[发明专利]适用于抓斗起重机上的抓斗防晃方法

说明书

技术领域

本发明属于起重机技术领域，具体涉及一种适用于抓斗起重机上的抓斗防晃方法。

背景技术

生活垃圾抓斗起重机（简称垃圾吊车）是生活垃圾焚烧发电厂或处理场所常用的主要作业设备之一。其工作特点是环境恶劣，工作场所高温、高湿，含腐蚀性气体；生产节奏快，作业频率高。为此要求起重机运行速度快，前进或后退的频率高，加减速时间短。但由于抓斗是通过钢丝绳悬挂在起重机小车上的，而小车的运动相当复杂，其中既有小车自身的运动，又有大车带动小车的运动。起重机大车和小车水平运动及提升系统的起升和下降将使抓斗产生晃动。如果没有考虑防晃措施，一般地说，起重机运行速度越快、加减速时间越短，越容易产生晃动。较长的钢丝绳和重量大的抓斗因惯性而导致晃动周期加长，使阻碍晃动的摩擦力的影响减小，因而也容易产生大幅度的晃动。垃圾吊车恰恰工作在运行速度快、加减速时间短、抓料和放料的位置定位要求高，抓斗联接的钢丝绳较长，即使是抓斗内空置也具有较大的质量，因而极易产生晃动和设施的碰撞。

大幅度的抓斗晃动可能使抓斗与垃圾池壁或其他设施相撞，轻则加快抓斗、池壁的损坏，重则引发安全事故。为了防止撞击，不得不减低垃圾吊的运行速度，但降速的措施将严重影响垃圾吊车的作业效率。

国内的垃圾吊车晃动一般仅靠起重机操作人员的技能保证，因而垃圾吊车的作业效率与操作人员的技巧有很大的关系。但即使是熟练的操作人员，一般也不可能将垃圾吊的能力发挥到极致。因为垃圾吊车往往是在操作室操作的，操作人员与垃圾吊有时有很大距离；另外，操作人员也有可能由于夜班等原因疲劳或者走神；而这极容易发生抓斗与池壁的相撞的故障。

要实现垃圾吊车的防晃，一般会考虑采用常规的闭环控制系统，就是要稳定哪个晃动量，就对晃动量实行闭环控制。抓斗的晃动，是大车和小车频繁启动和停止及忽大忽小的加减速度变化，卷扬系统的高速提升和下降引起的。要稳定抓斗的沿大车、小车轨道两个方向的速度，需要对抓斗的速度实行闭环控制。

但对抓斗速度实行闭环控制，有两个难点：按照闭环控制的常规方法，要稳定抓斗两个方向速度的平衡和位置定位，必须精准的检测抓斗的两个方向的运行速度，把抓斗速度作为反馈量与给定信号比较。但抓斗通过钢丝绳悬挂在小车下方，很难检测它的速度和位置。其次，即使能检测小车的速度，由于抓斗是个长周期振荡环节，响应慢其位置不断的在变化。要对其进行校正，也相当困难。图1所示是抓斗速度闭环控制各环节的传递函数。

也可以考虑把抓斗的偏离量作为控制目标。抓斗的晃动是位置偏离了小车卷扬悬挂点的水平投影。因为小车是安装在大车上的，大车的运动将带动小车运动引起抓斗沿大车轨道方向的偏离分量S_X。而小车又可以在大车上运动，小车自身的运动，将引起抓斗沿小车轨道方向的偏离分量S_Y。S_X和S_Y是互相垂直的两个矢量，它们合成抓斗对小车的总偏离量。控制偏离量需要检测大车轨道方向的偏离量S_X和小车轨道方向的偏离量S_Y。但要直接精准的检测这两个数据也是相当困难的。

在抓斗晃出偏离量不大的情况下，悬挂钢丝绳弯曲可以忽视，把钢丝绳看成始终是保持直线的。这样，可以通过检测钢丝绳在大小车轨道两个方向与铅直线的角度θ_X和θ_Y来计算出S_X和S_Y。

但是，虽然检测θ_X和θ_Y并不是很难实现，但如果要将θ_X和θ_Y保持为0作为控制目标，也是无法实现的。因为反馈过程中并没有办法去直接控制产生偏离的抓斗本身，唯一的控制途径是控制小车（包括通过控制大车带动的小车的移动）来控制偏离角。比如在起动的时候，小车产生移动，抓斗必然产生偏离，如反馈控制系统立即响应来抑制θ_X和θ_Y角，那么只能降低小车的运动速度，这就使小车根本无法产生有效的移动。

上述的控制，靠简单的反馈控制无法实现，必须允许偏离角的存在，但又无法规定一个固定的偏离角，因为在控制系统中，反馈控制的要求就是追求控制的实际值与目标值尽量接近，而偏离值本身并不是控制所要追求的，反而是应该最终消除的。这就形成一个悖论：防晃要求消除偏离角，但运行又需要存在偏离角。