走过路过不要错过作者：赵斌 周颖达 闻佳华、摘 要：针对传统岸边集装箱起重机后大梁倾转液压缸控制电子防扭的弊端，介绍了新型岸边集装箱起重机小车架丝杆电子防扭技术，包括如何识别吊具当前状态，丝杆电机、滑轮台车的运作方式、防扭控制模型的解算以及最终在自动化岸边集装箱起重机的自动装卸过程中所起到的作用。0 引言伴随着3E 大型集装箱船的广泛应用，越来越多的码头也选择作业高度较高的大型集装箱起重机。然而随着作业高度的增加，控制悬挂在4 根柔性钢丝绳下吊具的位置和状态也变得更加困难。吊具前后方向的晃动，可以由经验丰富的司机控制小车进行稳定，但对于吊具顺逆时针的旋转扭动，司机却无可奈何。尤其对于现在远程及自动化码头，岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）装卸的过程大多是自动运行，因此吊具及集装箱的姿态对自动化流程运作极其重要。岸桥吊具电子防扭技术被起重机制造商广泛重视。传统的电子防扭是通过控制4 只连接吊具钢丝绳的倾转液压缸的伸缩，跟随吊具旋转并且吸收吊具旋转动能。但是由于液压缸的动态速度较慢以及液压缸的施力要经过很长的缠绕钢丝绳才能抵达吊具的原因，其中很大一部分液压缸伸缩的施力由于钢丝绳自身的弹性被消耗，能够抵达并作用在吊具防扭作用上的力，仅是一小部分，如图1 所示。对于一些自动化码头所采用的分离式上架则无法使用后大梁倾转液压缸来实现吊具的左右旋转控制。通过安装在小车架平台上的丝杆电机推动滑轮台车结构，控制悬挂吊具的滑轮组的位置变化，跟随吊具的旋转吸收吊具旋转动能，使得吊具实现快速回稳的技术方案（下文简称“方案”）既能在最短的钢丝绳距离直接将防扭控制施加的力作用于吊具上，同时也可以使用在自动化码头常用的分离式上架的吊具防扭控制。图 1 传统后大梁倾转液压缸的电子防扭1 吊具旋转信号识别在实现吊具旋转扭动控制之前，首先需要识别当前吊具扭动的状态。在吊具上安装一块反射板，反射板具有田字形的黑白两种颜色，并且采用猫眼无源反射材料。同时在小车架上安装照射方向竖直向下的摄像头，并且在小车架上开一个孔，使得反射板可以显示在摄像头画面的中心区域，如图2 所示。通过调节摄像头的曝光度和视角角度，可以从摄像头中识别出反射板的具体信息，如图3 所示。图 2 摄像头与吊具反射板位置图 3 摄像头画面中的吊具反射板通过软件可以解析出表示吊具实时状态反射板的状态信息，包括横向x 偏移，纵向y 偏移，z 轴旋转量α 等。当吊具有来回的旋转扭动时，可从软件上读取吊具扭动时z 轴旋转量α 和时间关系的信号波形，如图4 所示，从中可以看出当吊具位于小车架下方进行来回的旋转扭动时，扭动状态呈规律的正弦波。图 4 吊具左右扭动的信号波形2 丝杆电机与滑轮台车传统岸桥吊具是通过钢丝绳与小车架上方的固定滑轮组缠绕连接。方案则是采用一对可以前后移动的滑轮台车悬挂滑轮组。滑轮台车的前后移动是由一对丝杆电机控制。丝杆电机旋转带动丝杆前后移动，同时带动滑轮台车前后移动。滑轮台车移动速度最高可达50 mm/s。而传统倾转液压缸的线速度小于20 mm/s，丝杆电机控制滑轮台车的响应速度。并且滑轮台车的移动直接作用在吊具上方的钢丝绳，对吊具的旋转扭动控制非常的明显和直接，简化结构的滑轮台车与吊具绳索关系如图5 所示。图 5 简化结构的滑轮台车与吊具绳索关系示意图当丝杠电机收到PLC 给定的方向及速度控制指令之后，产生向前推动或向后拉拽滑轮台车的水平线性运动，滑轮台车带动悬挂吊具的滑轮组水平线性移动。由于两个滑轮台车向相反方向运动，使悬挂在滑轮台车下方的吊具发生旋转扭动，如图6 所示。图 6 简化结构的滑轮台车与吊具绳索关系示意图3 防扭模型的解算吊具扭动的模型为钟摆模型，所以可以得到扭动频率与钢丝绳摆长的关系为图 7 有效摆长关系图图 8 丝杆电机推动滑轮台车当受到海风等外界影响时，吊具发生旋转和扭动，此时位于小车架上的摄像头识别出吊具的旋转角度状态，并将这些吊具旋转状态信号通过网络送入Simotion运动控制器。当Simotion 运动控制得到PLC 对防扭控制的允许命令信号时，将这些摄像头送入的吊具旋转扭动信号进行解算，生成丝杆电机的控制信号，包括速度给定及方向等，并控制驱动机给丝杆电机进行输出。小车架上2 台丝杆电机推动各自对应的滑轮台车前后线性移动。滑轮台车的运送与吊具旋转方向相同，使得悬挂在下方的吊具相对上方的滑轮台车保持静止，吊具的旋转动量被吸收。吊具逐渐回到平稳状态。相比于如图4所示的长时间的正弦波，图9 所示的波形具有显著的收敛性，防扭效果非常明显。图 9 在防扭作用下信号波形4 自动化岸桥的应用在自动化岸桥运用中，当主小车在海侧装卸集装箱时，海风的干扰往往会将吊具吹偏并带有一定旋转角度。在没有电子防扭的情况下，这样的偏转角度使司机不得不反复尝试纠正吊具角度，浪费较多时间，导致装卸效率降低。通过应用小车架的丝杆防扭技术，系统识别出当前吊具旋转扭动的角度及姿态，通过丝杆电机的输出，带动小车架滑轮台车的运动，纠正吊具旋转的姿态，保证岸桥吊具与船舶上的集装箱方向始终保持一致，从而使司机能够不需要做额外调节就可以简单将集装箱快速地装卸如图10 所示。图10 自动化岸桥在海侧抓放箱当自动化岸桥从海侧抓起一个集装箱之后，进入到自动化流程。此时小车会自动带着集装箱运行到中转平台上方。由于小车运行过程中会受到海风等其他元素的干扰，吊具产生一些旋转扭动的偏移。通过应用小车架丝杆防扭技术可使小车在运行过程中调整吊具的姿态，使吊具始终保持平行于中转平台的角度，使小车抵达中转平台上方之后，能够准确且快速地下降吊具位置，将集装箱稳定地放置进主动平台中，如图11 所示。图11 自动化岸桥在中转平台上抓放集装箱5 结论港口的自动化程度直接决定了码头的生产力。对于直接抓放集装箱的吊具功能控制优化对于岸桥起重机的设计十分重要。伴随着远程自动化码头的发展，港口装卸流程越来越趋于自动化，对吊具及集装箱的稳定控制能力是必不可少的。基于岸桥小车架丝杆的电子防扭技术相比于传统后大梁倾转液压缸的电子防扭技术具有多方面的优势。在码头的海风及其他的外界干扰下，依旧能保持稳定的吊具及集装箱的姿态，可以实现更准确及高效的自动着箱，对码头的高效运作及安全生产有着积极重要的作用。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章易行机器人：掌握AGV核心控制技术是关键大型化、多样化、智能化——钢桥专用设备的发展趋势金价短线急涨、突破1845！黄金走势分析：若攻克这一阻力 金价有望再大涨近25美元腊八节｜战友，喝粥了！@河北人 腊八到，这些腊八习俗一定要知道！
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