集裝箱起重機液壓油缸式減搖係統的動力學分析

 

    軌行式集裝箱門式起重機（簡稱集裝箱起重機）是(shi)鐵(tie)路(lu)貨(huo)場(chang)裝(zhuang)卸(xie)集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)的(de)主(zhu)要(yao)機(ji)型(xing)，其(qi)減(jian)搖(yao)係(xi)統(tong)能(neng)使(shi)集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)吊(diao)具(ju)的(de)擺(bai)動(dong)迅(xun)速(su)衰(shuai)減(jian)，並(bing)在(zai)較(jiao)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)使(shi)吊(diao)具(ju)相(xiang)對(dui)於(yu)小(xiao)車(che)處(chu)於(yu)靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態(tai)
，以(yi)利(li)於(yu)吊(diao)具(ju)的(de)準(zhun)確(que)對(dui)位(wei)和(he)集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)的(de)快(kuai)速(su)碼(ma)放(fang)，提(ti)高(gao)裝(zhuang)卸(xie)的(de)作(zuo)業(ye)效(xiao)率(lv)和(he)安(an)全(quan)性(xing)。對(dui)起(qi)重(zhong)機(ji)吊(diao)重(zhong)的(de)動(dong)力(li)學(xue)行(xing)為(wei)研(yan)究(jiu)一(yi)般(ban)在(zai)小(xiao)車(che)吊(diao)重(zhong)結(jie)構(gou)耦(ou)合(he)係(xi)統(tong)中(zhong)進(jin)行(xing)116，所以本文選取小車集裝箱係統為研究對象。在眾多的減搖型式171中
，液壓油缸式減搖係統181具有結構簡單
、減(jian)搖(yao)效(xiao)果(guo)良(liang)好(hao)等(deng)特(te)點(dian)，是(shi)目(mu)前(qian)集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)起(qi)重(zhong)機(ji)中(zhong)應(ying)用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)型(xing)式(shi)。其(qi)液(ye)壓(ya)油(you)缸(gang)的(de)選(xuan)擇(ze)和(he)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)是(shi)影(ying)響(xiang)減(jian)搖(yao)效(xiao)果(guo)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)，選(xuan)擇(ze)的(de)液(ye)壓(ya)油(you)缸(gang)太(tai)小(xiao)，會(hui)使(shi)減(jian)搖(yao)效(xiao)果(guo)不(bu)好(hao)

，而(er)太(tai)大(da)又(you)會(hui)阻(zu)礙(ai)吊(diao)具(ju)空(kong)載(zai)下(xia)降(jiang)。本(ben)文(wen)對(dui)液(ye)壓(ya)油(you)缸(gang)式(shi)減(jian)搖(yao)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)動(dong)力(li)學(xue)分(fen)析(xi)，得(de)出(chu)影(ying)響(xiang)集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)（簡稱吊重）減搖效果的因素，為實際工程設計提供依據。

 

    zuyudiaojushangdedinghualunzujiaochalianjie
，jianyaojuantongtongguolianchuandongzhuangzhigensuiqishengjuantongtongbuxuanzhuan。dangyouyudachehuoxiaocheqidonghuozhidongyinqidiaojubaidongshi，youyujianyaoshengdejiaochalianjiefangshiheyeyaxitongdezuoyong，shibaidongshuaijian。dangdiaojudechushibaidongxiangyoushi
，shenga和繩b拉力增大（張緊1液壓油缸式減搖係統液壓油缸式減搖係統構造示意圖如所示，它由減搖卷筒
、減搖鋼絲繩
、液壓油缸、液壓泵站和滑輪組等組成。減搖鋼絲繩通過小車上的定滑輪基金項目：四川省科技攻關項目（2006Z08037）西南交通大學科技發展基金資助項目（2006A03）係統的拉格朗日方程為2係統動力學分析bookmark2大車或小車運行對吊重搖擺的影響效果是相同的19111，這裏隻考慮小車吊重運動係統
，同時，將液壓油缸式減搖係統的模型做如下簡化處理。

 

    （1）吊重在無減搖係統、且不考慮其他阻力時相似於自由懸掛的單擺。

 

    （2）係統分析時隻考慮吊重的橫向擺動，且擺為係統的動能和勢能，Fx，為自由度xi產生的力，kN
；F9為自由度9產生的九kN
；D為因摩擦而消耗的力，kN.由式（i）係統運動時的動能為（3）減搖鋼絲繩對吊重的水平分力大小近似與T―小車速度大小成正比，方向與小車速度方向相反。m2/（/92+2xi9cos9）（3；側）

，繩c和繩d為鬆弛側，液壓缸A和B的活塞杆向有杆腔側伸出

，油缸腔壓力升高；當壓力達到溢流閥的調定壓力時，溢流閥打開，壓力油經溢流閥回油箱；與此同時，與鬆弛側鋼絲繩連接的液壓缸C和D在液壓係統油壓的作用下，活塞杆向無杆腔側回縮
，使c和d繩保持張緊狀態；經過上述過程的擺動
，不斷有壓力油從溢流閥溢出


，從而將吊具擺動的能量轉化為液壓油緩衝的能量，達到減搖的目的。

 

    為液壓油缸式減搖係統液壓原理圖。它有2個不同壓力的液壓回路控製：起升機構升降時，低壓回路確保減搖鋼絲繩同步升降阻力小，但又能隨時張緊；dachehexiaocheyunxingjigouhuohuizhuanjigougongzuoshi，gaoyahuiluquebaojianyaogangsishengyoujiaodadezhangjinli，yichanshenglianghaodejianyaoxiaoguo。yong，kaolvdaoyeyayougangshijianyaoxitongdejiegoutedianjizhihouqideyingxiang，bujisongchicejianyaogangsishengduidiaozhongdezuoyongli；考慮吊重起升繩偏擺角9相對於減搖繩的斜拉角度01和02較小，故可視減搖鋼絲繩對吊重的力方向恒定。

 

    （4）減搖鋼絲繩重量忽略不計，繩長不變。

 

    減搖係統可近似簡化為如所示
，小車和吊重的質量分別為mi和m2，建立圖中坐標係，mi和m2的坐標分別為i（xi
，yi）和2（x2，2）。係統受到水平麵的約束，同時考慮到吊重在小角度內搖擺，所以具有2個自由度。選取xi和9為廣義坐當（0，可得特解：擺幅和時間的關係分別為選取吊重在*低處為係統的零勢能位置，則係統的勢能為式（2），得係統動力學方程為0，並稱k為液壓減搖係統結構參數
；9i
，02為減搖繩斜拉角。

 

    顯然，方程組（5）是非線性的，當吊重擺動很小，則可近似認為sinPI，cos93
，且可忽略含P或XiP的高階微量，有‘G（即分析起重機小車在製動時的減搖效果，即有Xi=0，F（=分別代入式（6）得解得式衰減。由式（8）可知，吊重有效質量m2
、起升繩有效長度l和減搖係統結構參數k會影響擺角的衰減時間，當m2和l一定時，合理取值k可得到期望的減搖效果。

 

    其中3計算實例以某集裝箱起重機為例進行計算，各參數分別取值如下。吊重m2=40000kg起升繩有效長度l=3i3m
，取l=8m
，小車運行丁速度Vtmlley=65m-min-i，小車製動時間（b=6s，小車在無減搖機構作用下的*大擺角09.8m-s-2
，液壓減搖係統結構參數k分別取（7）分別有擺幅和時間的仿真結果如所示。從可見，就減搖液壓係統本身而言

，參數k對擺幅衰減所需的時間影響較大。其中k=-40時，對集裝箱擺幅衰減的時間明顯較k=-20000kg-s-1和k=-60000kg-s-1時短
，其減搖效果明顯優於後兩者。

 

    仿真結果4結論對液壓油缸式減搖係統的動力學研究表明，影響減搖效果的因素主要有減搖繩的斜拉角度ft和2，起升繩有效長度/，吊重的有效質量m2和液壓減搖係統結構參數k.尤其是液壓減搖係統結構參數k值的合理選取，是集裝箱起重機液壓減搖係統獲得良好減搖效果的關鍵。

 

    同(tong)時(shi)，用(yong)簡(jian)化(hua)模(mo)型(xing)對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)動(dong)力(li)學(xue)分(fen)析(xi)和(he)對(dui)動(dong)力(li)學(xue)方(fang)程(cheng)進(jin)行(xing)線(xian)性(xing)化(hua)，存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)定(ding)的(de)誤(wu)差(cha)，還(hai)需(xu)進(jin)一(yi)步(bu)完(wan)善(shan)。對(dui)此(ci)
，比(bi)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)是(shi)用(yong)動(dong)態(tai)仿(fang)真(zhen)方(fang)法(fa)來(lai)比(bi)較(jiao)真(zhen)實(shi)地(di)模(mo)擬(ni)液(ye)壓(ya)減(jian)搖(yao)係(xi)統(tong)。