CN202992006U

CN202992006U - 用于对能振动的结构的振动进行减振的减振器

Info

Publication number: CN202992006U
Application number: CN 201220326080
Authority: CN
Inventors: 格哈德·福斯特; 延斯·哈曼; 乌韦·拉德拉; 埃尔马·舍费尔斯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: ES2537643T3; EP2543620A1; EP2543620B1

Abstract

用于对尤其是起重机的能振动的结构的振动进行减振的主动减振器，具有：可装配在能振动的结构上的传感器，其设计成检测结构运动相对于参考系统的运动分量且用于产生相应的传感器信号；可装配在能振动的结构上的且具有马达编码器的旋转马达；可通过马达线性驱动的且使与能振动的结构耦联的阻尼块运动的滑座；设在马达和滑座之间的传输机构，其将马达转动运动以预设传动比转换成滑座线性运动；调节装置，其测量值输入端与传感器连接且其调节值输出端与马达连接，其中调节装置设计成基于由传感器产生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，使得滑座进而阻尼块实施相对于能振动的结构的补偿能振动的系统的振动的运动。

Description

用于对能振动的结构的振动进行减振的减振器

技术领域

本实用新型涉及一种用于对能振动的结构的，尤其是起重机的振动进行减振的减振器。

背景技术

在机械中，减振差的固有频率能够导致所述固有频率仅能以有限的生产率来工作或者甚至完全不能运行，因为这些机械变得不稳定。

在用于集装箱船的装载和卸载的集装箱起重机中，例如起重机小车的移动运动激励起重机结构沿着起重机小车移动方向的振动。根据起重机的尺寸和结构类型，振幅能够为直至一米。因为在提起和放下集装箱时的公差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。在集装箱转运时的这种等待耗费大量时间并且引起不期望的高成本。

降低起重机结构的振动的可能性在于，更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对于起重机结构的在构造上的强制标准通常是不可能的，因为必须满足例如对于轨距、横截面积、穿行高度或诸如此类的特定的预先规定。

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。这种振动缓冲器通常包括具有弹簧元件的阻尼器，并且具有振动块作为中央的有效元件，所述振动块下面称作阻尼块。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，阻尼块的重量当然必须是极其高的。在个别情况下，该重量为直到60吨。

实用新型内容

基于现有技术，本实用新型的目的是，提供一种开头所述类型的减振器，所述减振器具有简单和廉价的结构并且能够无问题地集成到能振动的结构中，尤其是构造成能加装的。

为了实现该目的，本实用新型提供一种用于对尤其是起重机的、能振动的结构的振动进行减振的主动减振器，所述主动减振器具有：可装配在能振动的结构上的传感器，所述传感器设计为用于检测结构运动相对于参考系统的运动分量并且用于产生相应的传感器信号；可装配在能振动的结构上的并且具有马达编码器的旋转的马达；可通过马达线性驱动的滑座，所述滑座使阻尼块运动；设置在马达和滑座之间的传输机构，所述传输机构将马达的转动运动以预设的传动比转换成滑座的线性运动；调节装置，所述调节装置的测量值输入端与传感器连接并且所述调节装置的调节值输出端与马达连接，其中所述调节装置设计成，使得基于由传感器所产生的传感器信号而生成用于马达的控制信号，借助所述控制信号能够控制马达，使得滑座进而阻尼块相对于能振动的结构实施用于补偿能振动的系统的振动的运动。

相对于传统的被动减振器，这种主动减振器的主要优点在于，阻尼块的重量必须仅具有被动减振器的阻尼块的重量的一小部分，以便实现有效的减振。此外，主动减振器的设计能够相对无问题地适应于现有的或者变化的能振动的结构的要求，从而能够非常柔性地使用减振器。此外，减振器能够以相对低的耗费集成到现有的振动结构中并且相应地能加装。

根据本实用新型的一个扩展方案，调节装置具有位置估算器，所述位置估算器构成为，使得该位置估算器基于优选为加速度信号的传感器信号产生代表能振动的结构的实际位置的位置信号，所述位置信号以加权系数d/m来调整并且在考虑传输机构的传动比的情况下换算成角速度控制信号，其中将角速度控制信号作为理论值输送给调节装置的速度调节器。

优选地，调节装置设计成，使得马达的间接地通过马达编码器检测的实际角速度作为实际值以带有负号的方式输送给速度调节器。由于根据本实用新型的减振器的滑座间接地通过旋转的马达驱动的事实，那么不需要附加的、直接的测量系统来检测马达的实际角速度，因为能直接地通过马达编码器实现测定。

根据本实用新型的一个扩展方案，调节装置设计成，使得基于传感器信号产生速度信号，所述速度信号以阻尼系数调整，在考虑传输机构的传动比的情况下被换算并且被接入到由速度调节器产生的控制信号。

根据本实用新型的变形形式，设置有电流调节器，通过所述电流调节器将控制信号输送给马达。

有利地，设置有位置调节器，将马达的直接通过马达编码器检测的实际旋转角度作为实际值并且将恒定的理论旋转角度输送给位置调节器。由这样的位置调节器得出阻尼块的稳定的中间位置。漂移得到抑制。为了这个目的，位置调节器例如能够构成为比例调节器（P-Regler）或者比例积分调节器（PI-Regler）。位置调节器的输出信号优选接入到输送给速度调节器的理论值。

传输机构例如能够具有小齿轮-齿条组合、滚珠丝杠传动机构或者传动带。

此外，传输机构能够设有变速器。

附图说明

在参考附图的情况下，借助根据本实用新型的主动减振器的实施形式的下面的描述可看出本实用新型的其他的特征和优点，所述附图示出根据本实用新型的减振器的实施形式的示意图。

具体实施方式

附图示意地示出根据本实用新型的主动减振器10，所述减振器用于对具有结构质量m_S的、能振动的结构12的振动进行减振。能振动的结构12当前为具有承载件的起重机，沿着所述承载件能够使起重机小车运动。结构质量或者起重机质量m_S能够以低的阻尼在其固有频率下运动，这当前通过弹簧14和阻尼器16示意地示出。传感器18装配在起重机12上，所述传感器设计为用于检测起重机运动的运动分量，当前用于检测起重机12相对于静止的参考系统的加速度并且用于产生相应的加速度信号。在起重机12的承载件上装配有具有马达编码器的旋转的马达20，通过所述马达能够线性地沿着承载件的部分区域驱动具有阻尼块m_阻尼的、同样与能振动的结构12耦联的滑座22。为了将马达20的转动运动以预设的传动比转换成滑座22的线性运动，在马达20和滑座22之间设置有相应的传输机构24，所述传输机构当前通过小齿轮-齿条组合形成。

减振器10的目的为，通过阻尼块m_阻尼的运动补偿起重机12的振动。原理在于，通过滑座22的运动而产生下述力，所述力由于耦联到起重机10上而以相反方向以阻尼的方式作用到起重机10上。换而言之，等于马达力矩M_Mot除以传动机构24的小齿轮R_小齿轮的半径的商的、通过滑座22的运动而产生的力F_滑座等于作用到起重机10上的负的阻尼力F_阻尼。因此适用：

F_滑座=M_Mot/R_小齿轮=-F_阻尼。

为了计算并且生成引起补偿运动的马达控制信号，减振器10具有调节装置26，所述调节装置的测量值输入端与振动传感器18连接，并且所述调节装置的调节值输出端与马达20连接。

调节装置包括与振动传感器18连接的位置估算器28、与位置估算器连接的调整器（Skalierer）30、同样与位置估算器连接的微分调节器（D-Regler）32、与调整器30和微分调节器32连接的环节34、与环节34和马达20的马达编码器连接的设有调节器输入端36的速度调节器38、设置在速度调节器38和马达20之间的电流调节器40和接在速度调节器38之前的并且与马达20的马达编码器连接的位置调节器42。此外，调节装置包括环节44和46，所述环节设置在微分调节器32和电流调节器40之间。

调节装置26如下工作：

起重机12的尤其通过起重机小车运动而产生的待减振的振动通过传感器18作为加速度信号a被检测。将加速度信号a在第一步骤中输送给位置估算器28，所述位置估算器基于加速度信号a测取位置信号x。位置信号x在调整器30中以加权系数d/m_阻尼调整，其中d相当于期望的阻尼并且m_阻尼相当于阻尼块的重量。此外，将位置信号x输送给微分调节器32，以便测取能振动的结构12的实际速度v。然后，所测取的实际速度v以带有负号的方式接入到借助系数d/m_阻尼调整的位置信号x，紧接着在环节34中根据将马达20与滑座22连接的传输机构24的传动比进行换算，当前为以系数1/R_小齿轮进行换算，其中R_小齿轮相当于传动机构24的小齿轮的半径。然后，将如此产生的角速度控制信号作为理论值输送给速度调节器38的调节输入端36，所述速度调节器例如能够构成为比例积分调节器，其中角速度控制信号被接到位置调节器42的输出端信号上。将马达20的直接通过马达编码器检测的实际位置

作为实际值以带有负号的方式输送给位置调节器42，并且将恒定值作为理论值输送给位置调节器42。所述位置调节器42用于阻止阻尼块m_阻 _尼的漂移。

将马达的同样直接地通过马达编码器检测的实际角速度ω_Mot作为另外的输入端信号以带有负号的方式输送给角速度调节器38。然后，速度调节器38基于所述输入端信号测取控制信号A，如之前已经描述的。

此外，在环节44中以系数d、即以所期望的阻尼d调整的、在环节46中在考虑传输机构24的传动比的情况下（以系数1/R_小齿轮）进行换算的速度信号v被接入到速度调节器38的输出端上，并且通过电流调节器40输送给马达20。

Claims

1.用于对能振动的结构（12）的振动，尤其是起重机的振动进行减振的主动减振器（10），具有

-能够装配在所述能振动的结构（12）上的传感器（18），所述传感器设计为用于检测结构运动相对于参考系统的运动分量并且用于产生相应的传感器信号，

-能够装配在所述能振动的结构（12）上的并且具有马达编码器的旋转的马达（20），

-能够通过所述马达（20）线性地驱动的滑座（22），所述滑座使与所述能振动的结构（12）耦联的阻尼块（m_阻尼）运动，

-设置在所述马达（20）和所述滑座（22）之间的传输机构（24），所述传输机构将所述马达（20）的转动运动以预设的传动比转换成所述滑座（22）的线性运动，和

-调节装置（26），所述调节装置的测量值输入端与所述传感器（18）连接，并且所述调节装置的调节值输出端与所述马达（20）连接，其中所述调节装置（26）设计成，基于由所述传感器（18）产生的所述传感器信号生成用于所述马达（20）的控制信号（A），借助所述控制信号能够控制所述马达（20），使得所述滑座（22）以及由此所述阻尼块（m_阻尼）相对于所述能振动的结构（12）实施用于补偿能振动的系统（12）的振动的运动。

2.根据权利要求1所述的减振器（10），其特征在于，所述调节装置（26）具有位置估算器（28），所述位置估算器构造成，使得所述位置估算器基于优选为加速度信号（a）的所述传感器信号产生代表所述能振动的结构（12）的实际位置的位置信号（x），所述位置信号以加权系数d/m来调整，并且在考虑所述传输机构（24）的传动比的情况下换算成角速度控制信号，其中所述角速度控制信号作为理论值被输送给所述调节装置（26）的速度调节器（38）。

3.根据权利要求2所述的减振器（10），其特征在于，所述调节装置（26）设计成，使得将所述马达（20）的间接地通过所述马达编码器检测的实际角速度（ω_Mot）作为实际值以带有负号的方式输送给所述速度调节器（38）。

4.根据权利要求3所述的减振器（10），其特征在于，所述调节装置（26）设计成，使得基于所述传感器信号产生速度信号（v），所述速度信号以阻尼系数d调整，所述速度信号在考虑所述传输机构（24）的所述传动比的情况下被换算，并且所述速度信号接入到由所述速度调节器（38）产生的所述控制信号（A）。

5.根据上述权利要求之一所述的减振器（10），其特征在于，设置有电流调节器（40），通过所述电流调节器将所述控制信号（A）输送给所述马达（20）。

6.根据权利要求2所述的减振器（10），其特征在于，设置有位置调节器（42），将所述马达（20）的间接地通过所述马达编码器检测的实际旋转角度

作为实际值输送给所述位置调节器，并且将恒定的理论旋转角度

输送给所述位置调节器。

7.根据权利要求1所述的减振器（10），其特征在于，所述传输机构（24）具有小齿轮-齿条、滚珠丝杠传动机构或者传动带。

8.根据权利要求1所述的减振器，其特征在于，所述传输机构（24）具有变速器。