[发明专利]一种自动控制起重臂回转时振动的方法及系统

权利要求书

1.一种自动控制起重臂回转时振动的方法，其特征是，在塔式起重机的回转平台安装拉杆，拉杆的自由端设置滑轮组，在平衡臂上安装牵引装置，在牵引装置与起重臂的端部连接伸缩钢丝绳，伸缩钢丝绳绕过滑轮组，通过对伸缩钢丝绳的长度进行调节改变起重臂的实时广义刚度；具体包括以下步骤：

(1)根据起重臂在回转时的运动规律、货物的摆动及起重臂在回转平面的切向振动特性，建立带货物摆的起重臂振动系统的动力学模型；

(2)根据测得的起重臂振动位移和货物在空间内的摆动角度计算起重臂切向振动模态坐标；

(3)根据其他的状态参数计算当前起重臂广义刚度；

(4)最后根据已得到的参数值来计算所需伸缩钢丝绳调节的长度，通过伸缩钢丝绳张紧和放松来改变下一时刻的起重臂刚度以控制起重臂在回转平面的振动。

2.根据权利要求1所述的自动控制起重臂回转时振动的方法，其特征是，所述步骤(1)建立带货物摆的起重臂振动系统的动力学模型的过程如下所述：

以塔式起重机塔身回转中心线和起重臂的回转面交点处为坐标原点，以建立惯性笛卡尔坐标系{x₀,y₀,z₀}以描述起重臂、变幅小车和货物的绝对位移；同时建立惯性极坐标系{e_ρ,e_ψ}以描述变幅小车的位移和起重臂的回转角度；

为了描述起重臂切向振动位移同样建立非惯性笛卡尔坐标系{x₁,y₁,z₁}，以起重臂中心线所在位置为x₁轴，距离z₁轴由近到远的方向为正方向，z₁轴所在的位置为塔身的中心线，方向垂直于水平地面，以起升钢丝绳的悬挂点为坐标原点建立非惯性球坐标系用以描述货物相对于变幅小车摆动；

将塔式起重机等效为一个绕固定刚体旋转的悬臂梁，变幅小车为悬臂梁上的固定点质量，货物通过起升钢丝绳连接到变幅小车上并做空间摆动。

3.根据权利要求1所述的自动控制起重臂回转时振动的方法，其特征是，所述步骤(2)计算起重臂切向振动模态坐标的过程为：

实时起重臂在x处的切向振动位移y(x,t)由振动模态坐标q_i(t)和振型函数φ_i(x)表示为：

式中，ξ_i为超越方程cosξ_il_b coshξ_il_b＝－1的解，l_b为起重臂的长度；

根据相应关系得到起重臂切向振动模态坐标q_i(t)的计算公式如下：

式中，m_p、m_t和m_b分别为货物、小车和单位长度起重臂质量，ρ_t为小车到z₁轴的距离，φ_i(ρ_t)起重臂在小车位置时的i阶的振型函数，l为拉杆自由端到起重臂端部的距离，l_b为起重臂的长度，θ和分别为货物径向摆动角度和切向摆动角度，用一点表示广义速度，两点表示广义加速度，E为弹性模量，I为截面惯性矩，

4.根据权利要求1所述的自动控制起重臂回转时振动的方法，其特征是，所述步骤(3)计算当前起重臂广义刚度的过程为：

基于步骤(1)给出的起重臂振动系统的动力学模型，推导出起重臂的实时广义刚度K，表示为：

式中，φ_ji＝φ_j(ρ_t)φ_i(ρ_t)(j＝1,2…n；i＝1,2…n)，

根据步骤(2)计算的起重臂切向振动模态坐标和实时测量存储的货物质量和变幅小车距z₁轴距离，以及起重臂转过角度和角速度计算起重臂的实时广义刚度。