桥式卸船机抓斗摇摆控制机理与仿真研究

摘要

桥式抓斗卸船机是目前在散货码头中得到广泛应用的装卸设备。在卸船作业过程中，由于小车加减速、负载升降、风及摩擦扰动等因素引起抓斗摇摆。抓斗摇摆影响作业效率、增加整机结构负荷，降低生产安全性。抓斗摇摆控制是实现抓斗卸船机自动、高效运行的关键技术之一，也是近几年研究的热点。本文以四卷筒差动桥式抓斗卸船机为研究对象，围绕抓斗摇摆控制问题，采用理论与数值仿真手段，对抓斗摇摆控制问题的特点、抓斗摇摆的产生机理与控制模式以及抓斗摇摆数值仿真三个方面进行了研究。主要研究内容如下： ⑴抓斗摇摆控制问题分析。通过对桥式卸船机抓斗小车驱动系统及抓斗作业过程的分析，剖析了抓斗摇摆各个分量以及抓斗摇摆可控性与控制目标。通过与典型闭环控制系统的对比，研究了抓斗摇摆控制问题的特点，表明采用一般控制系统的设计思想，难以实现对抓斗摇摆的有效控制。 ⑵抓斗摇摆机理研究。利用分段求解方法对抓斗摇摆运动的微分方程进行求解，得到了小车匀加速运动时、单次匀加速结束后匀速运动时抓斗摇摆角度响应的解析解，进而揭示了抓斗摇摆的产生机理。 ⑶抓斗摇摆控制模式研究。提出了小车分段匀加速的抓斗摇摆控制策略。在最大加速度约束与最大速度约束下，从小车达到最大速度的时间、抓斗摆角幅值、小车驱动力做功三个方面，对加速比取不同数值时的控制效果进行了对比分析。最后归纳出四种抓斗摇摆控制模式，以揭示抓斗摇摆控制的内在规律，为抓斗摇摆控制器的设计提供了理论指导；并总结了这四种模式的控制特点与控制效果，为在工程实际中选取合适的控制方法提供了指导。 ⑷抓斗摇摆数值模型建立与仿真分析。基于ADAMS软件平台，通过对具有一定空间装配关系的多根钢丝绳进行建模，建立四卷筒差动机构驱动的抓斗小车系统仿真模型，实现了小车平动工况下抓斗摇摆及控制的仿真；并通过利用单根钢丝绳对多根钢丝绳的等效，实现了抓斗起升联动工况下抓斗摇摆及控制的仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 抓斗摇摆控制问题分析

第三章 抓斗摇摆产生机理研究

第四章 抓斗摇摆控制策略与模式

第五章 抓斗小车系统数值模型的建立与仿真分析

第六章 全文总结与展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文与专利