專利名稱：一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種橋吊模擬試驗系統(tǒng)，特別涉及到一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雙起升雙吊具橋吊(包括岸橋和場橋)是一種新型港口集裝箱起重設(shè)備，由于它具有兩個可獨立起升的吊具，一次可起吊二個40英尺或4個20英尺集裝箱，相較于傳統(tǒng)的單吊具橋吊，大幅提高了集裝箱裝卸效率，但是，這種大跨距雙起升雙吊具橋吊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作方式多樣，給定位控制帶來很大的難度。由于這種新型橋吊具有兩個可以獨立起升的吊具，傳統(tǒng)的單吊具橋吊控制方法不適合于這種雙吊具橋吊的控制。目前國內(nèi)外廣泛使用的集裝箱橋吊大都是單吊具橋吊，對橋吊控制技術(shù)的研究也都是針對傳統(tǒng)的單吊具橋吊開展的，已經(jīng)有一些單吊具橋吊的物理實驗裝置，主要解決橋吊防搖定位控制方法的實驗驗證問題，不能夠?qū)φ鎸崢虻醯钠渌刂菩枨蠛瓦\(yùn)行模式進(jìn)行模擬，比如，不能模擬橋吊多電機(jī)傳動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方式、能模擬橋吊裝卸運(yùn)行操作方式等。特別地，迄今還沒有用于雙起升雙吊具橋吊自動控制和模擬操作研究的實驗裝置和實驗系統(tǒng)。綜上所述，針對現(xiàn)有技術(shù)和裝置的缺陷，特別需要一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，以解決以上提到的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，依據(jù)雙起升雙吊具集裝箱橋吊(岸橋和場橋)的結(jié)構(gòu)特點、運(yùn)行方式和作業(yè)要求，采用了 7臺交流伺服電機(jī)和雙吊具擺角檢測裝置，可以真實地模擬雙起升雙吊具橋吊大車多電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行和操作控制、雙起升雙吊具的操作運(yùn)行、雙吊具多電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和操作控制，以及橋吊大車和小車的定位操作控制等，可以通過實驗系統(tǒng)模擬各種雙吊具橋吊操作方法，驗證各種不同的控制策略和控制技術(shù)，研究雙起升雙吊具橋吊的防搖定位控制方法。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括實驗裝置和控制裝置，所述實驗裝置主要包括主框架、橋吊模擬單元、橋吊大車模擬單元以及橋吊小車模擬單元；所述控制裝置主要包括橋吊控制器、伺服驅(qū)動器、多通道數(shù)據(jù)采集器以及橋吊控制桿。在本發(fā)明的一個實施例中，所述主框架采用可拆卸的組合結(jié)構(gòu)，包括底部框架和頂部框架，兩者通過四根側(cè)立柱連接固定，所述底部框架還設(shè)有四個定位輪，用于調(diào)節(jié)整個框架的水平狀態(tài)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述橋吊模擬單元包括兩個吊具伺服驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器以及兩個吊具機(jī)構(gòu)；兩個伺服驅(qū)動電機(jī)分別與對應(yīng)的吊具相連接。在本發(fā)明的一個實施例中，所述橋吊大車模擬單元包括四臺大車伺服驅(qū)動電機(jī)、
3減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器以及大車位置檢測裝置；其中，所述四臺伺服驅(qū)動電機(jī)分別位于頂部框架的四個邊角上，每臺伺服驅(qū)動電機(jī)都安裝有同步輪，前后方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步桿連接，左右方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步帶連接。 在本發(fā)明的一個實施例中，所述橋吊小車模擬單元包括一小車伺服驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器、小車位置檢測裝置以及雙吊具擺角檢測裝置；其中，所述小車伺服驅(qū)動電機(jī)上安裝有同步輪，通過同步帶帶動小車機(jī)構(gòu)的平滑移動。
進(jìn)一步，所述伺服驅(qū)動電機(jī)為直流伺服驅(qū)動電機(jī)或交流伺服驅(qū)動電機(jī)。一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的實驗方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟
1)在雙起升雙吊具橋吊實驗系統(tǒng)工作之前，需要對大車、小車、雙吊具這些涉及實驗內(nèi)容的部分進(jìn)行標(biāo)定和初始化，然后，按照操作要求給系統(tǒng)加電；
2)首先由橋吊操作桿給出橋吊實驗系統(tǒng)大車/小車的運(yùn)行指令，該指令傳送到橋吊控制器，由橋吊控制器按照控制算法分解為一系列的控制序列，在第一個控制周期，第一個控制序列被發(fā)送到伺服驅(qū)動器，驅(qū)動橋吊實驗系統(tǒng)相應(yīng)的伺服電機(jī)運(yùn)動，帶動橋吊大車/小車的移動，橋吊移動的信息被檢測到并被傳送到多通道數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，這些橋吊反饋信息送到橋吊控制器，根據(jù)橋吊控制律與橋吊控制序列進(jìn)行比較、運(yùn)算，得到了新的控制序列；
3)在第二個控制周期，將新的橋吊控制序列發(fā)送到伺服驅(qū)動器開始進(jìn)行第二個周期的控制過程，這種控制循環(huán)不斷進(jìn)行，直到橋吊實驗系統(tǒng)的大/小車、雙吊具的擺角或其他實驗指標(biāo)達(dá)到，橋吊控制過程結(jié)束。在本發(fā)明的一個實施例中，所述橋吊檢測的信息包括各個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、大/ 小車的位移、雙吊具的位移、速度及擺角。本發(fā)明依據(jù)相似性原理進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用了多電機(jī)伺服控制技術(shù)和實時參數(shù)檢測技術(shù)，通過對雙吊具運(yùn)行的模擬控制和吊具擺角等參數(shù)的檢測，從而擬實地研究雙吊具橋吊的操作技術(shù)和定位控制方法。


圖1為本發(fā)明所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的試驗裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的控制裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖中標(biāo)號說明底座框架1，側(cè)立柱2，頂部框架3，定位輪4，大車伺服驅(qū)動電機(jī)5-8，小
車伺服驅(qū)動電機(jī)9，吊具伺服驅(qū)動電機(jī)10-11，同步桿12-13，大車同步帶14-15，大車滑道 16-17，大車滑動承軸18，小車同步帶19，小車滑道20，小車滑動承軸21，吊具擺角檢測裝置 22，吊具23-24，同步輪25-26，大車位置檢測裝置27，小車位置檢測裝置28。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明所述的一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，它包括實驗裝置和控制裝置兩部分，其中實驗裝置主要包括主框架、橋吊模擬單元、橋吊大車模擬單元以及橋吊小車模擬單元。如圖1所示，主框架由底座框架1和頂部框架3通過四根側(cè)立柱2連接而成，整個主框架均采用可拆卸的組合結(jié)構(gòu)，且在底部設(shè)有四個可以垂直升降的定位輪4，通過調(diào)節(jié)每個定位輪4的垂直升降來保證整個系統(tǒng)的處于水平狀態(tài)；橋吊模擬單元主要包括兩個吊具伺服驅(qū)動電機(jī)10和11、減速機(jī)構(gòu)、抱閘、編碼器以及兩個吊具23和M，兩個伺服驅(qū)動電機(jī)分別與對應(yīng)的吊具相連接，既可以單獨工作，又可以兩個電機(jī)相互配合共同完成起吊作業(yè)； 橋吊大車模擬單元包括四臺大車伺服驅(qū)動電機(jī)5-8、減速機(jī)構(gòu)、抱間、編碼器以及大車位置檢測裝置27，其中，大車位置檢測裝置27位于大車機(jī)構(gòu)上，用于實時監(jiān)測大車機(jī)構(gòu)的位置， 四臺伺服驅(qū)動電機(jī)分別位于頂部框架的四個邊角上，每臺伺服驅(qū)動電機(jī)都安裝有同步輪 25，前后方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步桿12和同步桿13連接，根據(jù)實驗要求，同步桿是可拆卸的，左右方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步帶14和同步桿15連接，保證伺服電機(jī)的驅(qū)動力能夠傳送到大車結(jié)構(gòu)，也可以用于雙電機(jī)的同步協(xié)調(diào)試驗研究；另外還設(shè)有大車滑道16和大車滑道17，配合大車滑動承軸18或是滑動輪可以保證大車機(jī)構(gòu)在水平方向的順利滑動； 橋吊小車模擬單元包括一小車伺服驅(qū)動電機(jī)9、減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器、小車位置檢測裝置觀以及吊具擺角檢測裝置22，其中，小車位置檢測裝置觀和吊具擺角檢測裝置22位于小車機(jī)構(gòu)上，負(fù)責(zé)實時監(jiān)測小車機(jī)構(gòu)的位置和吊具擺角狀況，小車伺服驅(qū)動電機(jī)9上安裝有同步輪26和同步帶19，保證伺服電機(jī)的驅(qū)動力能夠傳送到小車結(jié)構(gòu)，另外還設(shè)有小車滑動承軸21或是滑動輪，可以保證小車機(jī)構(gòu)在小車滑道20上的順利滑動；以上所述的伺服驅(qū)動電機(jī)既可以采用直流伺服驅(qū)動電機(jī)，也可以采用交流伺服驅(qū)動電機(jī)。如圖2所示，本發(fā)明所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的控制裝置主要由橋吊控制器、伺服驅(qū)動器、多通道數(shù)據(jù)采集器以及橋吊操作桿組成；其中橋吊控制器負(fù)責(zé)接收并處理來自于多通道數(shù)據(jù)采集器的實時橋吊反饋信息，或根據(jù)橋吊操作桿的指令，向橋吊發(fā)出運(yùn)行指令，該指令傳送給伺服驅(qū)動器；橋吊控制器可以由工業(yè)控制計算機(jī)構(gòu)成，也可以由單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)等構(gòu)成，主要單元有CPU、I/O系統(tǒng)、通訊電路、內(nèi)存單元、外存單元等。伺服驅(qū)動器是一種功率放大裝置，根據(jù)伺服電機(jī)選擇的不同，可以是直流驅(qū)動器或交流伺服放大器，其輸出的能量供橋吊伺服電機(jī)運(yùn)行。多通道數(shù)據(jù)采集器是一種實時信息采集處理裝置，負(fù)責(zé)實時采集從橋吊實驗裝置傳來的實時反饋信息，并將處理后的反饋信息發(fā)送到橋吊控制器；多通道數(shù)據(jù)采集器可以由高速數(shù)據(jù)采集卡、運(yùn)動控制卡或其它采集信息處理電路構(gòu)成。橋吊操作桿是一種可以根據(jù)橋吊操作要求由人工向橋吊實驗裝置發(fā)出運(yùn)行指令的輸入設(shè)備。橋吊操作桿可以是游戲桿、操縱手柄或鼠標(biāo)等輸入裝置。下面以一種典型的橋吊操作實驗為例解釋本系統(tǒng)的工作過程
在雙起升雙吊具橋吊實驗系統(tǒng)工作之前，需要對大車、小車、雙吊具等涉及實驗內(nèi)容的部分進(jìn)行標(biāo)定和初始化(如設(shè)置標(biāo)定點、初始位置、初始擺角、測量靜態(tài)誤差等)，然后，按照操作要求給系統(tǒng)加電。首先由橋吊操作桿給出橋吊實驗系統(tǒng)大車/小車的運(yùn)行指令，該指令傳送到橋吊控制器，由橋吊控制器按照控制算法分解為一系列的控制序列，在第一個控制周期，第一個控制序列被發(fā)送到伺服驅(qū)動器，驅(qū)動橋吊實驗系統(tǒng)相應(yīng)的伺服電機(jī)運(yùn)動，帶動橋吊大車/ 小車的移動，橋吊移動的信息(包括各個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、大/小車的位移、雙吊具的位移、 速度和擺角等)被檢測到并被傳送到多通道數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理(如A/D轉(zhuǎn)換、濾波
5等)后，這些橋吊反饋信息送到橋吊控制器，根據(jù)橋吊控制律與橋吊控制序列進(jìn)行比較、運(yùn)算，得到了新的控制序列，在第二個控制周期，將新的橋吊控制序列發(fā)送到伺服驅(qū)動器開始進(jìn)行第二個周期的控制過程，這種控制循環(huán)不斷進(jìn)行，直到橋吊實驗系統(tǒng)大/小車的位移、 吊具的位移、速度或擺角等實驗指標(biāo)達(dá)到，橋吊控制過程結(jié)束。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都在要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括實驗裝置和控制裝置，所述實驗裝置主要包括主框架、橋吊模擬單元、橋吊大車模擬單元以及橋吊小車模擬單元；所述控制裝置主要包括橋吊控制器、伺服驅(qū)動器、多通道數(shù)據(jù)采集器以及橋吊控制桿。
2.如權(quán)利要求1所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述主框架采用可拆卸的組合結(jié)構(gòu)，包括底座框架和頂部框架，兩者通過四根側(cè)立柱連接固定，所述底部框架還設(shè)有四個定位輪，用于調(diào)節(jié)整個框架的水平狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述橋吊模擬單元包括兩個吊具伺服驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器以及兩個吊具機(jī)構(gòu)；兩個伺服驅(qū)動電機(jī)分別與對應(yīng)的吊具相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述橋吊大車模擬單元包括四臺大車伺服驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、抱間機(jī)構(gòu)、編碼器以及大車位置檢測裝置；其中，所述四臺伺服驅(qū)動電機(jī)分別位于頂部框架的四個邊角上，每臺伺服驅(qū)動電機(jī)都安裝有同步輪，前后方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步桿連接，左右方向的伺服驅(qū)動電機(jī)通過同步帶連接。
5.如權(quán)利要求1所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述橋吊小車模擬單元包括一小車伺服驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、抱閘機(jī)構(gòu)、編碼器、小車位置檢測裝置以及吊具擺角檢測裝置；其中，所述小車伺服驅(qū)動電機(jī)上安裝有同步輪，通過同步帶帶動小車機(jī)構(gòu)的平滑移動。
6.如權(quán)利要求3或4或5所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動電機(jī)為直流伺服驅(qū)動電機(jī)或交流伺服驅(qū)動電機(jī)。
7.—種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的實驗方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟1)在雙起升雙吊具橋吊實驗系統(tǒng)工作之前，需要對大車、小車、雙吊具這些涉及實驗內(nèi)容的部分進(jìn)行標(biāo)定和初始化，然后，按照操作要求給系統(tǒng)加電；2)首先由橋吊操作桿給出橋吊實驗系統(tǒng)大車/小車的運(yùn)行指令，該指令傳送到橋吊控制器，由橋吊控制器按照控制算法分解為一系列的控制序列，在第一個控制周期，第一個控制序列被發(fā)送到伺服驅(qū)動器，驅(qū)動橋吊實驗系統(tǒng)相應(yīng)的伺服電機(jī)運(yùn)動，帶動橋吊大車/小車的移動，橋吊移動的信息被檢測到并被傳送到多通道數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，這些橋吊反饋信息送到橋吊控制器，根據(jù)橋吊控制律與橋吊控制序列進(jìn)行比較、運(yùn)算，得到了新的控制序列；3)在第二個控制周期，將新的橋吊控制序列發(fā)送到伺服驅(qū)動器開始進(jìn)行第二個周期的控制過程，這種控制循環(huán)不斷進(jìn)行，直到橋吊實驗系統(tǒng)的大/小車、吊具的擺角或其他實驗指標(biāo)達(dá)到，橋吊控制過程結(jié)束。
8.如權(quán)利要求1所述的雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)的實驗方法，其特征在于，所述橋吊移動的信息包括各個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速、大/小車的位移、雙吊具的擺角、雙吊具的位移和速度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙起升雙吊具橋吊模擬試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括實驗裝置和控制裝置，所述實驗裝置主要包括主框架、橋吊模擬單元、橋吊大車模擬單元以及橋吊小車模擬單元；所述控制裝置主要包括橋吊控制器、伺服驅(qū)動器、多通道數(shù)據(jù)采集器以及橋吊控制桿。本發(fā)明依據(jù)相似性原理進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用了多傳動電機(jī)伺服控制技術(shù)和實時參數(shù)檢測技術(shù)，通過對雙吊具運(yùn)行方式的模擬控制和雙吊具擺角等參數(shù)的檢測，從而擬實地研究雙吊具橋吊的操作技術(shù)和定位控制方法。
文檔編號B66C13/08GK102175442SQ201110037880
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者周賢文, 康偉, 徐為民, 沈愛弟, 蔡保超, 褚建新, 顧偉 申請人:上海海事大學(xué)