基于数字孪生的桥式起重机自主运行系统研究

为了提高桥式起重机的智能化水平和数字化水平,借助数字孪生技术,对一桥式起重机的安全自主运行系统进行了仿真和实验研究。首先,采用数字孪生思想构建了起重机自主运行系统整体架构,根据桥式起重机的实际运行情况,采用四模型(即虚拟模型、物理动力学模型、行为控制模型和规则计算模型)的方法,构建了起重机的孪生模型;然后,在起重机孪生实验平台上进行了起重机路径规划和大小车轨迹跟踪仿真实验,采用了变论域模糊PID控制器,对起重机大小车轨迹跟踪进行了控制;最后,对该数字孪生系统进行了互联互通实物验证实验。研究结果表明:在起重机数字孪生系统中可以同步进行虚拟仿真和实物实验;在起重机大小车轨迹跟踪实验中,使用所提变论域模糊PID控制方法时,大车跟踪误差在±7 cm内,小车跟踪误差可达±6 cm,表明该控制方法的先进性;同时,该系统初步达成数字孪生技术虚实同步、虚实融合、虚实对照的目标,并且具有良好的三维可视化效果,可为推动机电装备的数字化进程提供一种思路。

岸桥起重机前大梁疲劳寿命的数值模拟分析

为了保证岸桥起重机的安全作业,评估岸桥起重机前大梁的疲劳寿命是非常必要的.首先在ANSYS中建立前大梁模型进行静力分析,采用实际工况进行加载,求得起重机主要构件在荷载组合下的应力状态和变形量,与行业规范进行比较,校验在荷载作用下的强度和刚度.针对结构的危险部位,如出现较大应力及变形量的部位,使用ANSYS APDL导出其周边的柔性体,耦合多体动力学软件ADAMS进行动力学仿真.采取不同的连接方式添加运动副及驱动,还原岸桥起重机构件间的连接状态,并导出在给定工况下岸桥起重机前大梁载荷谱.利用Ncode design life的“疲劳五框图”结合线性损伤理论、材料的S-N曲线,对岸桥起重机前大梁进行了疲劳分析.结果表明,前大梁与前拉杆的连接处为寿命最短部位,基于修正模型Godman获得的最小循环次数为7.145E+05次.该文的研究结果可为预测岸桥起重机的疲劳寿命提供重要参考.

基于UWB偏差平均法和迭代算法吊物跟踪系统研究

吊运货物精准定位是智能仓储和安全管理的根本保障。本文采用UWB(超宽带)定位技术,按照车间构造合理布置信号基站,首先采用偏差平均平面定位算法,初步计算吊物坐标位置;然后用牛顿迭代法,将计算结构进行处理,提高货物定位精度;再利用MATLAB强大的运算能力,实现吊物路径跟踪,并采用数维图数据可视化工具(SovitChart)进行仓库管理平台的开发;最后,对综合算法进行试验验证,定位精度分析结果显示该方法合理有效。

岸边集装箱起重机结构振动响应概率密度分布统计

岸边集装箱起重机工作于码头前沿,是现代码头应用最广、集装箱装卸能力最强的装卸设备。文中针对岸边集装箱起重机结构健康监测响应概率密度分布的拟合问题,依据统计学理论选择合适的分布类型完成拟合。对其结构健康监测振动响应数据进行分布检验,采用卡方检验判断其是否符合常见的分布类型。对于不符合的响应数据,使用贝塔分布进行拟合。采用最小二乘法完成贝塔分布的参数求解,得到该数据的概率分布、概率密度函数等分布特性,并与原始数据进行对比。结果表明,岸边集装箱起重机结构小车运行方向和垂向的健康监测振动响应数据符合正态分布,而大车运行方向的振动响应数据不符合常见的分布类型,贝塔分布的拟合效果良好。

偶然性载荷作用下的桥式起重机摆角模型研究

对起重机建立准确的数学模型是研究其防摇摆控制策略的基础。构建在偶然载荷作用下桥式起重机摇摆数学模型,分析桥式起重机一个作业循环以及大小车运行时的受力情况,在充分考虑偶然载荷作用下构建桥式起重机工作过程中的三维动力学数学模型。通过在驱动力及风载作用下对模型的仿真分析,研究桥式起重机的摆角变化规律。桥式起重机在偶然载荷作用下的摆角模型及其变化规律可为后续桥式起重机的防摇摆控制提供理论基础,保证桥式起重机在偶然性载荷作用下工作安全可靠。

轻量化系列桥式起重机结构分析

以轻量化桥式起重机为研究对象,分析了轻量化桥机各结构的特点及模块化、参数化设计方法的应用,并将研究成果与国内外知名企业轻量化桥机性能参数进行了对比。分析得出,司轻量化桥机系列采用了多配置互换技术,实现了标准产品快速模块化设计、定制化产品快速变形设计,国内国际市场上具备明显的竞争优势。

门式与桥式起重机电气保护系统的检验技术

门式与桥式起重机是我国工业生产中重要的电气设备,为提高工业生产效率、保证生产安全,应做好起重机电气保护系统检验工作。就当前的工业生产情况来看,门式与桥式起重机应用过程中很多安全事故均与电气保护系统相关,因此有必要加强电气保护系统检验技术的应用,及时识别起重机电气保护系统运行安全问题,保障起重机运行的安全性与稳定性。基于此,该文对门式与桥式起重机运行特点及电气保护系统加以分析,讨论了电源滑触线、零位保护、主隔离开关与短路检测保护、过载保护、超速保护、紧急断电开关以及绝缘电阻保护等检测技术,并以某门式起重机电控系统为例,根据设备运行实际情况对其电气回路开关及保护配置加以分析,提出可行的电动机过电流保护措施,降低电气系统安全故障出现概率,保证门式与桥式起重机设备的稳定运行。

小车运行状态下岸桥结构动力响应分析

本文对在役岸桥整机金属结构的动力学响应机理进行分析。基于Euler-Bernoulli梁理论建立起重机单梁结构数值模型,分析不同工况对梁结构动力响应的影响,并分析动力学方程中“离心加速度项”对岸桥的动力学响应的影响。利用一岸桥结构数据建立包含结构重要分析部位如铰点、轨道梁等结构的几何特征的整机精细化数值模型。以简化质量点模拟小车,将质量与板壳单元接触,实现小车与大梁的相互作用,并应用于岸桥结构动力学分析中,考虑轨道梁非中心受力,计算得到大梁铰点的加速度响应,与实测信号结果基本一致。经计算分析发现,岸桥大梁铰点处测点的加速度实测信号频谱和计算信号频谱均表明小车运行对岸桥结构的主要影响为经过轨道接头时产生的高频冲击。同时,岸桥模型大梁上10个测点及小车的位移结果表明,当小车带额定载荷以额定速度匀速运行时,岸桥前大梁前端产生垂向拟静态位移,位移频谱表明小车主要受到垂向强迫振动。

基于LSTM-CAPF框架的岸桥起升减速箱轴承寿命预测方法

岸桥起升减速箱轴承的健康状况对港口生产安全具有重要意义.针对岸桥变工况的工作条件,提出一种起升减速箱轴承的剩余使用寿命(RUL)预测框架.首先,对工作载荷进行离散化,并确定工况边界.然后,利用长短时记忆(LSTM)网络模型预测载荷和相应的运行工况.其次,以维纳过程为基础,建立了考虑不同工况下退化率和跳变系数的状态退化函数.最后,利用工况激活粒子滤波(CAPF)方法预测轴承退化状态和RUL.采用NetCMAS系统采集的上海某港口起升减速箱轴承全寿命数据验证了所提出的预测框架.与其他3种预测模式比较表明,所提出的框架能够在变工况条件下获得更准确的退化状态和RUL预测.

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机轨迹规划

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机具有多输入多输出以及欠驱动的动力学特性,目前仍缺乏有效的控制策略.在台车移动、桥架移动、负载升降同步作业过程中,吊钩和负载两级球面摆动特性更为复杂,各状态量之间的非线性耦合关系更强,桥式起重机的防摆控制更具挑战性.不仅如此,现有方法无法保证桥式起重机系统全状态量的暂态控制性能.为解决上述问题,提出一种基于多项式的优化轨迹规划方法.首先,在未进行近似简化的前提下,使用拉格朗日方法建立带有双球面摆和变绳长效应的7自由度(Seven degree-of-freedom,7-DOF)桥式起重机的精确动力学模型.在此基础上,构造一组包含各状态量的辅助信号,将施加在台车、桥架、绳长以及吊钩、负载摆动上的约束转化为对辅助信号的约束,从而将桥式起重机的轨迹规划问题转化为与辅助信号相关的时间优化问题,并使用二分法求解.该轨迹规划方法不仅缩短了吊运时间,而且确保了全状态量满足约束条件.最后,仿真结果证明了动力学模型的准确性和轨迹规划方法的有效性.

桥式起重机分布式质量吊重系统双摆滑模控制

随着吊装作业的多元化发展,起重机吊装对象也从传统的质点式吊重向分布式质量吊重方向发展。针对桥式起重机在吊装分布式质量吊重时吊重的大摆角抑制和小车定位控制问题,提出了两种基于滑模控制理论的、用于吊重消摆和小车快速定位的方法。首先,综合考虑了桥式起重机吊装对象的结构特征、小车电机的驱动特性、摩擦阻力以及环境中的随机扰动对吊装作业的影响,建立了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学模型;然后,设计了桥式起重机分布式质量吊重系统的非线性双摆动力学普通滑模控制器(OSMC)和分层滑模控制器(HSMC),采用Lyapunov函数和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性;最后,利用数值仿真研究了OSMC和HSMC在分布式质量吊重减摆控制方面的性能差异。仿真及研究结果表明:与OSMC相比,采用HSMC不仅可以在12 s内实现小车精确定位目的,而且可以实现对分布式质量吊重在5°~9°摆动范围下的快速抑制目的,完成了对系统状态变量的有效控制;同时,对比结果表明HSMC对起重机系统内部和外部扰动变化有很强的鲁棒性和抗干扰性。

司机操纵模式对岸桥起重机小车轨道疲劳寿命的影响研究

实践证明,岸桥起重机司机的操纵方法是影响岸桥起重机小车轨道寿命的关键因素,平稳操纵对防止小车轨道偶发冲击发挥着至关重要的作用,挖掘出司机的操纵模式并探究其对小车轨道寿命的影响具有重要意义.为研究司机的不同操纵对岸边集装箱桥式起重机的小车轨道疲劳寿命的影响,采集了两个月的应力数据和可编程逻辑控制器(PLC)数据,并对小车轨道的疲劳寿命进行分析.首先通过自适应共振理论神经网络(ART)聚类算法实现司机操纵模式数据的分类,然后将每类操纵对应的应力数据进行峰值压缩、无效幅值去除,再利用雨流计数法得出幅值统计直方图,最后利用Miner法则求出三类操纵下小车轨道的疲劳寿命.结果显示,第三类操纵下小车轨道的四个测点的疲劳寿命优于第一类和第二类.该文研究结果可为港口司机操作培训提供参考,同时也为厂家改进小车轨道设计提供依据.

桥式起重机主梁的有限元分析

在力学理论分析的基础上,对桥式起重机主梁进行有限元分析,具体包括危险工况下的静力学分析、简支约束和自重载荷条件下的模态分析与谐响应分析。通过有限元分析,得到桥式起重机主梁可能出现疲劳损伤的失效点,为后续疲劳检测提供依据。

冶金起重机起升电控系统检测研究

冶金起重机工作环境恶劣、工作量大,对起重机的电控系统损害较大。同时,由于环境的恶劣也造成了检验检测的困难。基于此,研究了一种冶金起重机起升电控系统检测技术和检测方案,通过测定起重机起升时的实时电流和电压来计算起重机电机的相关参数,并生成功率与负载曲线、功率与起重机操作曲线来判断起升电控系统能否正常工作。

无人化桥式起重机检验方案研究

桥式起重机是现代生产中常用的一种起重运输机械,广泛应用于工厂、码头和仓库等场所。当前,无人化、自动化是起重机械发展的一个重要方向,然而当前我国尚缺少对无人化起重机的配置、功能、检验等方面的相关标准。为此,文中结合正在起草的《无人化起重机通用技术要求》标准,对自动化无人起重机械的配置、功能及检验方案进行了研究和讨论,希望以此能对无人化自动起重机的规范化、标准化实施有所帮助。

门(桥)式起重机常见机械电气故障及维修保养策略分析

在我国社会生产力快速发展的今天,门(桥)式起重机在其中具有非常重要的作用。可以在一定范围内进行重物的搬运,能够垂直进行重物的提升,也可以水平进行重物的移动,在很大程度上提升重物搬运效率。但是,门(桥)式起重机在日常的工作中,也比较容易出现机械、电气故障方面的问题,对其正常工作会带来非常大的影响。因此,需要做好维修保养工作,进而能够确保门(桥)式起重机正常作业。本文首先针对门(桥)式起重机概念加以阐述,然后分析常见的机械电气故障和具体的维修保养措施,包括金属结构故障问题及对策、起升结构故障问题及对策、运行结构故障问题及对策、钢丝绳故障问题及对策、防风装置故障问题及对策以及电气故障问题分析及对策。旨在可以有效实现相关问题的解决,确保门(桥)式起重机的正常作业。

1300 t桥式起重机主主梁实验测试研究

桥式起重机是科技进步发展的重要工程质量保证设备之一,为确保桥式起重机的安全,本文以单钩起重重量最大的1300 t桥式起重机为研究对象,提出一种布置应变片的方法,对桥式起重机进行载荷试验,针对特殊工况和位置进行强度和刚度检测,实验数据显示应力值以及上供下挠度均在范围内,验证了测点布置方法的准确性,对起重机的检验检测和安全评估有重要的工程意义。

基于YOLOv5的起重机制动下滑量测量系统设计

针对起重机制动下滑量测量问题,现阶段常见检测方法不能满足测量需求,故设计了一种基于YOLOv5的起重机制动下滑量检测软件。文中通过相机采集起重机制动过程,利用YOLOv5s训练并识别标记点,对标记点进行边缘提取和中心定位,改进欧式距离进行图像匹配,使匹配结果更加精确。实验结果表明,改进欧氏距离在匹配上更为精确,明显提高了起重机制动下滑量的测量精度,且下滑量测量系统具有高效性和稳定性。

铝电解多功能机组水平捞渣智能控制系统

结合大规模设备更新升级和新质生产力要求,针对铝电解行业对自动化升级的迫切需求,文中以铝电解多功能机组水平捞渣子系统为控制对象,建立了水平捞渣系统数学模型,设计了水平捞渣智能控制系统,通过模拟仿真和现场测试,均能满足精度控制要求,并验证了铝电解环境下液压比例高精度控制方法,为铝电解多功能机组实现整机智能化控制奠定了技术基础,对铝电解行业迈向高质量发展具有重要的指导意义。

考虑服役应力谱的桥式起重机疲劳寿命分析

疲劳失效为桥式起重机主要失效原因,科学有效地分析桥式起重机疲劳寿命是工业生产中的安全保障。文中以15t方坯桥式起重机为分析对象,对裂损部位的应力时间历程进行了测试,根据实测信号编制了服役应力谱,基于服役应力谱对起重机金属结构进行了疲劳寿命仿真,结果表明,舱门拐角处为疲劳薄弱部位。最后提出了整改方案,进一步仿真和后期实施验证了整改方案的合理性和有效性。