它有2个不同压力的液压回路控制:起升机构升降时,低压回路确保减摇钢丝绳同步升降阻力小,但又能随时张紧;大车和小车运行机构或回转机构工作时,高压回路确保减摇钢丝绳有较大的张紧力,以产生良好的减摇效果。
2系统动力学分析
将液压油缸式减摇系统的模型做如下简化处理。
( 1)吊重在无减摇系统、且不考虑其他阻力时相似于自由悬挂的单摆。
( 2)系统分析时只考虑吊重的横向摆动,且摆角较小。
( 3)减摇钢丝绳对吊重的水平分力大小近似与小车速度大小成正比,方向与小车速度方向相反。
在偏移过程中,张紧侧的减摇钢丝绳产生张力作用,考虑到液压油缸式减摇系统的结构特点及滞后期的影响,不计松弛侧减摇钢丝绳对吊重的作用力;考虑吊重起升绳偏摆角相对于减摇绳的斜拉角度1和2较小,故可视减摇钢丝绳对吊重的力方向恒定。
( 4)减摇钢丝绳重量忽略不计,绳长不变。
减摇系统可近似简化所示,小车和吊重的质量分别为m 1和m 2,建立图中坐标系, m 1和m 2的坐标分别为o 1(x 1, y 1)和o 2( x 2, y 2)。系统受到水平面的约束,同时考虑到吊重在小角度内摇摆,所以具有2个自由度。
式中: L为拉个朗日函数, L = T - V ; T, V分别为系统的动能和势能, J; F x 1为自由度x 1产生的力, kN; F为自由度产生的力, kN; D为因摩擦而消耗的力, kN.由式( 1) ,系统运动时的动能为T = 1 2(m 1 + m 2)x 2 1 + 1 2 m 2 l( l 2 + 2x 1 cos )( 3)选取吊重在*低处为系统的零势能位置,则系统的势能为V = m 2 gl( 1- cos )( 4)不计系统总摩擦损失,则D = 0,并考虑到F = G(t)l, F x 1 = F(t) ,将式( 3)、式( 4)代入式( 2) ,得系统动力学方程为l + x 1 cos + g sin = G( t)m 2( m 1 + m 2)x 1 + m 2 l cos - m 2 l 2 sin = F( t)( 5)式中: G( t)为减摇绳对吊重的水平分力,且G( t) = F s cos 1 cos 2 = k 1 v 2 cos 1 cos 2 = kv 2式中: k, k 1为常数, k = k 1 cos 1 cos 2,且k 0, k 1 0,并称k为液压减摇系统结构参数;1,2为减摇绳斜拉角。
显然,方程组( 5)是非线性的,当吊重摆动很小,则可近似认为sin , cos ,且可忽略含2或x 1的高阶微量,有l + x 1 + g = G(t)m 2( m 1 + m 2)x 1 + m 2 l = F( t)( 6)即(t) = - g(m 1 + m 2)m 1 l(t) - F(t)m 1 l + m 1 + m 2 m 1 l G( t)m 2 x 1(t) = g m 2 m 1(t) + F(t)m 1 - G(t)m 1显然,方程组( 6)是线性的。
分析小车在制动时的减摇效果,即有x 1 = 0, F(t) = 0, G( t) = kv 2 + kl ,分别代入式( 6)得(t) - k m 2(t) + g l(t) = 0( 7)解得(t) = c 1 e p t + c 2 e q t( 8)式中: c 1, c 2为常数。
由此可见, p < 0, q< 0,吊重摆角按指数形式衰减。由式( 8)可知,吊重有效质量m 2、起升绳有效长度l和减摇系统结构参数k会影响摆角的衰减时间,当m 2和l一定时,合理取值k可得到期望的减摇效果。
p = kl + - l(- k 2 l + 4m 2 g)2m 2 l q = kl - - l(- k 2 l + 4m 2 g)2m 2 l当t = 0时, ( t) = 0, ( t) = 0,可得特解:( t) = 0 me pt + 0 ne qt其中m = - kl + k 2 l 2 - 4m 2 gl 2 k 2 l 2 - 4m 2 gl n = kl + k 2 l 2 - 4m 2 gl 2 k 2 l 2 - 4m 2 gl
3计算实例
以某集装箱起重机为例进行计算,各参数分别取值如下。吊重m 2 = 40 000 kg,起升绳有效长度l= 3 13 m,取l= 8 m,小车运行速度v trolley = 65 m min - 1,小车制动时间t b = 6 s,小车在无减摇机构作用下的*大摆角5 180 = 0 087 27, g = 9 8 m s - 2,液压减摇系统结构参数k分别取- 20 000, - 40 000和- 60 000 kg s - 1。由式( 7)分别有1(t) + 0 5 1( t) + 1 225 1(t) = 0 2(t) + 2(t) + 1 225 2(t) = 0 3(t) + 1 5 3( t) + 1 225 3(t) = 0则,摆角和时间的关系分别为1(t) = 0 020 2e - 0 25 t sin( 1 078 2t) + 0 087 0e - 0 25t cos(1 078 2t)2(t) = 0 044 1e - 0 5 t sin( 0 987 4t) + 0 087 0e - 0 5t cos(0 987 4t)3(t) = 0 080 2e - 0 75 t sin( 0 813 9t) + 0 087 0e - 0 75t cos(0 813 9t)摆幅和时间的关系分别为A 1(t) = 0 161 4e - 0 2 5t sin(1 078 2t) + 0 696 0e - 0 25t cos(1 078 2t)A 2(t) = 0 352 4e - 0 5 t sin(0 987 4t) + 0 696 0e - 0 5t cos(0 987 4t)A 3(t) = 0 641 3e - 0 7 5t sin(0 813 9t) + 0 696 0e - 0 5t cos(0 813 9t)摆幅和时间的仿真结果可见,就减摇液压系统本身而言,参数k对摆幅衰减所需的时间影响较大。其中k= - 40 000 kg s - 1时,对集装箱摆幅衰减的时间明显较k= - 20 000 kg s - 1和k= - 60 000 kg s - 1时短,其减摇效果明显优于后两者。