全回转起重船吊索动力荷载及其对浮态及稳性的影响

针对起重船在波浪中作业时,船体运动激起吊索摆动产生的附加动力荷载将对船舶的浮态和稳性不利,以超大型全回转起重船"蓝鲸"号为对象,建立了水动力模型,对其在不规则波浪中的运动响应进行了计算.采用谱分析方法根据悬挂点与吊物之间的运动传递函数得到吊物运动的统计值,从而得到不同浪向、不同回转角度、不同吊索长度情况下的吊索附加动力荷载,并分析其对起重船浮态及稳性的影响规律.     

悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究

为精确模拟吊索断裂动力过程,基于拆除构件法,对模拟悬索桥断索动力过程的数值方法展开研究.以某自锚式悬索桥为工程背景,详述了三种悬索桥吊索断裂动力过程模拟方法(瞬时刚度退化法、瞬时加载法、等效卸载法)的机理和特点,并对影响结构断索动力响应的因素展开分析.研究表明:采用瞬时刚度退化法模拟悬索桥吊索断裂动力过程简单有效;悬索桥断索后结构的动力响应与限元分析模型中是否包含失效吊索单元、断索持续时间、断索过程中吊索拉力损失变化关系以及断索工况等因素密切相关.     

一种新型柔索驱动介入式导管主动头端

依据介入导管操控要求,提出一种柔索驱动介入导管主动头端的设计方案,建立导管主动头端三维实体模型,并制作了一种尺寸放大的柔索驱动主动导管头端样机.采用D-H参数法和Newton-Raphson迭代法建立主动头端正反运动学数学模型,给出了计算柔索长度的通用方法,运用力锁合理论对主动头端各个关节的工作空间进行分析.并基于Mathematica平台,利用上述数学模型对导管头端运动进行轨迹规划.     

抑制吊重残余摆动的起重小车运动轨迹规划

针对桥式起重机欠驱动吊重在惯性力等作用下会产生残余摆动的问题,对起重机吊重的摆动进行相平面分析,提出抑制吊重残余摆动的起重小车运动轨迹规划.首先建立有阻尼摆动的起重机系统动力学模型,采用相平面分析法研究3种起重小车加速度曲线对吊重残余摆动的影响.构建李雅普诺夫函数从而得到基于吊重等效能量控制的起重小车动态加速度运动轨迹曲线.仿真结果表明:基于吊重等效能量控制的起重小车轨迹规划能有效减小吊重的摆动幅度,起重小车的运行加速度曲线更为平滑.当起重小车加速度与吊重摆动的方向相同时,起重小车的加速度越大,吊重等效能量减少的速度越快.当吊重初始摆角为0. 087 rad时,基于吊重等效能量运动轨迹规划的起重小车在7. 9 s后使吊重摆动达到允许摆角范围内.     

基于Recurdyn的回转起重机仿真研究

回转起重机在工作的过程中,由于离心力和惯性力的作用,会导致吊物摆动。吊物的摆动会对起重机产生冲击载荷,影响起重机的工作效率和安全性能。该文采用Recurdyn及Recurdyn/Belt模块建立集刚柔于一体的回转起重机动力学仿真模型。通过对模型的仿真研究得出回转起重机的回转机构运动对吊物的摆动影响最大。     

船用起重机磁流变防摆装置动力学分析及实验验证

为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题。将磁流变技术引入到船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置。推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型。对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2A时,对面内角及面外角的抑制分别为75%、82%。为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(VUFPID)控制器。采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85%,83%,能耗约为113J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60%,68%,能耗约为140J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50%,58%,能耗约为110J。可见采用VUFPID后,能实现低能耗,效果明显的防摆作用。最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性。     

考虑抗弯刚度的耦合吊索自振特性研究

设置减振架后,悬索桥吊索的自振特性与单根索股不同,其振动是同一吊点各索股相互作用的综合体现。为研究带减振架吊索的自振特性,提出了考虑抗弯刚度的双索股耦合系统模型。首先,推导出了系统耦合振动的理论公式,然后对自振频率进行求解后用试验及数值算例进行验证;最后,以矮寨大桥的典型吊索为工程背景,研究了索的抗弯刚度、减振架耦合位置、减振架刚度、索的长度对吊索自振特性的影响。研究结果表明:考虑索的抗弯刚度后,带减振架的吊索自振频率值明显增大,索越短,其增长幅度越大;减振架保证了两根索股同相整体振动模态的一致性,在同相整体振动模态之间存在单根索股单独振动模态(减振架位于吊索中点时成对出现)及反相振动模态;减振架位置对吊索反相振动模态的自振频率及振型有显著影响;与刚性减振架相比,弹性减振架导致反相振动模态的自振频率值降低,减振架刚度越小,其差值越大;对于不同长度的吊索,当设置的减振架刚度k≥5×10~6 N/m时,可近似视为刚性减振架。     

双线摆运动特性探究及实验装置的改进

本文应用能量守恒定律建立了双线摆的动力学方程,采用相图分析法对无阻尼和有阻尼两种运动情况进行了分析,描述了双线摆运动的线性和非线性特征.对双线摆的转动和摆动增加了控制装置,提高了操作的准确性.     

基于能量守恒的桥吊防摇切换控制

针对桥吊系统的非线性和不确定性,利用Lagrange方程建立其数学模型,从能量守恒角度设计了基于小车速度切换的防摇控制方法.由摄像头和反光板组成的传感器将检测到的图像经处理后得到吊具的角度.当吊具到达最低点时,将小车的速度进行相应的切换,使得吊具与小车相对速度为零,从而消除摆动.当小车在目标位置停止时,吊具的摆角范围为...     

双臂巡检机器人越障能力分析

研究了手臂固定式、手臂移动式和带柔索式三种类型双臂巡检机器人的越障能力,通过理论分析建立了三种类型双臂巡检机器人相应的越障能力数学模型,在设定基本相同的质量参数和结构参数前提下,计算得到了三种类型巡检机器人在不同线路坡度下的最大越障距离.计算结果表明:带柔索双臂巡检机器人的手臂结构运动更为灵活,机器人越障能力更大,且越障距离可根据障碍物大小自由调节,因此带柔索双臂巡检机器人的结构设计具有明显优势,更易实现机器人轻量化设计.     

线天线大吊索悬挂点几何位置的一种近似解

讨论一种工程实用的线天线大吊索悬挂点几何位置的较为精确的近似解答方法。首先应用悬垂线方程式求出各悬挂点的坐标,然后根据吊索自重沿其轴线全长均匀分布的假定,应用力矩公式修正各点纵坐标。本方法适用于相等大小、相等间距集中荷载作用下的线天线大吊索,最大偏差可控制在10mm以内。在工程实用上,本方法较假定吊索自重沿弦长均匀分布的计算方法,得出的解更为精确。     

基于CABLE建模的大型塔结构吊装过程动力学模拟

本文通过在CATIA软件上引入CABLE软件,建立了柔性体钢丝绳的三维模型。在对钢丝绳的物理参数进行定义后,在运动工作台上建立钢丝绳的动力学分析模型。进一步将吊车、塔、地面等模型完整装配,在运动工作台上进行整体模拟计算。最终获得被吊装结构的轨迹曲线、动力学响应、结构的偏心、翻转等,以及与周围物体的干涉情况。     

考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车消摆控制方法

塔式吊车系统负载摆角的抑制对于其安全运行至关重要,现有的消摆控制方法在抑制摆角方面取得了不错的效果,但这些控制方法均未考虑钢丝绳连同负载发生抖振的情况,存在安全隐患。针对此问题,提出一种考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车系统摆角抑制方法。具体而言,首先建立塔式吊车水平运动时的非线性抖振机理模型,计算出系统发生抖振后传导到电机主轴上的非线性抖振力矩,并将该抖振力矩等值反向作为补偿力矩。其次,利用陷波器滤除补偿力矩外的其他干扰,再将补偿力矩与一种滑模消摆控制律计算出的控制力矩相叠加,控制驱动电机力矩输出。最后,仿真和实验结果表明提出的消摆方法对于摆角的抑制具有更好的控制效果。     

基于高斯伪谱法的双摆桥起消摆策略分析

为了解决桥式起重机钢丝绳和负载的双摆问题,本文提出采用高斯伪谱法实现消摆。深入分析了影响吊具与负载摆动的控制因素,通过系统运动状态运用拉格朗日方程建立了双摆桥起动力学模型和最优控制模型,依靠相同运动曲线的输入验证了模型的有效性;将原最优控制问题转换为高斯伪谱形式,采用高斯伪谱法直接对建立的模型进行分析并在有限时间内获得最优解。仿真实验结果表明：采用高斯伪谱法能够有效实现消摆,控制结果与其他控制方法作比较,进一步证明了高斯伪谱法的优越性及有效性。     

扇锥天线的二维平面结构分析法

讨论一种工程实用的扇锥天线较为精确的结构分析与计算方法。在二维平面内应用悬垂线方程式计算边吊索上各悬挂点的坐标,应用力矩公式修正以上计算结果,确定各振子线的长度。方法适用于不等大小、不等间距、不同方向集中荷载作用下的线天线悬吊索,可以保证天线施工后的成型良好。在工程实用上,与传统的几何方法计算的结果相比,本方法得出的解更为精确。     

深水钻井补偿绞车的节能机理及解耦控制方案研究

为解决深水钻井电动补偿绞车能耗过高、钢丝绳磨损严重及运动耦合的技术问题,针对不同钻井作业过程,分析电动补偿绞车的节能潜力,提出一套基于能量回收的新型液压驱动方案,可以对不同钻井作业过程中的负载重力势能及绞车回转系统的惯性动能进行回收与再利用;分析电动补偿绞车的运动耦合机理,进而提出多套软硬件解耦控制方案,可以实现升沉补偿运动与自动送钻运动的解耦控制。设计绞车补偿系统的关键结构参数,研制一套原理样机及其试验系统,并针对不同海况与工况进行仿真与试验研究。结果表明:新型液压驱动方案相对于电驱动方案具有明显的节能效果;绞车的大滚筒结构提高了钢丝绳的使用寿命;基于差动行星传动与基于双绞车驱动的两种硬件解耦方案控制效果良好,满足海洋浮式钻井的性能要求。     

试井绞车排绳运动分析与控制

本文在对绞车滚筒排丝绳运动分析的基础上，分析了现有排绳方案在滚筒外层和边沿排不齐的原因，提出了对排绳器进行位置跟随控制的排绳方案，并据此设计了一种自动排绳系统。实践证明，该系统自动跟踪、自动补偿，钢丝绳排列整齐，性能稳定，安全可靠，为绞车的安全作业提供了良好的保证。     

钢丝绳张力单片机检测系统

论述了以８０３１为控制核心的钢丝绳张力单片机检测系统的工作原理、数学模型和系统组成，重点介绍了钢丝绳张力检测的工作原理、主要硬件电路的设计特点及软件设计思想，提供了部分硬件电路图及控制软件的流程图。该系统具有置数、动态显示、数据处理、打印及人机对话等功能，并且使用方便，造价低廉。     

钢丝绳探伤仪的研究

钢丝绳在许多重要领域已获得广泛的应用。为保证钢丝绳在正常运行时不致崩断需要经常检测钢丝绳的损伤程度,判断何时须予更换,从理论上探讨了用泄漏磁通法检测钢丝绳缺陷的测量机理,在理论和实验相结合的基础上,推导出了反映泄漏磁通与缺陷几何参数关系的数学模型,概括出了实现定量测量钢丝绳损伤的3点重要结论,并在此基础上实现了钢丝绳探伤仪的硬件设计及软件开发。