起重机防摇技术研究(通用版)

No. 1Feb.第1期（总第224期）2021年2月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION 文章编号= 1672-6413（2021）01-0007-03桥式起重机制动阶段防摇控制方案研究**工信部2017年“智能制造综合标准化与新模式应用项目”收稿日期：2020-09-21；修订日期：2021-01-04作者简介：周奇才（1962-）,男，江苏宜兴人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向：机械装备故障诊断与预测以及物流装备。

周奇才，张蕴，熊肖磊，赵炯（同济大学机械与能源工程学院，上海201804）摘要：针对由PLC 及变频器驱动的桥机系统加入防摇算法后在制动阶段防摇效果不明显的问题，从制动阶段计算速度曲线出发，分析了反向超调对制动阶段防摇效果的影响，提出了改变控制主导参数、分段减速制动、去除反向超调制动三种方法，在MATLAB 及实际桥机中对三种方法进行了仿真及试验，结果表明去除反向超调制动方法能有效提高桥机在制动阶段的防摇效果。

关键词：桥式起重机；防摇控制系统；制动阶段中图分类号：TP273：TH215 文献标识码：A0引言桥式起重机是物料搬运中使用范围最广、数量最 多的起重机械设备，广泛应用于港口装卸、工业生产及 设备安装等作业场合。

桥式起重机主要结构包括驱动 装置、卷扬装置、吊钩及行走机构等，卷扬装置通过柔 性连接与吊钩相连，行走机构的加、减速过程会导致吊 重摆动，对生产效率影响很大。

目前桥机防摇方法研究主要是基于现代及智能控 制理论展开的，如:Wang X 基于前馈控制设计了零振 动（ZV ）、零振动和微分（ZVD ）、超灵敏（EI ）三种输入 整形控制器⑴；Ermidoro M 提出了用定阶增益调度控 制来减少摆长改变对吊重摆动影响的方法;刘宏博 基于批次控制和模糊控制进行了防摇仿真设计［］； FrikhaS 将神经网络与滑模控制结合设计了神经与补 偿防摇控制器4。

—109—《装备维修技术》2021年第13期起重机智能防摇控制系统设计及应用研究杨毅升（惠州隆泰检验检测科技有限公司，广东 惠州 516003）摘 要：随着港口业务在近几年的不断发展，生产领域将起重机作为了搬运无聊最为重要的设备，但是在实际生产阶段，负责操作起重机的相关人员通常会根据自身的经验，来对小车进行控制，以此来使其能够向水平方向移动，进而对吊重进行快速定位，由于无法实现在操作水平的统一，因此，无法对其安全性和生产效率进行有效地控制。

随着工业生产的现代化发展，为了使安全风险和生产效率能够得到降低和提升，因此从安全性和定位方面，不断地对起重机和吊重提出了更高的要求。

同时，为了给港口提供具有节能减排性地使用设备，因此桥式起重机日后，必定会采用智能化的方式来控制系统的摆动，并提升工作效率，国内外也将其作为了目前的研究热点。

关键词：起重机；智能；防摇控制系统；设计；应用研究1 整体设计方案图1 整体设计方案根据相关要求能够得知，在对桥式起重机进行防摇控制的过程中，对速度的调节需要具有平滑性，因此，在调节大车，小车以及升起结构的过程中，都对变频调速法进行了采用。

图一所示的系统为防摇电气控制系统。

1.1保护起升机构1.1.1在上下最大位移处设限位开关，上升或下降的钓钩不能超过最大位移点。

1.1.2将过热保护装置配置到了电机内，当电机温度超过特定值时，其主回路会被切断，并且在检测阶段所采用的传感器为热敏电阻。

1.1.3对超载限制器进行了配置，当起重量比设定的荷载更高时，起升机构就不再继续工作，同时会伴随报警声的发出[1]。

1.2保护大、小车行走的机构1.2.1在大、小车的有限位和预限位分别设置了相应的开关，所采用的限位开关为十字形，轨道中的小车到达端部时，就不再继续运动。

1.2.2在驱动电机中应用了变频器，以此来对其进行电流保护以及过载保护等。

1.3保护电源13.1在整个起重机系统中，对过压保护以及欠压保护等进行了配置。

汽车起重机抗摇摆控制系统研究的开题报告一、研究背景随着近年来汽车起重机在工业生产中的需求日益增加，汽车起重机的各项性能要求也越来越高。

其中，抗摇摆是汽车起重机在工作过程中必须具备的重要性能之一。

汽车起重机在吊装过程中会受到风力、地面不平度、悬挂物高度、动力变化等因素的影响，容易出现晃动现象，对操作带来极大的困难，甚至会导致意外事故的发生。

因此，汽车起重机抗摇摆控制系统的研究具有广泛的应用前景和重要的理论意义。

二、研究目的本研究旨在设计一种汽车起重机抗摇摆控制系统，能够实现对汽车起重机在吊装过程中的晃动进行有效控制，保证吊装过程的安全和稳定。

三、研究内容1.汽车起重机抗摇摆控制系统的原理研究：通过对汽车起重机的结构和吊装特点进行分析，探讨汽车起重机晃动控制的原理和方法。

2.汽车起重机抗摇摆控制系统的模型建立：建立汽车起重机抗摇摆控制系统的数学模型，并进行仿真验证。

3.汽车起重机抗摇摆控制系统的算法设计：设计一种基于现代控制理论的汽车起重机抗摇摆控制算法，通过有效的反馈控制方法实现汽车起重机在吊装过程中的抗摇摆控制。

4.汽车起重机抗摇摆控制系统的实验验证：通过实际的实验验证，检验所设计的汽车起重机抗摇摆控制系统的有效性和可靠性。

四、研究意义该研究结果将为汽车起重机在吊装过程中的晃动控制提供一种新的解决途径，从而提高汽车起重机的使用效率，减少搬运过程中发生的意外事故发生率，对推广智能化制造、提高我国工业水平也将产生积极的推动作用。

五、预期结果通过本研究，预计可以开发一种高效、可靠的汽车起重机抗摇摆控制系统，实现汽车起重机在吊装过程中的稳定运行和晃动控制，有效地提高汽车起重机在工业生产中的使用效率和安全性。

同时，通过本研究的成果，还可以推动智能化制造、提高我国工业水平等方面发展。

随着大型集装箱船的持续增多，有更多的码头选择应用大型集装箱起重机，以满足更大高度的作业要求。

根据集装箱起重机作业的特征分析，随着高度的不断增加，吊具摆动的问题会更加严重。

一般吊具出现前后方向的晃动时，司机可以通过控制小车将其趋于稳定。

但是，对于顺逆时针的旋转扭动，司机无计可施。

尤其是随着自动化水平的提高，很多码头集装箱装卸均是自动化作业，对于吊具的摆动没有有效的应对方法。

为解决此问题，需要有专业的技术作为支持，通过设计改造消除吊具的摇晃与扭动，从而满足码头集装箱装卸作业要求。

1　影响集装箱起重机吊具摇动因素分析吊具摇动是集装箱起重机作业过程中的常见问题，对作业效率、安全以及操作舒适性等影响严重。

想要在规定时间内完成所有装卸任务，必须采取措施消除吊具摇动的隐患。

结合集装箱起重机结构特征分析，利用钢丝绳连接吊具与小车。

现场装卸作业时，由小车运动机构驱动小车产生动作，相应的通过钢丝绳吊具也会保持一定的加速力动作。

这种情况下虽然小车停止，但是小车会继续动作产生摇动。

以停止动作的小车为中心进行分析，将连接小车与吊具的悬垂钢丝绳看作柔性绳子，以吊具为质点，吊具的摇动可以简单看做单摆模型，因此判断无法完全避免集装箱起重机吊具的摇动。

实际装卸作业中需要由司机操作来控制吊具，尽量消除吊具摇动带来的不利影响，顺利完成集装箱的定位装卸。

在此情况下想要实现高效率作业，需要解决吊具摇晃摆动的问题。

在自动化或半自动化起重机设计中，防摇技术与防扭技术不可或缺，对实现码头集装箱装卸高效率、高安全作业具有重要作用。

2　集装箱起重机吊具常见减摇装置2.1　起升钢丝绳交叉缠绕为减轻集装箱起重机吊具的摇动问题，常见的方法是采用起升钢丝绳交叉缠绕的方式。

此种方法不在减摇装置范围内，本质在于通过增大钢丝绳与水平面的夹角来有效调节进入摇动状态下钢丝绳的张力与阻摇。

虽然此种方法有一定的减摇效果，但是有效性较差，尤其是在吊具高度与荷载状态不同的情况下，起到的减摇效果差异大。

起重机防摇技术研究一、前言吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。

起重机在装卸货物时，由于其速度的变化以及外界干扰因素的影响，使吊具前后、左右的来回摆动，在影响生产效率的同时造成一定的安全隐患，最终造成严重的经济损失。

因此，研究一套起重机的吊具防摇系统，实现稳定吊具、平稳操作成为起重机制造商和研究机构一直关注的问题。

一个好的防摇系统能起良好的减摇效果，大大提高了劳动生产率。

近年来, 考虑到现代起重机增加吊重防摇控制系统的必要性，对防摇控制方法的理论研究较多,但这些理论方法只要以理论研究和仿真为主导，与实际可行的物理实现还存在一定距离，很多方面的应用还不是很理想。

二、机械式防摇技术机械式防摇技术通过在小车架下安装防摇装置，包括减摇钢丝绳、卷筒和力矩限制器传动链及带单向轴承的卷筒和制动器，通过机械手段消耗摆动的能量以实现最终消除摇摆的目的，从而提高起重机的工作效率。

要控制吊具的摇摆，首先就必须采用合理的钢丝绳缠绕方式，使车架上起升滑轮与吊具上牵引滑轮在同一平面内偏离成一定角度;利用单向轴承控制卷筒的旋转方向，通过实现放绳方向与传动轴相互锁合，保证卷筒只能向钢丝绳收绳方向旋转;在其重机作业过程中，通过对力矩限制器加以持续通电，始终给减摇钢丝绳一个张力，将其卷起，避免减摇钢丝绳的处于松散状态。

当出现吊具摇摆情况时，通过设定弹簧力来调整制动器给减摇钢丝绳的张力，从而保证在不同情况下阻止吊具的摇摆，起到减摇效果。

吊具在下降过程中，制动器打开，单向轴承的内外圈相互锁住，由于吊具重力使每个力矩限制器受到一个反向力，该力就作为减摇钢丝绳张紧力对减摇产生一定作用;当吊具上升时，减摇钢丝绳上少了吊具自重而引起的张紧力，此时减摇钢丝绳被力矩限制器带动卷筒不断卷起，一定程度上减少了吊具的摇摆;另外，单向轴承的内外相互分离，旋转力没有作用在轴上，轴处于制动状态，制动器由于被锁住而不起作用，因此制动器就会对吊具摇摆产生一定的阻尼作用;当吊具停止升降时，单向轴承的内外圈相互离合，轴处于制动状态，制动器被锁住，从而减少吊具的摇摆。

集装箱桥吊防摇控制措施研究发表时间：2019-06-10T16:12:58.220Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：滕友昌1 郑波2 [导读] 多年来，岸桥为港口物流行业当中提供了不少的便利，人们用它来在岸边对船舶的众多集装箱进行着日复一日的装卸操作作业。

上海振华重工（集团）股份有限公司 201913 摘要：随着现代工业的不断发展，工业的生产规模也随之不断扩大，在机械应用当中，自动化程度也不断的提升，故此，在搬运成本费用上也水涨船高。

在物料搬运当中，起重运输技术是其中重要的组成部分。

而由于地球的百分之73都是被海洋所覆盖，故此，水上运输占有着重要组成部分。

而其中的岸边桥式集装箱起重机（又称为岸桥）在港口物流当中占有举足轻重的地位，所以，如何加以提高其作业效率，则是厂家和工业当中最为关注的焦点[1]。

关键词：现代工业；起重运输技术；岸桥引言：多年来，岸桥为港口物流行业当中提供了不少的便利，人们用它来在岸边对船舶的众多集装箱进行着日复一日的装卸操作作业。

但是在岸桥起重机升降与加减速当中，吊具最容易出现摇摆作用，据调查，每一天岸桥师傅的工作时间当中，30%时间都是用来通过自然减摇等待摇晃的时间，这样无形中给岸桥师傅们带来不必要的劳动时间浪费。

因此，在提高岸桥起重效率和减摇的措施当中，许多起重机制作产家最为头痛。

一、常见的防摇技术措施（一）传统机械防摇技术它的作用原理是在小车架安装一个防摇装置，其装置有减摇钢丝绳、力矩限制器传动链与卷筒、带单向轴的卷筒与制动器，用传统机械手段将摆动能量消耗殆尽从而实现减摇效果，加以提升作业效率。

机械防摇当中，采用的是钢丝绳缠绕方式，让吊具上牵引滑轮与车架起升滑轮形成一定的角度，再用单向轴承来控制卷筒的旋转方向，这样可以让传动轴与放绳方向相互缩合起来，可以让卷筒只能向钢丝绳收绳的方向旋转，并且在其起重操作当中，使用力矩限制器持续对减摇钢丝绳增加一定的张力，可以有效避免钢丝绳的松散状况。

吊具天车防摇系统研究作者：李启源来源：《科学与财富》2018年第14期摘要：本文介绍了冲压车间吊具天车的防摇系统，从系统结构、数据传输及自动定位的工作原理进行了分析。

关键词：CATS控制机；PLC；角度传感器；S120变频器1.系统结构天车的电子防摇控制系统采用CATS控制机对防摇摆功能进行计算与控制，它可在复杂的工作任务下，实现短周期，高精度控制变频器的调整电机运行速度。

系统中的配有西门子DP/DP耦合器，通过耦合器与起重机电控系统的PLC进行数据信息实时交换。

防摇系统采用的红外线角度传感器对起升机构的摇晃度进行测量，同时还配有2个绝对式编码器对大/小车的位置进行测量。

并通过PROFIBUS总线将测量数据传输给CATS控制机进行处理。

CATS控制机将采集的数据通过专门函数算法进行计算，并将计算的结果转换为速度给定信号通过PROFINET实时的传送给S120变频器，S120变频器根据给定的速度信号快速对运行电机进行加减速调节，最后达到防摇摆的功能。

2.数据传输如图2所示，行车PLC借助功能块FC65生成数据存储在DB块DB100中，CATS系统通过PN/PN连接器读出该数据并进行内部处理。

相反方向上CATS系统再通过PN/PN连接器里输入信号至DB210。

PLC再次通过功能块FC66从BD210上读出数据并且接收使用此信号实现变频器的行驶。

3.自动定位CATS系统的位置数据由起重机PLC进行监控，通过这种系统数据的匹配，可以使起重机在接近任意区域限位及大车运行轨道端部时，实现先减速后停止控制，防止在高速运行情况下突然停止而产生冲击导致所吊负载的晃动。

同时自动定位模式下，可以通过采集起重机的实时运行速度以及实际位置与目标位置的距离信息，将采集到的实时速度与实时距离进行运算处理，通过运算结果来控制S120变频器在接近目标定位位置时做最合适的减速曲线，此时防摇系统所带的绝对式编码器只提供用于速度减速曲线计算的实际位置与目标位置的距离数据，定位测量还是通过激光测距仪进行定位控制。

桥式起重机智能防摇控制研究
徐勇;龚旭;张智华;沈鼎文
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2024(37)3
【摘要】桥式起重机作为港口重要装卸工具,影响装卸效率的关键因素是桥式起重机的防摇技术。

本文针对防摇控制的问题,将桥式起重机运行系统作为研究对象,通过运行机理建立了数学模型,计算分析桥式起重机防摇控制的影响因素,设计了相应的智能防摇控制系统,进行了对比试验,模糊控制更适合起重机防摇控制,该策略以小车实际输出位置与参考位置之差作为控制量,同时将负载的摆角也作为控制量,形成双闭环控制。

通过仿真对比分析,可以实现对小车位置和负载摆角的有效控制,达到在有限时间内快速稳定的控制要求。

【总页数】4页(P97-100)
【作者】徐勇;龚旭;张智华;沈鼎文
【作者单位】江苏航运职业技术学院交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH21
【相关文献】
1.基于模糊的的桥式起重机智能防摆控制研究
2.桥式起重机智能防摆控制技术研究
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卫华集团起重机电气防摇摆控制技术介绍在起重机运行过程中，由于受大小车加减速的影响，载荷会出现令人讨厌的摇摆现象。

这种载荷摇摆现象限制了起重机工作效率的提高。

载荷的摇摆也对载荷本身，周围货物，以及现场作业人员的人身安全造成了隐患。

载荷摇摆是起重机搬运物料时出现的固有现象。

自从人类发明起重机以来，防止和消除起重机载荷的摇摆一直是人们渴望解决的重大技术难题。

现代电气控制技术的进步，特别是应用越来越普遍的先进的可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及变频调速控制技术的进步，提供了解决起重机载荷摇摆问题的一个历史时机。

摇摆和振动有着相同的物理特性。

防摇摆（或称减摇）同机械系统的减振在理论上有着相同之处。

机械系统的减振是个已经研究了上百年的重要技术课题。

50~60年代，O.J.M. Smith（美国加州大学伯克利分校University o California–Berkeley的终身教授），从控制理论着手，提出了一个非常简单，非常有效的Posicast（输入延时比例叠加）控制方法，用于消除二阶线性系统阶跃响应的超调（参考材料【1】和【2】）。

Posicast控制方法为解决机械系统的减振问题提供了一个新的路径。

美国麻省理工学院（MIT）教授W. Seering, N.C. Singer, G. Cook 等在Posicast控制方法的基础上进一步提出了输入整形（Input Shaping）控制方法，并实际应用于机械系统的减振，如：导弹发射架的运动控制，航天飞船方位移动的运动控制，柔性机械手（机器人）的运动控制，计算机硬盘的减振和减噪音等（参考材料【3】回顾了基于Posicast的基本思想进一步提出的各种控制理论和应用）。

Posicast控制方法可消除因需要机械机构快速运动而引起的低频低阻尼的振荡。

此方法应用于针对起重机载荷的防摇摆控制极为适用。

熟练的起重机操作工人在长期的实际操作中，摸索出了一套控制大小车速度，称作“跟钩”的操作方法来消除载荷的摇摆。

( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改起重机防摇技术研究(标准版)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.起重机防摇技术研究(标准版)摘要：在起重机的启动和停止以及加速和减速过程中，很容易使吊具左右或前后摆动，在一定程度上影响了起重装卸效率和提高了司机的劳动强度，因此我们要通过采用先进的防摇技术，通过实现对起重机的准确定位来起重机效率。

文章主要对当前使用比较广泛的起重机防摇技术进行了简要的探讨。

关键词：起重机；防摇技术；电子防摇Abstract:Atthestartandstopthecranes,aswellastheprocessofac celerationanddeceleration,itiseasytomakebeforeandafterspre aderorswingaroundtoacertainextentontheimpactoftheliftingef ficiencyandimprovehandlingofthelaborintensityofthedrivers, sowewantthroughtheuseofadvancedAnti-shaketechnology,throughtheimplementationoftheaccuratepositioningofthecranetocran eefficiency.Themainarticleonthecurrentuseofabroaderanti-sw aycranetechnologybrieflyexplored.Keywords:crane;anti-shaketechnology;electronicanti-sway一、前言吊具的摇摆问题，一直是令起重行业设计和调试人员头痛的一个问题。

船用起重机防摇装置设计研究王阳【摘要】采用多体动力学软件RecurDyn分析摇摆情况下起重机吊具四绳系统及倒八字绳系防摇系统的运动特性,说明四绳系统增加防摇摆装置的必要性和倒八字绳系防摇系统在船用起重机应用上的局限性.针对起重机柔性系统的不足,提出刚性连杆防摇装置,分析其结构特点并进行动力学仿真,结果表明刚性防摇装置在满足船用起重机功能需求方面具有较大优势.%This paper,by the multibody dynamic software RecurDyn,does an analysis of the kinematic characters of the crane four-rope system and horn-in-reverse anti-swing system at the status of ship swing,which indicates it is necessary to add anti-swing mechanism for the four-rope system and limited in shipborne crane application of the horn-in-reverse anti-swing system.For the shortage of flexible system,this paper also brings forward a rigid links anti-swing mechanism,analyses its structural characters and does a dynamic simulation which indicates that the rigid anti-swing mechanism has an obvious advantage of satisfying the shipborne crane's function requirement.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2013(035)007【总页数】4页(P105-108)【关键词】船用起重机;防摇装置;连杆机构;钢丝绳;仿真分析;RecurDyn【作者】王阳【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一三研究所,河南郑州450015【正文语种】中文【中图分类】U664.6+90 引言起重机连接吊具的钢丝绳是柔性的，大车或小车启动、制动时产生的加、减速度导致吊具摇摆晃动，不仅影响工作效率，而且极易造成危险。