抑制起重机起升运动时塔身振动的方法及系统与流程

技术特征：
1.一种抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法，其特征在于：首先分析塔式起重机在起升过程中货物的运动对塔身振动的影响规律，建立塔身振动系统的动力学模型，根据塔身振动系统的动力学模型推导出塔身的实时广义刚度和实时广义质量数学表达式，然后根据实时测量的斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的横向振动幅值计算塔身的振动模态坐标，根据塔式起重机在起升过程中的状态参数计算塔身的实时广义刚度和实时广义质量，通过塔身的振动模态坐标和实时广义刚度和实时广义质量计算下一时刻的横向振动幅值以计算所需要调节的斜拉调节绳的长度，从而给塔身施加约束力，以达到抑制塔身振动的目的。2.根据权利要求1所述抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法，其特征在于：所述塔身振动系统的动力学模型的过程如下所述：以沿着水平地面且远离塔身的方向为x轴的正方向，以沿着初始状态下的塔身中心线且远离地面的方向为坐标轴y轴的正方向，以地面与初始状态下的塔身中心线的交点为坐标系原点o建立惯性坐标系xoy；将塔身等效为以地面为固定端且具有端部质量的悬臂梁，将塔式起重机回转部分等效为端部质量，将变幅小车、货物和吊钩等效为铅垂面内的移动质量，从而将塔身
‑
回转部分
‑
变幅小车
‑
货物系统简化为悬臂梁
‑
端部质量
‑
移动质量系统，根据悬臂梁
‑
端部质量
‑
移动质量系统建立塔身振动系统的动力学模型。3.根据权利要求1所述抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法，其特征在于：所述计算塔身的振动模态坐标的过程是：塔身在铅垂面内的横向振动幅值x(y，t)与塔身的振动模态坐标q
i
(t)的对应关系表示为：式中，x(y，t)为塔身在铅垂面内在t时刻距离地面y位置处的横向振动幅值，q
i
(t)为正则坐标下的塔身第i阶振动模态坐标，为正则坐标下的塔身第i阶振型函数，表示为：式中，式中，为塔身的单位长度质量，l
t
为塔身顶部到地面的距离，m1＝m
b
m
cb
m
cw
为回转部分的质量，j＝j
b
j
cb
j
cw
为回转部分的转动惯量，m
b
为起重臂的质量，m
cb
为平衡臂的质量，m
cw
为平衡重的质量，j
b
为在初始状态下起重臂绕起重臂中心线与塔身中心线交点上的轴线转动的转动惯量，该轴线垂直于起重臂和塔身，j
cb
为在初始状态下平衡臂绕该轴线转动的转动惯量，j
cw
为在初始状态下平衡重绕该轴线转动的转动惯量，φ
i
(y)＝cosh(λ
i
y)
‑
cos(λ
i
y) ξ
i
[sinh(λ
i
y)
‑
sin(λ
i
y)]为非正则坐标下的塔身第i阶振型函数，m
t
为塔身的总质量，λ
i
为第i阶频率方程的解，第i阶频率方程表示为：
塔身第i阶振动模态坐标q
i
(t)与塔身第i阶模态的振动固有频率ω
i
、变幅小车距塔身中心线的距离l
c
、货物作起升运动的加速度变幅小车的质量m
c
和起重量m
p
的关系如数学模型所示，数学模型表示为：式中，表示函数对空间坐标y取1阶导数；当塔式起重机进行起升运动时，获取斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处在铅垂面内的横向振动幅值，结合以上公式计算塔身的振动模态坐标q
i
(t)。4.根据权利要求1所述抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法，其特征在于：所述计算塔身的实时广义刚度和实时广义质量的过程是：基于塔身振动系统的动力学模型，推导出处于振动状态下的塔身的实时广义刚度[k]和实时广义质量[m]分别表示为：分别表示为：式中，p
m
＝(m
p
m
c
)l
c
，式中，p
m
＝(m
p
m
c
)l
c
，l
c
是变幅小车距塔身中心线的距离、m
c
是变幅小车的质量，m
p
是起重量，是起重量，表示振型函数对空间坐标y取1阶导数，m＝1，2，3...，n＝1，2，3...，为塔身第n阶模态的振动固有频率，为塔身的单位长度质量，e为塔身的弹性模量，i为塔身的截面惯性矩，l
t
为塔身顶部到地面的距离；根据上述公式和实测的起重量m
p
和变幅小车距塔身中心线的距离l
c
计算塔身的实时广义刚度[k]和实时广义质量[m]。5.根据权利要求1所述抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法，其特征在于：所述计算所需要的斜拉调节钢丝绳的长度为：式中，t为采样周期，k＝1，2，3
…
，δl
w
((k 1)t)为在(k 1)t时刻斜拉钢丝绳需要调节的长度，x
t
(l
t
，(k 1)t)为在(k 1)t时刻塔身顶部在铅垂面内的横向振动幅值，l
t
为塔身顶部到地面的距离，l
w
为塔身顶部到长度智能调节伺服电机的距离，长度智能调节伺服电机固定在地面上。
6.一种抑制起重机进行起升运动时塔身振动的系统，其特征在于：包括斜拉调节钢丝绳、振动倾角仪、塔式起重机安全监控管理黑匣子、中控系统、斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的模态坐标计算子系统、塔身实时广义刚度和实时广义质量计算子系统、斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处横向振动幅值预测子系统和斜拉调节钢丝绳智能调节子系统；斜拉调节钢丝绳的一端铰接在塔身的顶部，另一端与斜拉调节钢丝绳智能调节子系统连接；振动倾角仪水平安装在斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处所在的塔身横截面的中心位置，用于实时测量该点所在的塔身的横截面绕塔身的中性轴偏转的角度；塔式起重机安全监控管理黑匣子用于储存和输出起重量和变幅小车距塔身中心线的距离；中控系统，用于控制数据的输入与输出以及数据的转换，根据悬臂梁任意截面的横向位移与转角的关系，将由振动倾角仪输出的数据转换为塔身在铅垂面内的实时横向振动幅值输入到斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的模态坐标计算子系统，将塔式起重机安全监控管理黑匣子输出的起重量和变幅小车距塔身中心线的距离输入到塔身实时广义刚度和实时广义质量计算子系统，将塔身实时广义刚度和实时广义质量计算子系统输出的实时广义刚度和实时广义质量和斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的模态坐标计算子系统输出的数据输入到斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处横向振动幅值预测子系统，将斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处横向振动幅值预测子系统输出的数据输入到斜拉调节钢丝绳智能调节子系统；斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的模态坐标计算子系统，用于建立塔身在铅垂面内的横向振动幅值与塔身的振动模态坐标的对应关系，利用有中控系统输出的塔身在铅垂面内的横向振动幅值计算塔身在铅垂面内的振动模态坐标，并将计算结果输出到中控系统；塔身实时广义刚度和实时广义质量计算子系统，用于建立塔身在铅垂面内的横向振动的实时广义刚度和实时广义质量与塔式起重机在起升过程中的状态参数关系，利用由中控系统输出的塔式起重机在起升过程中的状态参数计算塔身在铅垂面内的实时广义刚度和实时广义质量，并将计算结果输出到中控系统；斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处横向振动幅值预测子系统，基于塔身振动控制系统的动力学模型建立差分方程，利用中控系统输出的塔身在铅垂面内的振动模态坐标和塔身的实时广义刚度和实时广义质量计算塔身下一时刻的横向振动幅值并输出到中控系统；斜拉调节钢丝绳智能调节子系统，用于建立斜拉调节钢丝绳的调节长度与塔身下一时刻横向振动幅值的关系，包括长度智能调节伺服驱动器和长度智能调节伺服电机，该系统利用由中控系统输出的起塔身下一时刻的横向振动幅值计算下一时刻所需调节的斜拉调节钢丝绳的长度，长度智能调节伺服驱动器驱动长度智能调节伺服电机运行，从而调节斜拉调节钢丝绳的长度，进而给塔身施加约束力，达到抑制塔身振动的目的。

技术总结
一种抑制起重机进行起升运动时塔身振动的方法以及系统；该方法是建立塔式起重机的塔身振动系统的动力学模型，计算塔式起重机的塔身的振动模态坐标、实时广义刚度和实时广义质量，根据塔身的振动模态坐标和塔身的实时广义刚度和实时广义质量计算塔身下一时刻的横向振动幅值，计算下一时刻斜拉调节钢丝绳所需调节的长度以给塔身施加约束力；该系统包括斜拉调节钢丝绳、振动倾角仪、塔式起重机安全监控管理黑匣子、中控系统、斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处的模态坐标计算子系统、塔身实时广义刚度和实时广义质量计算子系统、斜拉调节钢丝绳与塔身铰接处横向振动幅值预测子系统和斜拉调节钢丝绳智能调节子系统。本发明有效抑制了塔身振动。塔身振动。塔身振动。


技术研发人员：董明晓 冯润辉 杜鑫宇
受保护的技术使用者：山东建筑大学
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/10/28