双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇防扭控制特性分析

摘 要：双小车岸边集装箱起重机主吊具应用防摇防扭控制技术，能够有效提高装卸效率，故而对其进行深入研究具有现实意义。在此之上，本文简要分析了双小车岸边集装箱起重机的特点与防摇防扭技术类别，经由构建主吊具防摇控制模型、科学布置防摇探头、有效获取扭动信号、设计防扭控制系统等关键点，以此为自动化化运输业的发展提供新指引。

关键词：双小车岸边集装箱;起重机;主吊具;防摇按钮

前言：在我国外贸市场中，有超过九成的商品属于海外贸易，且至少七成商品需要运用起重机进行吊装运输。而在双小车岸边集装箱起重机实践操作中，主吊具的摇晃与扭动，会直接影响装卸进度，甚至干扰工作效率。故而对其防摇防扭控制特性实施科学研究，能够有效规避主吊具摇晃扭动风险，为我国起重机的合理利用给予保障，促进海外贸易交流的良性发展。

1 双小车岸边集装箱起重机的特点

双小车岸边集装箱起重机在港口运输环节发挥着重要作用，本文以ZPMC研发的一款起重机为例，分析其具体优势，此种起重机型号刚好综合了德国设计技术的实践经验，展现出了显著的实用价值，其特征如下：第一，以双箱梁作为起重机梁架结构，且起重机的双小车部分以牵引式小车为主，可有效减缓小车对起重机的重量压力;第二，本机型可实现自由伸缩，即集卡装卸区灵活分布在框内或伸距下，其钢丝绳也以三角悬挂的形式设置在滑轮与吊具间，尽管无电子防摇技术，也不会肆意扭动;第三，此款起重机设有自动纠偏系统，它的应用能够进一步改善起重机运输效益;第四，它设有自动行走驱动功能，可自动操作吊装步骤，其便捷性更为突出。综合上述特征，若能在现有基础上优化主吊具防摇防扭控制系统性能，可进一步扩大其应用范围，便于此款类型的起重机能为港口运输产业经济效益的提高提供可靠保障。

2 双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇防扭技术类别

2.1 吊具倾转防摇技术

双小车岸边集装箱起重机主吊具可应用倾转防摇技术，消除不良影响。它具体指的是采用钢丝绳科学分布吊装点位，此时能够保证钢丝绳在具体吊装阶段，能够保持一定的稳定性。结合主吊具扭动、摇晃的根本原因，可发现：主要在于钢丝绳间距设计不合理，使其在吊装到一定高度时，无法在吊具与商品中维持协调关系。同时，若设计的钢丝绳过长，也不利于控制其吊装稳定性，甚至会诱发精准度下降问题，严重影响吊装运输进度。而此项技术是通过重调吊具形态、重新设计钢丝绳载荷参数的方式，确保起重机主吊具处于均衡状态。对此，应善于借用控制器等装置完善防摇防扭效果，这样才能为我国港口事业的长远发展创造有利条件。

2.2 智能电子防摇技术

在信息化时代背景下，关于防摇防扭控制特性的研究，还可从智能电子防摇技术上，为起重机提供良好的防摇服务。此技术实则是以CCD摄像机进行实时记录，具体监测的是起重机小车运行过程中钢丝绳的摆动角度等，之后将记录数据转换为视频信号上传至信息采集中心，经由对相关参数的汇总分析，可总结出控制信号，采用变频器输出方式，将其反馈至小车电机，以此产生吊具防摇防扭作用。为了进一步提高智能化控制水平，在对此项技术进行应用时，还应当对其控制流程予以规划，便于设计中防摇防扭控制标准，指导主吊具平稳的完成卸装任务。

3 双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇防扭控制特性关键点

3.1 主吊具防摇控制特性

3.1.1 建模与规划路径

在双小车岸边集装箱起重机运行期间，其主吊具的摆动轨迹可作为摆动模型进行分析，类似于钟摆，以某个摆动中心为依托，经过对其摆动角度的计算，可深入了解起重机吊具的摆角（T）变化规律，并将其纳入主吊具防摇控制模型中。

在此公式中，m、M、l、xM、θ、分别代表的是吊具质量、小车质量、钢丝绳上升长度、小车水平位移、吊具偏差摆角。经过计算后可根据摆角的变化情况，对模型相关参数予以完善，并对小车发布调节指令。其中防摇控制量（F）可以下述公式进行计算：

V分别指代的是增益系数以及起重机小车的速度指令信号。考虑到起重机主吊具的摆动能够按照非线性模型进行分析，故而还可根据上述内容对其摆动轨迹进行研究，从而保证按照事先设定好的路径进行操作，其吊具不易产生扭动、摆动情况。

经过相关分析后，此款起重机在其进行装载、卸运时能够以最小化摆角的方式减小摇晃扭动风险，此时应增加其路径设计的平滑性，包括为其设置限制值，使其处于可控摆动范围内，以起始点、终点作为表达式中吊具运行轨迹的实际位置，在防摇设计模型中，可通过分析小车行驶时间，判定是否受到了摆动干扰。一般小车在特定路径中的行驶时间超过标准值，则代表其摆动幅度较大，此时可运用“”掌握主吊具防摇控制输出值，其中exd、k1-5分别代表的是吊具吊装相对位置偏差以及控制增益值。其中在模拟模型中，可直观的掌握吊具摇晃特征，便于运用控制量提高防摇控制水平。

3.1.2 原理与探头布置

在双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇控制过程中，还可在其装置中使用防摇系统，以智能控制手段，优化防摇性能。此系统在起重机主吊具部位的应用，其具体原理如下：经由系统协同操作，能够针对主吊具出现的摇晃摆动问题实施科学分析，并对其发布指令，依靠小车手柄，促使主吊具的速度得到相应的减缓，这样可在一定时间内快速帮助主吊具重新恢复稳定状态。在此系统中关于防摇控制特性的研究，还需要借用探头对其摇晃角度进行反馈，以此增加控制精准度。其具体控制流程如下：首先防摇系统可作用于起重机控制系统上，然后进入到防摇程序实践应用环节，之后对小车的车速及其方向给出标准的控制值，在其驱动操作下，LPS探头能将小车驱动信息转化为吊具摇晃角度信号，并再次传输到起重机控制系统中，在多次防摇操作下，吊具的摇晃行为将得到终止。在具体安装中，结合其原理流程可选用230V交流电供应电源，联合红外线检测器采集信息，最终经过引进防摇程序，便于精准化控制主吊具摇晃状态。其中所选用的防摇探头，可以振华企业生产的无线红外探头为主，以此为港口机械制造业未来的发展提供新的指引。本文以振华企业作为研究背景，考虑到该企业具备10km岸线且生产基地分布广泛，故而在研究防摇防扭控制特性阶段，应以自主創新产品作为主体结构，以便不断改善当前双小车岸边起重机的应用效果。同时，还需要做好实践验证工作，以前后摇晃角度等指标判断改进后的机型，其防摇结果是否达标[1]。

3.2 主吊具防扭控制特性

3.2.1 信号获取及其背景

在防扭系统设计环节，它具体指的是主吊具呈现出回转情况，以此诱发吊具重复作业问题，不利于控制装卸效益。本文在研究防扭控制系统时，可从信号获取渠道与设计背景两个层面上予以分析：前者可采用补偿式防扭控制方式，在扭动环节对钢丝绳长度进行调整，这样可避免吊具反复扭动，产生资源损耗后果。其中指代的信号主要指的是由吊具控制系统传输的扭动动态信息，在其转化为视频信号后，可进入到防扭平台上，经过扭动方向、幅度的研究，可向起重机控制系统下的钢丝绳控制模块发布指令，使其符合防扭控制标准，停止扭动。后者为了强化防扭效果，还可在其防扭平台上新增防扭电机、变频器，促使变频器能够对防扭电机进行针对性控制，而且还可联合编码器对电机的运行温度、驱动力参数进行合理控制，这样才能真正达到防扭控制目的。因钢丝绳分布复杂，还可通过油缸位移信号判定扭动情况，之后进入到系统控制阶段，维护防扭系统运行稳定性，加强对扭动幅度的全面监测。

3.2.2系统设计及其验证

在防扭系统实际设计中，还可对其操作模式进行完善，结合上文中起重机运行特征，虽然原有机型已经在防扭控制上表现出优势，但此处设计的防扭系统能够起到防控作用，這样可适当降低主吊具扭动事件的发生率。具体可从手动、自动、相对零位模式上进行讨论。系统中的手动模式，实则是在起重机运行中，能够借助吊具回零旋钮，促使起重机的主吊具能够回归原位。此旋钮的启动，可促使起重机进入防扭控制状态，此时吊具在进行装卸操作时，可在装载与卸载过程中进行原位回归控制，在人力辅助下，可在旋钮启动后，实现吊具全过程防扭控制，直到完成装卸才可关闭旋钮。自动模式是在起重机控制系统中增添自动化防扭系统，直接通过点击屏幕按钮的方式，促使主吊具保持防扭控制功能。此种控制模式相比手动更为便捷，且能够体现出智能化特色，更适用于高端性能的机型中。至于相对零位模式，考虑到部分驾驶员在装载吊装、卸货中常以吊具的倾斜状态提高操作效率，故而在应用防扭控制系统时，需对吊具的防扭纠正位置进行重调，其间形成的“归位”，不再以吊具原始零位为主，而是以倾斜向所需角度的扭动标准为主，继而保证在应用防扭系统的同时，并不会干扰正常的操作秩序[2]。

任何控制系统都需要进行验证，以此判断是否具备推广实践价值。本文中研究的防扭系统，在其进入到验证阶段时，多以分组对比试验为主，以差异性吊具尺寸作为因变量、防扭控制系统作为自变量，分析在多种尺寸下吊具的防扭效果，其中防扭系统的控制误差需保持在1.2°左右。经过试验数据的对比，在不同尺寸的吊具下，均达到了防扭控制目的，而且还因防扭控制系统的应用，促使整体运输时间有所缩短。另外，在起重机主吊具防扭设计上，根据起重机小车自身速度的变化，在设计防摇控制系统的同时，还可以在起重机上安装防摇定位控制器，以控速模式对吊具防扭控制产生辅助作用。只有双小车行进速度可控，运行轨迹规范，才能促使防摇防扭控制系统有效降低主吊具摇晃扭动概率。

结论：综上所述，双小车岸边集装箱起重机主吊具应用防摇防扭技术，可提高主吊具控制水平，以此维护吊装作业效率。对此，应从建模、规划路径、布置探头、获取信号、系统设计等方面着手，进而为主吊具的稳定运行给予保障，充分利用防扭防摇控制系统，优化起重机操作效果，满足新时代海外商品装卸运输需求。

参考文献：

[1]段小明，单磊.双小车岸边集装箱起重机主吊具防摇防扭控制特性研究[J].港口装卸，2020（02）：17-20.

[2]金如新，李时现.双小车岸边集装箱起重机自动装卸集装箱关键技术的应用[J].内燃机与配件，2018（05）：207-208.

作者简介：

王佳伟（1985-），男，籍贯：上海，助理工程师，研究方向：机械工程。

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）