CN202946603U - 减振系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于对能振动的结构的振动进行减振的减振系统，具有：至少一个传感器设备，其用于检测结构运动相对于参照系的至少两个不同的运动分量，运动分量分别为线性运动分量或转动运动分量；第一主动减振装置，其具有阻尼块和能固定在结构上的马达，借助马达能相对于结构沿着第一直线或圆形轨道驱动阻尼块；第二主动减振装置，其具有阻尼块和能固定在结构上的马达，借助马达能相对于结构沿着第二直线或圆形轨道驱动阻尼块；调节设备，其测量值输入端与传感器设备连接且其调节值输出端与第一和第二减振装置的马达连接，调节设备用于基于由传感器设备检测的传感器信号生成马达的控制信号，使得阻尼块实施用于补偿结构的振动运动的运动。

Description

减振系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于对例如起重机的、能振动的结构的振动进行减振的减振系统。

背景技术

在机械中减振差的固有频率能够导致这些机械变得不稳定，所以所述固有频率仅能以受限的效率来工作或者甚至完全不可能工作。

在用于集装箱船的装载和卸载的集装箱起重机中，起重机小车的运动例如激励起重机结构沿着起重机小车运动方向振动。振动幅度根据起重机的尺寸和结构类型能够为直至一米。因为公差在提起和放下集装箱时通常仅仅位于几毫米的范围内，所以起重机司机必须一直等待，直到起重机结构的振动相应地衰退。在集装箱转运时的所述等待耗费大量时间并且引起不期望高的费用。

降低起重机结构的振动的可能性在于，更加刚性地设计起重机架，这伴随着高的耗费和材料投入。此外，起重机结构的充分的加固由于在结构上的强制性标准通常是不可能的，因为例如必须满足例如轨距、横截面积、穿行高度等的特定的预先规定。

替选于或者除了起重机结构的结构加固之外，已知的是，使用所谓的被动的振动缓冲器。所述振动缓冲器通常包括具有弹性元件的阻尼器，并且具有振动块以作为中央的作用元件，所述振动块在下面称作阻尼块。在此，阻尼块与待减振的起重机结构耦联，使得所述阻尼块相反于起重机结构振动。为了实现有效的减振效果，阻尼块的质量当然必须是极其高的。个别情况下，该质量为直到60吨。

在申请人方面，在还没有公开的专利申请的范围内已经提出用于具有单独的桥式承载件或者起重臂的集装箱桥的主动减振器。在此，使阻尼块移动的线性马达中央地安装在集装箱桥的桥式承载件上。起重机沿着起重机小车的运动方向的振动借助加速度传感器来测量，所述振动通过起重机小车运动激励并且应借助线性马达或者由所述线性马达移动的阻尼块进行减振。经由位置额定值估算器确定起重机的偏移，所述偏移经由调节器转化为速度。从期望的减振和通过线性马达而运动的阻尼块中得出调节值。通过线性马达的运动将相同大小的、相反于线性马达的运动方向定向的力导入到起重机结构中，所述力用于对起重机振动进行减振。线性马达能够设有微弱拉紧的位置控制器，以便防止“跑开”。因此，确保将线性马达在其轨道上在中央进行调节，因此能够最佳地充分利用用于减振的现存方法。

在具有单独的桥式承载件的集装箱桥中，主动减振器的中央的定位保证了沿着起重机小车的运动方向的起重机振动的减振。当然，缺点在于，不能够借助所提出的减振器消除其他的振动运动，例如由于侧向地在桥式承载件上出现的强风所激发的转动运动。另一缺点在于，线性马达必须中央地设置在待减振的能振动的结构上，以便防止通过线性马达的运动将不期望的转矩导入到结构中。然而，在许多待减振的能振动的结构中这种中央地定位是不可能的，例如在设计为双承载件桥式起重机并且因此也具有两个彼此平行延伸的桥式承载件的集装箱桥中。如果线性马达偏心地装配在两个起重机承载件之一上，那么能够沿着起重机小车的运动方向进行减振。但是，阻尼块的运动同时由于杠杆作用而激发结构的不期望的转动运动。

实用新型内容

基于现有技术，本实用新型的目的是，提供一种用于对能振动的结构的振动进行减振的替选的减振系统，借助所述减振系统能够在不同的方向上对能振动的结构的振动运动进行减振，并且这特别适合于对双承载件桥式起重机的振动进行的减振。

为了实现所述目的，本实用新型提出一种用于对能振动的结构的振动进行减振的减振系统，所述减振系统具有：至少一个可装配在能振动的结构上的传感器设备，所述传感器设备设计用于检测结构运动相对于参照系的至少两个不同的运动分量，其中运动分量分别为线性的运动分量或者转动的运动分量；第一主动减振装置，其具有阻尼块和可固定在结构上的马达，借助所述马达能够相对于结构沿着第一直线或者圆形轨道驱动阻尼块；第二主动减振装置，其具有阻尼块和可固定在结构上的马达，借助所述马达能够相对于结构沿着与第一直线或者圆形轨道不同的第二直线或者圆形轨道驱动阻尼块；调节设备，所述调节设备的测量值输入端与传感器设备连接，并且所述调节设备的调节值输出端与第一减振装置的马达以及与第二减振装置的马达连接，其中调节设备设计成，使得基于由传感器设备所检测的传感器信号生成用于马达的控制信号，借助控制信号能够控制马达，使得阻尼块相对于结构沿着其直线或者圆形轨道实施补偿结构的振动运动的运动。

根据本实用新型的减振系统的主要优点在于，传感器设备检测结构运动相对于参照系的多个不同的运动分量，所述运动分量能够通过经由调节设备控制的多个减振装置消除。因此，例如能够借助于两个主动减振装置消除配备有两个桥式承载件的双承载件桥式起重机的振动运动的直线运动部分和转动运动部分，其中每个主动减振装置装配在桥式承载件中的一个上并且具有可利用马达线性运动的阻尼块，如其在下面将参考实施例更详细地阐明。

根据本实用新型的一个扩展方案，阻尼块分别沿着直线被引导地运动，由此得出减振装置的在结构上简单的构造。

直线优选彼此平行并且在结构的相同的高度上延伸，其中沿着所述直线移动阻尼块，其中第一直线到结构重心的最短距离优选相当于第二直线到结构重心的最短距离。以所述方式实现具有均匀的质量分布的对称的构造，由此尤其简化相应的减振装置的马达调节。

有利地，马达为线性马达，这致使尤其简单并且廉价的构造。

根据本实用新型的一个扩展方案，所述调节设备设计成，使得其彼此独立地对结构运动的由传感器设备所检测的运动分量进行减振。换而言之，相应的运动分量的衰减系数能够彼此独立地被调节并且相应地也能够是不同的。

此外，本实用新型为了解决开始所述的问题提出一种具有之前描述的类型的减振系统的能振动的结构。

根据本实用新型的变型方案，能振动的结构为起重机。

该起重机尤其为具有两个桥式承载件的桥式起重机，其中主动减振装置在每个桥式承载件上设置成，使得每个桥式承载件的延伸方向与相关联的阻尼块的运动方向一致。

此外，为了实现开始所述的目的，本实用新型提出一种用于利用之前所述类型的减振系统和/或能振动的结构对能振动的结构的多方向的振动进行减振的方法，其中利用传感器检测结构运动相对于参照系的不同的线性的和/或转动的运动分量；并且其中基于利用传感器检测的运动分量利用减振算法计算调节值；其中当结构运动的利用传感器所检测的运动分量的方向与减振系统的阻尼块的运动方向一致时，调节值直接地作为理论值被输送给速度调节回路，以用于生成马达控制信号，或者，当结构运动的利用传感器检测的运动分量的方向不与减振系统的阻尼块的运动方向一致时，变换调节值，使得生成相应于阻尼块的运动方向的理论值，所述理论值然后被输送给速度调节回路，以用于生成马达控制信号。因此，借助于该变换将计算出的调节值换算成减振装置的运动方向。

附图说明

根据本实用新型的优选实施例的下面的描述参考附加的附图使得本实用新型的其他的特征和优点变得显而易见。其中

图1示出具有两个桥式承载件的桥式起重机的示意俯视图，所述桥式起重机配备有根据本实用新型的实施形式的减振系统；

图2示出用于在图1中示出的桥式起重机上的二维减振的调节结构的示意图；和

图3示出多方向减振的示意的结构。

具体实施方式

图1示意地示出根据本实用新型的实施形式的减振系统10，所述减振系统用于对能振动的结构的振动进行减振，所述能振动的结构在此为具有两个彼此平行延伸的桥式承载件14和16的桥式起重机12，所述桥式承载件保持在起重架18上。

减振系统包括传感器设备20，所述传感器设备装配在桥式起重机12的起重架18上并且具有没有详细示出的传感器，所述传感器设计用于检测桥式起重机12相对于基准系统的振动运动的不同的运动分量。在此，一方面测定桥式起重机12在起重机小车的运动方向上的线性偏移±Δx，并且另一方面测定桥式起重机12围绕结构重心S的转动偏移±Δθ。此外，减振系统具有两个结构相同地构成的减振装置22和24，其中减振装置22装配在左侧的桥式承载件14上并且减振装置24装配在右侧的桥式减振承载件16上。每个减振装置22和24包括阻尼块26，所述阻尼块能够通过沿着相关联的桥式承载件14或16延伸的线性马达28线性地运动。这些线性马达28和进而这些阻尼块26的运动轨道彼此平行并且设置在桥式起重机12的相同的高度上，其中通过第一线性马达28限定的直线到结构重心S的最短距离R相当于通过第二线性马达28限定的直线到结构重心S的最短距离R。整体上，以所述方式实现具有近似均匀的质量分布的、相对于结构重心S对称的构造。

减振系统10的目标是：通过该方式即两个减振装置22和24的阻尼块26借助与其相关联的线性马达28运动对桥式起重机12的振动进行减振。基本原理在于，通过阻尼块26中的每一个的运动形成力，所述力由于将阻尼块26耦联到桥式起重机12上而以相反的方向作为阻尼力F_Dli或F_Dre以阻尼的方式作用在桥式起重机12上。因此得出合成的阻尼力F_Dres，所述合成的阻尼力等于两个阻尼力F_Dli和F_Dre的和。因此，其适用于：

F_Dres=F_Dli+F_Dre。

此外，产生围绕结构重心S的阻尼力矩M_Dres，其中适用：

M_Dres=(F_Dli–F_Dre)×R。

因此，借助两个以到结构重心的距离R设置的线性马达28得出两个调节可能性，使得能够消除沿着起重机小车的运动方向的测定的偏移±Δx和起重臂的测定的转动偏移±Δθ。

在图2中借助示例的调节设备30示意地示出利用图1中示出的减振系统10的二维减振的调节原理，所述调节设备的测量值输入端与传感器设备20连接并且所述调节设备的调节值输出端与线性马达28连接。

调节设备30包括第一变换环节32、与第一变换环节32连接的第一调整器34、与第一变换环节32连接的第二调整器36、与两个调整器34和36连接的第二变换环节38和两个基本上结构相同的并且与第二变换环节38连接的速度调节回路40和42。每个速度调节回路40，42包含速度调节器44和电流调节回路46，其中位置调节器48前置于速度调节器44。

调节设备30原则上如下工作：

起重机小车的运动方向的振动偏移Δx和桥式起重机12的转动运动的偏移Δθ能够由于将起重臂分成两个桥式承载件14和16而不能够直接地在结构重心S处检测。由于所述原因，桥式起重机12在桥式承载件14和16的两侧上的运动借助相应的、没有详细示出的传感器以测量值x_1sys和x_2sys的形式来检测。然后，根据所述测量值，在第一变换环节32中计算具有在起重机小车的运动方向上的线性偏移Δx的形式的位置信号和具有用于结构重心S的转动偏移Δθ的形式的位置信号。

代表偏移Δx或Δθ的位置信号在相关联的调整器34和36中以加权系数调整。更确切地说，用于Δx的位置信号以加权系数d_lin/m调整，其中d_lin相当于所期望的线性衰减并且m相当于阻尼块m_Damp的质量，并且以加权系数d_rot/J对用于Δθ的位置信号调整，其中d_rot相当于所期望的转动衰减并且J相当于阻尼块m_Damp的惯性力矩。合成的调节值v_x或ω_θ不能够直接地作为理论值给出到线性马达18的相应的速度调节回路40和42上，因为所述调节值在其他运动方向上起作用。借助于逆变换矩阵，减振设备的调节值v_x或ω_θ出于所述原因在变换环节38中换算成线性马达运动方向的理论值v_LMli和v_LMre。

然后，所述理论值被输送给速度调节器44的调节输入端，其中所述理论值被接入到所述相应的位置调节器48的输出信号。将相关联的线性马达28的实际位置x_li或x_re作为实际值并且将常量作为理论值输送给位置调节器48。位置调节器48用于防止线性马达28的阻尼块26的路径漂移。

将所属的线性马达28的实际速度v_li或v_re作为其他输入信号以带有负号的方式输送给速度调节器44。然后，例如能够构成为比例积分调节器（PI-Regler）的速度调节器44基于这些输入信号来测定输送给电流调节回路46的理论值F_lisoll或者F_resoll。

如下定义衰减方向和线性马达28的运动方向之间的关系：

$\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{damp}}}=\mathrm{TM}\·\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{LM}}}$

从中推出

$\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{LM}}}={\mathrm{TM}}^{-1}\·\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{damp}}}$

因此，借助在变换环节38中的变换确保，每个线性马达28获得对于每个衰减方向所必需的部分。因此，用于每个线性马达28的总和为来自各个衰减方向的线性组合并且能够在模态变换时与模态矩阵比较。如此在运动方向上变换的速度v_LMli和v_LMre作为理论值被接到速度调节回路40和42上。因此，线性马达28产生相应的力，以便对偏移执行衰减。如果假想地将线性马达28的力变换回成待减振的系统的振动方向，那么获得对于每个振动方向所必需的阻尼力。在图3中示出用于n维空间的普通结构。n个独立的测量值50在n个振动方向上被检测。借助衰减矩阵52进行用于各个振动方向的所期望的衰减的参数化。经由逆变换矩阵54换算成n个彼此独立调节的线性马达轴线56的运动方向。由线性马达所产生的力共同使全部所检测的偏移衰减。再次通过借助变换矩阵58进行换算来获得在n个振动方向上的为此所必需的阻尼力60。

当前所描述的算式涉及出现的动态振动几乎彼此被去耦的情况。在显著的动态耦合时，同样能够应用该原理。那么，当然也执行动态的变换关系。

关于图1中所示出的实例，对于从与线性马达的运动方向x_LM到振动方向x_sys的运动的变换得出下述关系：

$\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{Mess}}}=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{2}& \frac{1}{2}\\ -\frac{1}{2R}& +\frac{1}{2R}\end{array}\right]\·\stackrel{\‾}{x_{\mathrm{LM}}}$

因此，如下定义用于在桥式起重机12上的运动分配的变换矩阵：

$\mathrm{TM}=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ -\frac{1}{R}& +\frac{1}{R}\end{array}\right];$ ${\mathrm{TM}}^{-1}=\left[\begin{array}{cc}1& -R\\ 1& +R\end{array}\right]$

用于起重机小车的运动方向Δx和用于桥式起重机12的转动方向Δθ的振动运动能够由于将起重臂分成两个桥式承载件14和16而不能够直接地在结构重心S上检测。因此，桥式起重机12在桥式承载件14和16的两侧上的运动借助相应的传感器来检测。借助于已知的变换在变换环节32中如下算出在起重机小车的运动方向上的线性偏移Δx和用于结构重心S的转动偏移Δθ：

$\left[\frac{\mathrm{\Δx}}{\mathrm{\Δ\Θ}}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ -\frac{1}{R}& +\frac{1}{R}\end{array}\right]\·\left[\frac{x_{1\mathrm{sys}}}{x_{2\mathrm{sys}}}\right]$

对于在结构重心S中的现存的振动，应用用于减振的已知的算法。在此，用于线性运动的衰减d_lin和用于转动运动的衰减d_rot能够彼此独立地被参数化。在振动方向上如此获得的调节值在变换环节38中借助逆变换矩阵换算成线性马达轴线的运动方向x_LMre和x_LMli，并且作为理论值给出到所调节的线性马达28的速度调节回路上。

经由线性马达28的电流调节回路46形成加速力，这些加速力以相同的量但是以相反的方向分别作用到桥式起重机12上。对于两个运动方向所合成的阻尼力F_Dres和M_Dres再次经由变换矩阵得出

$\left[\frac{F_{\mathrm{res}}}{M_{\mathrm{res}}}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ -\frac{1}{R}& +\frac{1}{R}\end{array}\right]\·\left[\frac{F_{\mathrm{re}\_\mathrm{ist}}}{F_{\mathrm{li}\_\mathrm{ist}}}\right]$

尽管具体地通过优选实施例详细地图示和描述了本实用新型，但是本实用新型不局限于所公开的实例，并且还能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.用于对能振动的结构（12）的振动进行减振的减振系统（10），具有 

-能够装配在能振动的结构（12）上的至少一个传感器设备（20），所述传感器设备设计用于检测结构运动相对于参照系的至少两个不同的运动分量，其中所述运动分量分别为线性运动分量或者转动运动分量， 

-第一主动减振装置（22），所述第一主动减振装置具有阻尼块和能固定在所述结构（12）上的马达（28），借助所述马达能够相对于所述结构（12）沿着第一直线或者圆形轨道驱动所述阻尼块， 

其特征在于，所述减振系统还具有 

-第二主动减振装置（24），所述第二主动减振装置具有阻尼块和能固定在所述结构（12）上的马达（28），借助所述马达能够相对于所述结构（12）沿着与所述第一直线或者圆形轨道不同的第二直线或者圆形轨道驱动所述阻尼块，和 

-调节设备（30），所述调节设备的测量值输入端与所述传感器设备（20）连接，并且所述调节设备的调节值输出端与第一减振装置（22）的马达（28）以及与第二减振装置（24）的马达（28）连接，其中所述调节设备（30）设计成，使得基于由所述传感器设备（20）所检测的传感器信号生成用于所述马达（28）的控制信号，借助所述控制信号能够控制所述马达（28），使得所述阻尼块相对于所述结构（12）沿着其直线或者圆形轨道实施用于补偿所述结构（12）的振动运动的运动。 

2.根据权利要求1所述的减振系统（10），其特征在于，所述阻尼块分别沿着直线被引导地运动。 

3.根据权利要求2所述的减振系统（10），其特征在于，所述阻尼块运动所沿着的直线彼此平行地并且在所述结构（12）上的相同高度处延伸，其中所述第一直线到结构重心（S）的最短距离（R）相当于所述第二直线到所述结构重心（S）的最短距离（R）。 

4.根据权利要求2或3所述的减振系统（10），其特征在于，所述马达（28）为线性马达。 

5.根据权利要求1至3之一所述的减振系统（10），其特征在于，所述调节设备（30）设计成，使得所述结构运动的由所述传感器设备（20）检测的所述运动分量彼此独立地被减振。 

6.能振动的结构（12），具有根据权利要求1至5之一所述的减振系统（10）。 

7.根据权利要求6所述的能振动的结构（12），其特征在于，所述能振动的结构为起重机。 

8.根据权利要求7所述的能振动的结构（12），其特征在于，所述起重机为具有两个桥式承载件（14、16）的桥式起重机，其中在每个桥式承载件（14、16）处设有主动减振装置（22、24），使得每个桥式承载件（14、16）的延伸方向与相关联的阻尼块的运动方向一致。 

Images