2)、一个传感器(3)、两个复合结构的磁流变阻尼器(5)、支撑杆(12)，其中：每个磁流变阻尼器(5)带有一根活塞杆(23)和两个阻尼缸，两个阻尼缸分别充有弹性胶泥(16)和磁流变液(19)，活塞杆(23)内部装有解耦装置；集成控制器(1)与阻尼器线头经电信号控制接头(2)连接，再根据传感器(3)的测量值将所需要的电流提供给阻尼器(5)，来控制集装箱起重机的地震响应。

2.如权利要求1所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于：所述两个复合结构的磁流变阻尼器(5)采用同一结构，对称安装在与集装箱起重机相连的翘翘梁装置的两侧，分别与翘翘梁结构的上安装板(4)和下安装板(6)铰接相连。

3.如权利要求1所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于：所述的上安装板(4)与集装箱起重机的门框横梁(13)连接，下安装板(6)通过连接板(7)与两根交叉布置的支撑杆(12)的上端连接，所述支撑杆(12)的下端分别与集装箱起重机的两个门腿(14)相连。

4.如权利要求3所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于所述的两根支撑杆(12)均装有与之螺纹相连的预紧装置(11)，该预紧装置(11)由带内螺纹的圆管组成。

5.如权利要求1所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于所述的解耦装置由解耦挡板(27)和解耦槽(26)组成，其中解耦槽(26)内充满弹性胶泥(16)。

6.如权利要求1所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于：所述的磁流变液(19)，经过旁通式阻尼孔(20)在磁流变液阻尼缸内上下流动。

7.如权利要求2所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于：所述复合结构磁流变阻尼器(5)外加的环形励磁线圈(21)经接线头(24)与电信号控制接头(2)连接，电信号控制接头(2)与集成控制器(1)连接，传感器(3)直接与集成控制器(1)连接。

8.如权利要求1所述的集装箱起重机磁流变智能减震装置，其特征在于：所述集成控制器(1)主要由以电信号相连的信号采集器、数据处理器、电压或电流控制器组成。