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      塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)及減振方法

      文檔序號:8052544閱讀:312來源:國知局
      專利名稱:塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)及減振方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及工程機械中的建筑起重機械領域,具體而言,涉及一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)及減振方法。
      背景技術
      隨著國內基礎設施安裝工程朝著大型、高效、安全方向發(fā)展,橋梁、電廠、風電、化工和高層房屋等領域的建設,對大型塔式起重機的需求呈快速發(fā)展趨勢?,F(xiàn)代橋梁由于大跨度和輕質化的發(fā)展要求,在橋梁結構的設計中,索塔段從傳統(tǒng)的鋼混結構轉變?yōu)殇撝平Y構,這不僅降低了橋梁的質量同時也引發(fā)了施工方法的改進。傳統(tǒng)的施工方法是人工進行澆筑,效率低且質量得不到保障;為了提高施工效率和質量,現(xiàn)代橋梁的施工采用大噸位塔吊對橋梁鋼索段進行分節(jié)吊裝。然而在運用大噸位塔吊進行鋼索塔吊裝中,由于起重噸位重,起升高度高,容易引發(fā)塔吊-索塔結構的耦合振動。一方面鋼索塔為多節(jié)段鋼制結構, 自身剛度小,穩(wěn)定性差,極易因外擾產(chǎn)生大擺幅振動;另一方面塔吊和鋼索塔通過附著裝置相連接,其產(chǎn)生的振動激勵同時會引發(fā)塔吊的振動。這種“塔吊-索塔的耦合振動”使得大噸位塔吊在對索塔進行分節(jié)吊裝過程中,穩(wěn)定性和安全性都得不到保障。
      目前國內對于這方面的研究還比較少,對于塔機-索塔的耦合振動問題仍舊處于探索階段,因此有必要針對塔機-索塔的耦合振動問題建立一套合理有效的減振方案。發(fā)明內容
      本發(fā)明旨在提供一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)及減振方法,既可以被動地發(fā)揮阻尼耗能減振的作用,又可以主動地發(fā)揮振動控制的作用,極大地降低塔吊-索塔結構的耦合振動,提高塔吊-索塔結構的穩(wěn)定性和安全性。
      為了實現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),包括塔機和索塔,塔機和索塔之間通過附著裝置連接,附著裝置包括變阻尼作動器。
      進一步地,附著裝置還包括連接在塔機和索塔之間的撐桿,變阻尼作動器串聯(lián)在撐桿上。
      進一步地,附著裝置還包括固定套設在塔機外的附著框,撐桿的第一端固定連接在附著框上。
      進一步地,附著框可拆卸地設置在塔機上。
      進一步地,附著裝置還包括固定設置在索塔上的安裝座,撐桿的第二端固定連接在安裝座上。
      進一步地,索塔包括分別設置在塔機兩側的第一部分和第二部分,撐桿有多個,塔機通過多個撐桿分別與第一部分和第二部分連接。
      進一步地,附著裝置還包括分別設置在塔機和索塔上的加速度傳感器、與加速度傳感器連接的DSP信號處理器和與DSP信號處理器連接的控制器,控制器連接至變阻尼作動器。
      進一步地,變阻尼作動器為磁流變阻尼器,控制器包括與DSP信號處理器連接的主動控制力計算模塊和與主動控制力計算模塊連接的判定模塊,判定模塊輸出驅動電壓至磁流變阻尼器。
      進一步地,判定模塊與磁流變阻尼器之間還依次串聯(lián)設置有D/A信號轉換器和功率放大器。
      根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法,包括步驟Si,將附著裝置固定連接在塔機和索塔之間;步驟S2,根據(jù)塔吊-索塔結構的振動作用力調節(jié)附著裝置上的變阻尼作動器,使變阻尼作動器輸出與塔吊-索塔結構的相對速度方向相反的作動力。
      進一步地,變阻尼作動器為磁流變阻尼器,步驟S2包括步驟S21,在索塔和塔機的標準節(jié)上設置加速度傳感器;步驟S22,將加速度傳感器連接至DSP信號處理器,使加速度信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號,將DSP信號處理器連接至控制器,使控制器根據(jù)加速度傳感器獲得的加速度信號計算減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的驅動電壓;步驟 S23,將控制器獲得的驅動電壓輸送至磁流變阻尼器。
      進一步地,步驟S22包括步驟S221,控制器內的主動控制力計算模塊根據(jù)振動控制算法計算減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的主動控制力;步驟S222,判定模塊根據(jù)主動控制力計算模塊計算出的主動控制力進行修正,獲取減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的修正后的主動控制力;步驟S223,對加速度信號進行積分和濾波處理,獲得位移反應和速度反應,根據(jù)磁流變阻尼器的逆向動特性獲得磁流變阻尼器的驅動電壓。
      進一步地,步驟S23包括步驟S231,將控制器獲得的驅動電壓輸送至D/A信號轉換器轉換為模擬信號;步驟S232,將該模擬信號輸送至功率放大器進行增益;步驟S233,將增益后的驅動電壓輸送至磁流變阻尼器。
      應用本發(fā)明的技術方案,塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)包括塔機和索塔,塔機和索塔之間通過附著裝置連接,附著裝置包括變阻尼作動器。通過變阻尼器對塔吊-索塔結構施加減弱塔吊-索塔結構振動的阻尼力,可以被動地發(fā)揮阻尼耗能減振的作用,又可以主動地發(fā)揮振動控制的作用,相比傳統(tǒng)的被動阻尼器,變阻尼器對振動的控制效果更好,且結構簡單,運用靈活方便。變阻尼器為磁流變阻尼器,更加便于對變阻尼器的阻尼力進行調節(jié),使磁流變阻尼器的振動控制力始終與臂架的振動方向相反,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性良好。


      構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解,本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中
      圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)的結構示意圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)的流程示意圖;以及
      圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)的控制工作原理圖。
      具體實施方式
      下文中將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
      如圖1至圖3所示,根據(jù)本發(fā)明的實施例,塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)包括塔機10、索塔20以及設置在塔機10和索塔20之間的附著裝置30。
      索塔20包括分別設置在塔機10兩側的第一部分21和第二部分22,塔機10位于第一部分21和第二部分22的連線外側。第一部分21和第二部分22沿塔機10的中心對稱設置。
      附著裝置30包括撐桿31、附著框32、安裝座33、變阻尼作動器、加速度傳感器35、 控制器36、D/A信號轉換器37、功率放大器38和DSP信號處理器39。其中,本實施例中,變阻尼作動器為磁流變阻尼器34。
      撐桿31有多根,均勻連接在塔機10和索塔32之間,在每個撐桿31上都串聯(lián)有磁流變阻尼器34。本實施例中,撐桿31有四根,分別設置在塔機的兩側,每一側的兩根撐桿 31分別連接在索塔20的第一部分21和第二部分22上。在四根撐桿31的中間位置均設置有變阻尼作動器,實現(xiàn)對索塔20和塔機10的實時減振。在其它的實施例當中,索塔20可以為整體式結構,塔機10和索塔20之間也可以僅通過一根撐桿31實現(xiàn)連接,在該撐桿31 的中間位置設置變阻尼作動器,來實現(xiàn)減振作用。
      附著框32固定套設在塔機10外,撐桿31的第一端固定連接在附著框32上。附著框32可以焊接在塔機10上,也可以可拆卸地固定設置在塔機10上。在本實施例中,附著框32可拆卸地設置在塔機10外,包括有四條邊框,相鄰的兩條邊框通過角鐵和螺栓連接在一起??刹鹦兜慕Y構使附著框32的適用更加靈活,而且便于更換,不會對塔機的使用造成影響。
      安裝座33可拆卸地分別設置在索塔20的第一部分21和第二部分22上,撐桿31 的第二端可拆卸地設置在安裝座33上。
      磁流變阻尼器34可設置在撐桿31的中間位置,將兩端的撐桿31連接在一起,也可以設置在撐桿31的一端,直接與附著框32或者安裝座33相連。
      加速度傳感器35有多個,分別設置在撐桿31兩端的塔機10和索塔20上,用于測量塔吊-索塔結構的加速度響應,獲取加速度信號。
      DSP信號處理器39與加速度傳感器35相連接,將加速度傳感器35傳輸?shù)募铀俣刃盘枏哪M信號轉換為數(shù)字信號。
      控制器36連接至DSP信號處理器39,接收DSP信號處理器39處理后的加速度信號,根據(jù)加速度信號獲取減弱塔吊-索塔結構的振動作用的驅動電壓,并輸出該驅動電壓。
      控制器36包括與DSP信號處理器39連接的主動控制力計算模塊361和與主動控制力計算模塊361連接的判定模塊362,主動控制力計算模塊361根據(jù)控制算法獲得減弱塔吊-索塔結構的振動作用的主動控制力F。,然后判定模塊362根據(jù)磁流變阻尼器35的最大阻尼值和最小阻尼值對該主動控制力F。進行修正,獲取修正后的主動控制力F。,然后控制器36根據(jù)該修正后的主動控制力F。和加速度信號通過磁流變阻尼器35的逆向動特性推導出磁流變阻尼器35的驅動電壓U。主動控制力算法可以為最優(yōu)控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法或模糊控制算法等。
      D/A信號轉換器37將控制器36輸出的驅動電壓由數(shù)字信號轉換為模擬信號,然后輸送至功率放大器38進行增益,功率放大器38將增益后的電壓信號輸送至磁流變阻尼器 34,從而控制磁流變阻尼器的阻尼力。磁流變阻尼器34是以阻尼力的形式提供控制力,因此只能提供與塔吊-索塔結構運動相反也即阻止結構運動的控制力,該控制力是與阻尼器的相對速度方向相反的力。因此磁流變阻尼器控制總是無條件穩(wěn)定的,而且具有很好的魯棒性。
      附著裝置30可沿塔機的高度方向設置多個,以保證塔機10和索塔20的連接作用,也能夠實現(xiàn)更好的減振作用。
      塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法如下
      首先將附著裝置30的附著框32安裝在塔機10上,然后將安裝座33安裝在索塔 20上,將撐桿31和磁流變阻尼器34串聯(lián)設置,并連接在附著框32和安裝座33上。將加速度傳感器35分別設置在撐桿31兩端的塔機10和索塔20上,將DSP信號處理器39連接在加速度傳感器35上,將控制器36連接在DSP信號處理器39上,將D/A信號轉換器37連接在控制器36的輸出端,將功率放大器38連接至D/A信號轉換器37的輸出端,將功率放大器38的輸出端連接至磁流變阻尼器34。
      在索塔20及塔機10的標準節(jié)上分別布置加速度傳感器35,當組合結構受外部激勵作用時,加速度傳感器35會自動采集組合結構的加速度反應信號,并將其傳輸?shù)紻SP信號處理器39中。
      DSP信號處理器39將采集到的加速度模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號,將其傳輸至存儲 PC機和控制PC機內等控制器36內。
      在控制器36內,將加速度信號經(jīng)積分和濾波處理,得到位移反應和速度反應,并根據(jù)設定好的振動控制算法計算主動控制力F。。
      判斷所求的主動控制力F。是否在磁流變阻尼器34的阻尼力最大值和最小值之間。如果巧MjFmm5jFmax],控制器將把磁流變阻尼器;34的驅動電壓相應置于最大或最小,當所需的半主動控制力F。小于Fmin,則F。取值為Fmin,當所需的主動控制力F。大于Fmax,則主動控制力F。取值Fmax ;如果F。e [Fmax,F(xiàn)fflin],通過磁流變阻尼器34的逆向動特性函數(shù)關系式即Ui = g(Xi,Xi, f》和已知的Fc, x,x(x指索塔20和塔機10的相對位移反應,χ指索塔 20和塔機10的相對速度反應,位移反應和速度反應均可以通過加速度傳感器所獲取的加速度反應得出)可推導出磁流變阻尼器;34的驅動電壓U。
      當?shù)窒駝铀璧闹鲃涌刂屏。不在磁流變阻尼器34的可調阻尼力范圍之內時,需要通過磁流變阻尼器34的最大阻尼或最小阻尼對塔式起重機與索塔的耦合振動進行最大程度的削弱,實現(xiàn)最好的減振效果。這種超出磁流變阻尼器34的可調阻尼力范圍而選擇磁流變阻尼器34的邊緣阻尼的控制方法屬于被動控制方法,這種控制方法與根據(jù)加速度傳感器進行阻尼力調整的主動控制方法相結合,形成塔式起重機與索塔耦合振動的半主動控制方法,能夠實現(xiàn)對塔式起重機與索塔的耦合振動的最好減振作用,智能化更好,減振效果更加顯著,適應性更好。
      將計算的驅動電壓通過D/A信號轉換器37轉換為電壓信號,通過功率放大器38進行增益,使用增益后的電壓信號改變電源電壓,從而改變磁流變阻尼器34的半主動控制力,對塔吊-索塔結構施加與振動速度反向的控制力,從而控制結構的振動作用。
      從以上的描述中,可以看出,本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果
      1.減振效果顯著,此減震系統(tǒng)能極大的降低塔吊-索塔結構的耦合振動。
      2.耗能低,所需要的能源非常小,一般幾十瓦就可以提供較高的阻尼力。
      3.智能化程度高,編程控制器可編寫適合各種工況的智能化控制程序。
      4.磁流變阻尼器是以阻尼力的形式提供控制力,因此只能提供與塔吊-索塔結構運動相反也即阻止塔吊-索塔結構振動的控制力,該控制力是與阻尼器的相對速度方向相反的力。因此磁流變阻尼器控制總是無條件穩(wěn)定的,而且具有很好的魯棒性。
      5.磁流變阻尼器可以根據(jù)工況的不同施加不同的電流值充當被動阻尼器對系統(tǒng)加以控制,方便靈活,能適用于各種不同型號的大噸位塔式起重機。
      以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對于本領域的技術人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
      權利要求
      1.一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),包括塔機(10)和索塔(20),其特征在于,所述塔機(10)和所述索塔00)之間通過附著裝置(30)連接,所述附著裝置(30)包括變阻尼作動器。
      2.根據(jù)權利要求1所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述附著裝置(30)還包括連接在所述塔機(10)和所述索塔00)之間的撐桿(31),所述變阻尼作動器串聯(lián)在所述撐桿(31)上。
      3.根據(jù)權利要求2所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述附著裝置(30)還包括固定套設在所述塔機(10)外的附著框(32),所述撐桿(31)的第一端固定連接在所述附著框(3 上。
      4.根據(jù)權利要求3所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述附著框(3 可拆卸地設置在所述塔機(10)上。
      5.根據(jù)權利要求3所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述附著裝置(30)還包括固定設置在所述索塔00)上的安裝座(33),所述撐桿(31)的第二端固定連接在所述安裝座(3 上。
      6.根據(jù)權利要求2至5中任一項所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述索塔00)包括分別設置在所述塔機(10)兩側的第一部分和第二部分 (22),所述撐桿(31)有多個,所述塔機(10)通過多個所述撐桿(31)分別與所述第一部分 (21)和所述第二部分0 連接。
      7.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述附著裝置(30)還包括分別設置在所述塔機(10)和所述索塔00)上的加速度傳感器(35)、與所述加速度傳感器(3 連接的DSP信號處理器(39)和與所述DSP信號處理器(39)連接的控制器(36),所述控制器(36)連接至所述變阻尼作動器。
      8.根據(jù)權利要求7所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述變阻尼作動器為磁流變阻尼器(34),所述控制器(36)包括與所述DSP信號處理器(39) 連接的主動控制力計算模塊(361)和與所述主動控制力計算模塊(361)連接的判定模塊 (362),所述判定模塊(36 輸出驅動電壓至所述磁流變阻尼器(34)。
      9.根據(jù)權利要求8所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),其特征在于,所述判定模塊(36 與所述磁流變阻尼器(34)之間還依次串聯(lián)設置有D/A信號轉換器(37)和功率放大器(38)。
      10.一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法,其特征在于,包括步驟Si,將附著裝置(30)固定連接在塔機(10)和索塔00)之間;步驟S2,根據(jù)塔吊-索塔00)結構的振動作用力調節(jié)附著裝置(30)上的變阻尼作動器,使變阻尼作動器輸出與塔吊-索塔結構的相對速度方向相反的作動力。
      11.根據(jù)權利要求10所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法,其特征在于,變阻尼作動器為磁流變阻尼器(34),步驟S2包括步驟S21,在索塔00)和塔機(10)的標準節(jié)上設置加速度傳感器(35);步驟S22,將加速度傳感器(3 連接至DSP信號處理器(39),使加速度信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號,將DSP信號處理器(39)連接至控制器(36),使控制器(36)根據(jù)加速度傳感器(35)獲得的加速度信號計算減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的驅動電壓;步驟S23,將控制器(36)獲得的驅動電壓輸送至磁流變阻尼器(34)。
      12.根據(jù)權利要求11所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法,其特征在于,步驟S22包括步驟S221,控制器(36)內的主動控制力計算模塊(361)根據(jù)振動控制算法計算減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的主動控制力;步驟S222,判定模塊(36 根據(jù)主動控制力計算模塊(361)計算出的主動控制力進行修正,獲取減弱塔吊-索塔結構的振動作用所需的修正后的主動控制力;步驟S223,對加速度信號進行積分和濾波處理,獲得位移反應和速度反應,根據(jù)磁流變阻尼器(34)的逆向動特性獲得磁流變阻尼器(34)的驅動電壓。
      13.根據(jù)權利要求11所述的塔式起重機與索塔耦合振動的減振方法,其特征在于,步驟S23包括步驟S231,將控制器(36)獲得的驅動電壓輸送至D/A信號轉換器(37)轉換為模擬信號;步驟S232,將該模擬信號輸送至功率放大器(38)進行增益; 步驟S233,將增益后的驅動電壓輸送至磁流變阻尼器(34)。
      全文摘要
      本發(fā)明提供了一種塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)及減振方法。該塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng)包括塔機(10)和索塔(20),塔機(10)和索塔(20)之間通過附著裝置(30)連接,附著裝置(30)包括變阻尼作動器。根據(jù)本發(fā)明的塔式起重機與索塔耦合振動的減振系統(tǒng),既可以被動地發(fā)揮阻尼耗能減振的作用,又可以主動地發(fā)揮振動控制的作用,極大地降低塔吊-索塔結構的耦合振動,提高塔吊-索塔結構的穩(wěn)定性和安全性。
      文檔編號B66C23/62GK102494077SQ20111040734
      公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
      發(fā)明者劉仰清, 曾光, 李宇力, 王曦鳴, 陽云華 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司
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