CN110775820A - 吊具减震系统和减震方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起重机技术领域，具体而言，涉及一种吊具减震系统和减震方法。吊具减震系统，其包括阻尼单元、测量单元和控制单元，阻尼单元用于设置在吊具锁头上以缓冲吊具和集装箱的冲击与震动；测量单元用于测量吊具的加速度、速度和重量；测量单元与阻尼单元均与控制单元连接，控制单元用于将测量单元的测量的参数计算得到吊具相对集装箱的冲击力，且控制单元根据冲击力调整阻尼单元的阻尼比。

Description

吊具减震系统和减震方法

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体而言，涉及一种吊具减震系统和减震方法。

背景技术

集装箱吊具在垂直方向线性位移抓放箱时会产生剧烈的冲击与振动，由于强振动与强冲击恶化了吊具作业工况。现有的吊具减震效果不佳。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种吊具减震系统和减震方法，其能够针对吊具的不同运动状态，获得不同的阻尼，减震效果出众。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，实施例提供一种吊具减震系统，包括：

阻尼单元，所述阻尼单元用于设置在吊具锁头上以缓冲吊具和集装箱的冲击与震动；

测量单元，所述测量单元用于测量吊具的加速度、速度和重量；

控制单元，所述测量单元与所述阻尼单元均与所述控制单元连接，所述控制单元用于将所述测量单元的测量的参数计算得到吊具相对集装箱的冲击力，且所述控制单元根据所述冲击力调整所述阻尼单元的阻尼比。

在可选的实施方式中，还包括测量单元包括第一测量单元和第二测量单元；

所述第一测量单元用于测量吊具加速度、吊具速度；所述第二测量单元用于测量吊具的重量。

在可选的实施方式中，所述第一测量单元包括起升编码器或起升变频器。

在可选的实施方式中，所述第一测量单元包括激光或雷达波。

在可选的实施方式中，所述阻尼单元包括磁流变液减震器或弹簧主动减震器。

在可选的实施方式中，所述阻尼单元包括液压减震器或气压减震器。

在可选的实施方式中，还包括第一数学模型；

所述测量单元的测量的参数输入所述第一数学模型计算得到中间参数；

所述中间参数传送到控制单元调节所述阻尼单元的阻尼比。

在可选的实施方式中，还包括第二数学模型；

所述控制单元发出的参数经过所述第二数学模型处理发送给阻尼单元以调整其阻尼比。

在可选的实施方式中，还包括第三测量单元，所述第三测量单元用于测量吊具的活塞杆的加速度；

所述控制单元发出的调节阻尼比的参数也发送到所述第三测量单元，

所述第三测量单元将活塞杆的加速度的参数发送给控制单元，如此形成了所述控制单元和所述第三测量单元的闭环反馈。

第二方面，实施例提供一种减震方法，所述减震方法基于前述实施方式中任一项所述的吊具减震系统；

所述减震方法通过测量单元测量吊具的加速度、速度和重量；

控制单元将所述测量单元的测量的参数计算得到吊具相对集装箱的冲击力，且所述控制单元根据所述冲击力调整所述阻尼单元的阻尼比。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

吊具能够得到对应不同运动状态的阻尼，减震效果出众。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的吊具减震系统的结构示意图；

图2为本发明的吊具减震系统的另一结构示意图；

图3为本发明的阻尼单元的结构示意图；

图4为本发明的减震方法的示意图。

图标：10-吊具减震系统；100-阻尼单元；200-测量单元；210-第一测量单元；220-第二测量单元；230-第三测量单元；300-控制单元；410-第一数学模型；420-第二数学模型；20-吊具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种吊具减震系统10，包括阻尼单元100、测量单元200和控制单元300。

阻尼单元100用于设置在吊具20锁头上以缓冲吊具20和集装箱的冲击与震动；

测量单元200用于测量吊具20的加速度、速度和重量；

测量单元200与阻尼单元100均与控制单元300连接，控制单元300用于将测量单元200的测量的参数计算得到吊具20相对集装箱的冲击力，且控制单元300根据冲击力调整阻尼单元100的阻尼比。

现有集装箱吊具20在垂直方向线性位移抓放箱时会产生剧烈的冲击与振动，由于强振动与强冲击恶化了吊具20作业工况。

1.严重影响吊具20机械结构使用寿命，影响吊具20机械机构的设计强度；

2.影响吊具20上电器元器件可靠性与使用寿命(如空开，中间继电器，接触器，传感器，控制器)；

3.降低了吊具20下降着箱作业的工作效率。

现有技术采用能耗型原件(减震块)和机械机构配合消除向下运动的冲击于震动。然而这样的方式存在以下缺点：

1)减震效果单一，减震抗冲击效果不可控，减震效果不理想。

2)局限性，只能针对新设计的吊具20，对旧吊具20不方便进行改造。

3)在封闭狭小的空间内设计结构，增加了设计难度及制作与安装难度。

本方案的吊具减震系统10的测量单元200与阻尼单元100均与控制单元300连接，控制单元300用于将测量单元200的测量的参数计算得到吊具20相对集装箱的冲击力，且控制单元300根据冲击力调整阻尼单元100的阻尼比。如此实时调节减震器的阻尼比，使吊具20达到最佳的减震状态，从而消除集装箱对吊具20的冲击与震动。

请继续参照图1至图4，以了解更多细节。

在可选的实施方式中，还包括测量单元200包括第一测量单元210和第二测量单元220；第一测量单元210用于测量吊具20加速度、吊具20速度；第二测量单元220用于测量吊具20的重量。

在可选的实施方式中，第一测量单元210包括起升编码器或起升变频器。起升编码器或起升变频器均为起重机的组成部分，利用他们可以在不增加装置的基础上方便地获得技术参数。

可选的，第二测量单元220包括起重机载荷限制器或变频器转矩以得出吊具20重量。同样的，起重机载荷限制器或变频器均为起重机的组成部分，利用他们可以在不增加装置的基础上方便地获得技术参数。如此极大地简化了吊具减震系统10的组成规模，降低成本。

在可选的其他实施方式中，第一测量单元210包括激光或雷达波。通过在道具下降上安装激光或雷达波等传感器替代由变频器采集速度和加速度反馈给控制单元300，这样的方式也是可以的。

在可选的，阻尼单元100包括磁流变液减震器或弹簧主动减震器。在本实施例中，阻尼单元100包括磁流变液减震器。

磁流变减振器是利用电磁反应，以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础，对路况和驾驶环境做出实时响应。磁流变液体是一种磁性软粒悬浮液，当液体被注入减振器活塞内的电磁线圈后，线圈的磁场将改变其流变特性(或产生流体阻力)，从而在没有机电控制阀、且机械装置简单的情形下，产生反应迅速、可控性强的阻尼力。磁流变减振器的工作原理：磁流变的工作模式主要有以下3种：流动模式、剪切模式和挤压模式。

在其他实施例中，阻尼单元100还可以包括液压减震器或气压减震器。相应的，液压气压控制阻尼结构较多，需要单独液压或气压系统。

在可选的实施方式中，还包括第一数学模型410；测量单元200的测量的参数输入第一数学模型410计算得到中间参数；中间参数传送到控制单元300调节阻尼单元100的阻尼比。

这里的第一数学模型410可以是利用阻尼比计算的二阶微分方程：

如此获得阻尼比C。其中，M为吊具20重量，K为弹性系数，X为移动距离，F为冲击力。

在可选的实施方式中，还包括第二数学模型420；控制单元300发出的参数经过第二数学模型420处理发送给阻尼单元100以调整其阻尼比。

这里的第二数学模型420可以是另有标准传动函数来计算：

其中，F为冲击力，M为吊具20重量，K为弹性系数，c为阻尼比。

在可选的实施方式中，还包括第三测量单元230，第三测量单元230用于测量吊具20的活塞杆的加速度；控制单元300发出的调节阻尼比的参数也发送到第三测量单元230，

第三测量单元230将活塞杆的加速度的参数发送给控制单元300，如此形成了控制单元300和第三测量单元230的闭环反馈。

如图4，具体的：通过分析可控减震系统，此系统数学模型的输入变量有吊具20重量m，吊具20速度V，吊具20运行加速度a；通过起升编码器或起升变频器来读取吊具20的速度和加速度来实时确定吊具20减震的物理模型，通过物理模型实时计算出吊具20相对集装箱实时的冲击力，在着箱时通过减震器上预装的激光传感器检测活塞杆的加速度a反馈给控制器形成闭环，再通过plc控制驱动模拟量模块输出电流实时调节减震器的阻尼比C，使吊具20达到最佳的减震状态，从而消除集装箱对吊具20的冲击与震动。

需要说明的是，在本实施例中，每个吊具20锁头附近垂直安装可控阻尼减震装置，共4个减震器。在设置时，减震器的最底面会低于吊具20底面100mm(缓冲距离越长控制效果越好)。

吊具减震系统10在向下抓箱时实现的是机械软着箱，相比电气控制通过检测吊具20与集装箱距离提前减速减少冲击进行软着箱，吊具减震系统10通过加大缓冲行程控制阻尼系数来消除冲击和震动从而允许更大的着箱速度。

第二方面，实施例还提供一种减震方法，减震方法基于前述实施方式中任一项的吊具减震系统10；

减震方法通过测量单元200测量吊具20的加速度、速度和重量；

控制单元300将测量单元200的测量的参数计算得到吊具20相对集装箱的冲击力，且控制单元300根据冲击力调整阻尼单元100的阻尼比。

通过分析可控减震系统，此系统数学模型的输入变量有吊具20重量m，吊具20速度V，吊具20运行加速度a；通过起升编码器或起升变频器来读取吊具20的速度和加速度来实时确定吊具20减震的物理模型，通过物理模型实时计算出吊具20相对集装箱实时的冲击力，在着箱时通过减震器上预装的激光传感器检测活塞杆的加速度a反馈给控制器形成闭环，再通过plc控制驱动模拟量模块输出电流实时调节减震器的阻尼比C，使吊具20达到最佳的减震状态，从而消除集装箱对吊具20的冲击与震动。通过加大缓冲行程控制阻尼系数来消除冲击和震动从而允许更大的着箱速度。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

1)简易的逻辑控制原理，程序框架清晰，吊具减震系统10控制灵活。

2)对于自动化设备对抓箱效率和着箱平稳性提供了供强有力的帮助，提升了基础电控吊具20上电气元器件使用寿命和稳定性。

3)减震器可以独立安装，对旧吊具20进行改造时，无需其结构进行过多的二次设计，减少了对吊具20结构的破坏。

4)由于此减震方式为机械减震，相对原人工操作和自化运行以最大速度的10％着箱相比，此吊具减震系统10软着箱可以允许以最大速度着箱(缓冲距离设计合理的情况下)，即提升了吊具20上元器件寿命和稳定性也大幅度的增加了作业效率。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种吊具减震系统，其特征在于，包括：

阻尼单元，所述阻尼单元用于设置在吊具锁头上以缓冲吊具和集装箱的冲击与震动；

测量单元，所述测量单元用于测量吊具的加速度、速度和重量；

控制单元，所述测量单元与所述阻尼单元均与所述控制单元连接，所述控制单元用于将所述测量单元的测量的参数计算得到吊具相对集装箱的冲击力，且所述控制单元根据所述冲击力调整所述阻尼单元的阻尼比。

2.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

还包括测量单元包括第一测量单元和第二测量单元；

所述第一测量单元用于测量吊具加速度、吊具速度；所述第二测量单元用于测量吊具的重量。

3.根据权利要求2所述的吊具减震系统，其特征在于：

所述第一测量单元包括起升编码器或起升变频器。

4.根据权利要求2所述的吊具减震系统，其特征在于：

所述第一测量单元包括激光或雷达波。

5.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

所述阻尼单元包括磁流变液减震器或弹簧主动减震器。

6.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

所述阻尼单元包括液压减震器或气压减震器。

7.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

还包括第一数学模型；

所述测量单元的测量的参数输入所述第一数学模型计算得到中间参数；

所述中间参数传送到所述控制单元以调节所述阻尼单元的阻尼比。

8.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

还包括第二数学模型；

所述控制单元发出的参数经过所述第二数学模型处理发送给阻尼单元以调整其阻尼比。

9.根据权利要求1所述的吊具减震系统，其特征在于：

还包括第三测量单元，所述第三测量单元用于测量吊具的活塞杆的加速度；

所述控制单元发出的调节阻尼比的参数也发送到所述第三测量单元，

所述第三测量单元将活塞杆的加速度的参数发送给控制单元，如此形成了所述控制单元和所述第三测量单元的闭环反馈。

10.一种减震方法，其特征在于：

所述减震方法基于权利要求1-9中任一项所述的吊具减震系统；

所述减震方法通过测量单元测量吊具的加速度、速度和重量；

控制单元将所述测量单元的测量的参数计算得到吊具相对集装箱的冲击力，且所述控制单元根据所述冲击力调整所述阻尼单元的阻尼比。

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