虚拟海浪环境中船舶起重机的自动稳钩研究
时间：2020-12-21 16:02:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：海面时常受到自然环境和生态因素的干扰，当海面环境出现不稳定情况时，就会导致吊钩明显摆动，这对于起重机的运行使用来说是十分不利的。本文针对虚拟海浪环境下船舶起重机自动稳钩的控制进行了简要的探讨分析，以期为海上运输行业的发展起到一份有力的推动作用。
关键词：虚拟海浪环境；船舶起重机；自动稳钩
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.047
1 引言
近年来，随着我国经济发展水平的逐渐进步，海上运输行业也取得了巨大的发展和进步并获得了较为广阔的发展空间。通过海上运输的方式来运送货物，一方面无需花费较多的成本，一方面又可以一次性运输较大批量的货物。
船舶起重机是指船舶自备的、用于装卸货的装置和机械，主要由吊杆装置、甲板起重机以及其他装卸机械共同构成，但是船舶起重机吊钩晃动的情况却对起重机作业的安全性和稳定性产生了一定的干扰。下面我们就通过构建起船舶运动模拟平台，来还原在海浪作用下所呈现出的甲板运动状态，从而对于稳钩控制系统的应用情况进行实际的研究。
2 船舶起重机吊钩摆动控制研究的发展
早在几十年以前，我国就已经针对船舶起重机吊钩摆动的控制这一问题展开了研究，研究的对象普遍为桥式起重机，90年代以后逐步出现了关于起重机吊钩消摆控制的相关研究。船舶起重机的吊钩消摆主要就是通过跟钩的能量来消除摆动，但此种结构复杂性强且实用性较差，已经很难满足当前阶段发展过程中所提出的各类新要求，因此探索一条合适的途径势在必行。
3 虚拟海浪环境下船舶起重机吊钩的稳钩设计
在本次研究当中，我们拟通过在虚拟海浪环境下对船舶起重机进行吊钩摆动稳钩控制的仿真研究。我们所构建起的船舶运动模拟平台主要以并联机构来体现，在并联机构当中，包括平台、单伸出液压缸、求铰链以及虎克铰链共同组成，其中平台分为固定平台和移动平台两类，通过合理控制液压的变化，来还原船舶在海中所呈现出来的各类运动情况。
在进行虚拟样机技术的使用时，应当充分将产品的具体设计与现代化的计算机网络技术相融合，同时将虚拟样机技术应用于外形设计、零部件装配、机构运动学仿真等多个方面。
4 船舶运动模拟平台的起重机仿真
船舶起重机起升运动的实现主要是起重机在起升马达的作用之下产生的，起重机卷筒对于绳子的控制可以实现对于吊钩上下位移情况的调整，而变幅运动机构则需要通过液压缸来实现对于吊重方向的调整。在船舶当中，起重机的回转、起升等情况都需要依靠液压系统来实现。在液压系统中，每一个分系统都是各自独立的。船舶起重机在船舶运动模拟平台的作用下会引起起重机的摆动，在起重机运动的过程当中，需要进行坐标转换，也就是将起重机的吊钩坐标更替为大地坐标系下的坐标。当船舶起重机回转运动机构开始运行时，泵中所存储的液压油随之流出，流至高压球阀后再进入比例阀当中，最终涌入液压马达当中。
5 船舶起重机吊钩稳钩的控制
在自然条件下，船舶起重机的摆动主要是由于风力、海浪等多重因素的干擾而产生的，如果此时开展作业，起重机吊钩的摆动幅度较大，就会对起重机的总体效率及水平造成极为恶劣的影响。在研究的过程当中我们需要注意，船舶起重机吊钩摆动的角度在自然条件下会受到空气所产生的阻碍而出现逐步衰减的情况，但在进行研究时，吊钩稳钩仿真主要是在真空的环境下运行的，因此，需要对于系统加设延迟反馈装置，形成与自然条件下较为类似的空气阻碍，以便合理对于船舶起重机吊钩位置进行控制，从而合理调整吊钩的摆动幅度和方向。在对于吊钩的摆动施加延迟反馈之后，面外角被控制在了一定范围之内，面内角也得到了调整，由此可以看出，在研究过程当中所设计出的延迟反馈装置可以有效调整船舶起重机吊钩的摆动情况，将其应用于肖伯过程当中，发挥着十分积极的意义。
一般来说，当船舶航行于海面之上时，起重机吊钩会受到夹板作用力的干扰而出现摆动情况，当系统在横摇5度、纵摇2度、垂荡幅度为0.01米时，对比系统受控于未售空的情况，可以看出船舶起重机的吊钩摆动情况得到了明显的控制。
6 船舶起重机吊钩自动稳钩控制研究缺陷分析
在上文当中我们充分利用了虚拟样机技术构建起了船舶运动模型平台，并将起重机模型运用至模拟平台之上。但总体来看，在本次研究当中仍然存在着明显的不够完善的地方，具体来说包括以下几个方面：其一，海浪模拟存在一定缺陷。本次研究当中，海浪作用情况主要是通过并联机构来实现的，无法切实体现出海浪对于甲板运动情况的影响，除此之外，船舶起重机以及船舶自身在相互作用时会产生耦合作用，如果船舶的运动频率与起重机吊钩的摆动幅度较为接近，就会出现不可预测的不规则运动。其二，本次研究主要是对于船舶起重机在单回转操作情况下、钢丝绳长度保持不变的条件下所开展的，没能够充分考虑到船舶起重机在变幅等阶段中的吊钩摆动幅度变化情况。其三，本次研究由于受到现有实验室设备条件的限制，所获得的实验结果存在着明显的局限性。其四，研究当中，我们通过利用延时反馈装置来模拟起重机在自然条件下所受到的外界因素干扰情况，但此种模拟方式在甲板运动模拟条件下所体现的效果却不够明显。
7 结语
综上所述，本次研究当中，我们通过利用虚拟样机技术实现了六自由度船舶运动模拟平台的整体系统设计，并在计算机网络平台上实现了同比建模，可以实现对于船舶运动平台的多类型运动模拟。
参考文献：
[1]李伟，张桂青，陈鹏.基于时间最优的起重机消摆控制策略[J].山东工业大学学报，1998，28（02）：10-14.
[2]方晓旻.船用起重机和波浪补偿控制系统设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.
