適用于抓斗起重機上的抓斗防晃方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于起重機技術領域，具體涉及一種適用于抓斗起重機上的抓斗防晃方法。
【背景技術】
[0002]生活垃圾抓斗起重機(簡稱垃圾吊車)是生活垃圾焚燒發電廠或處理場所常用的主要作業設備之一。其工作特點是環境惡劣，工作場所高溫、高濕，含腐蝕性氣體；生產節奏快，作業頻率高。為此要求起重機運行速度快，前進或后退的頻率高，加減速時間短。但由于抓斗是通過鋼絲繩懸掛在起重機小車上的，而小車的運動相當復雜，其中既有小車自身的運動，又有大車帶動小車的運動。起重機大車和小車水平運動及提升系統的起升和下降將使抓斗產生晃動。如果沒有考慮防晃措施，一般地說，起重機運行速度越快、加減速時間越短，越容易產生晃動。較長的鋼絲繩和重量大的抓斗因慣性而導致晃動周期加長，使阻礙晃動的摩擦力的影響減小，因而也容易產生大幅度的晃動。垃圾吊車恰恰工作在運行速度快、加減速時間短、抓料和放料的位置定位要求高，抓斗聯接的鋼絲繩較長，即使是抓斗內空置也具有較大的質量，因而極易產生晃動和設施的碰撞。
[0003]大幅度的抓斗晃動可能使抓斗與垃圾池壁或其他設施相撞，輕則加快抓斗、池壁的損壞，重則引發安全事故。為了防止撞擊，不得不減低垃圾吊的運行速度，但降速的措施將嚴重影響垃圾吊車的作業效率。
[0004]國內的垃圾吊車晃動一般僅靠起重機操作人員的技能保證，因而垃圾吊車的作業效率與操作人員的技巧有很大的關系。但即使是熟練的操作人員，一般也不可能將垃圾吊的能力發揮到極致。因為垃圾吊車往往是在操作室操作的，操作人員與垃圾吊有時有很大距離；另外，操作人員也有可能由于夜班等原因疲勞或者走神；而這極容易發生抓斗與池壁的相撞的故障。
[0005]要實現垃圾吊車的防晃，一般會考慮采用常規的閉環控制系統，就是要穩定哪個晃動量，就對晃動量實行閉環控制。抓斗的晃動，是大車和小車頻繁啟動和停止及忽大忽小的加減速度變化，卷揚系統的高速提升和下降引起的。要穩定抓斗的沿大車、小車軌道兩個方向的速度，需要對抓斗的速度實行閉環控制。
[0006]但對抓斗速度實行閉環控制，有兩個難點:按照閉環控制的常規方法，要穩定抓斗兩個方向速度的平衡和位置定位，必須精準的檢測抓斗的兩個方向的運行速度，把抓斗速度作為反饋量與給定信號比較。但抓斗通過鋼絲繩懸掛在小車下方，很難檢測它的速度和位置。其次，即使能檢測小車的速度，由于抓斗是個長周期振蕩環節，響應慢其位置不斷的在變化。要對其進行校正，也相當困難。圖1所示是抓斗速度閉環控制各環節的傳遞函數。
[0007]也可以考慮把抓斗的偏離量作為控制目標。抓斗的晃動是位置偏離了小車卷揚懸掛點的水平投影。因為小車是安裝在大車上的，大車的運動將帶動小車運動引起抓斗沿大車軌道方向的偏離分量sx。而小車又可以在大車上運動，小車自身的運動，將引起抓斗沿小車軌道方向的偏尚分量SY。SjPl S γ是互相垂直的兩個矢量，它們合成抓斗對小車的總偏尚量。控制偏離量需要檢測大車軌道方向的偏離量Sx和小車軌道方向的偏離量SY。但要直接精準的檢測這兩個數據也是相當困難的。
[0008]在抓斗晃出偏離量不大的情況下，懸掛鋼絲繩彎曲可以忽視，把鋼絲繩看成始終是保持直線的。這樣，可以通過檢測鋼絲繩在大小車軌道兩個方向與鉛直線的角度θγ來計算出sx和sγ。
[0009]但是，雖然檢測Θ#Ρ Θ Y并不是很難實現，但如果要將θ θ γ保持為0作為控制目標，也是無法實現的。因為反饋過程中并沒有辦法去直接控制產生偏離的抓斗本身，唯一的控制途徑是控制小車(包括通過控制大車帶動的小車的移動)來控制偏離角。比如在起動的時候，小車產生移動，抓斗必然產生偏離，如反饋控制系統立即響應來抑制Θ Y角，那么只能降低小車的運動速度，這就使小車根本無法產生有效的移動。
[0010]上述的控制，靠簡單的反饋控制無法實現，必須允許偏離角的存在，但又無法規定一個固定的偏離角，因為在控制系統中，反饋控制的要求就是追求控制的實際值與目標值盡量接近，而偏離值本身并不是控制所要追求的，反而是應該最終消除的。這就形成一個悖論:防晃要求消除偏離角，但運行又需要存在偏離角。
[0011]如果說，可以規定允許一定的偏離角，當偏離角幅值大于這個規定值時，控制小車設法使偏離角幅值減小，結束階段則規定目標偏離角為O，則可以實現控制垃圾吊的晃動偏離角不是太大。這就實現了垃圾吊的防晃反饋控制，目前一些垃圾吊已經采用了類似的措施。
[0012]因此，必須按照起重機運行的各個階段設置不同的目標控制偏離角。但控制偏離角只能通過控制小車的速度和加速度來實現。如果對這兩個量進行反饋控制，對抓斗的防晃作用很小。需要反饋的量一般只能是吊繩的偏離角，而抓斗偏離角的控制環節中具有振蕩環節，因此極難實現。這樣的防晃控制很難達到理想的效果。因為如果對抓斗偏離角限定一個幅度，那么當偏離角幅度小于該值時，反饋控制系統應該不予干預；而當偏離角達到限定值時，反饋控制系統應該控制小車使該角不再增大。從單擺的運動規律來看，要想讓到達目標值的偏離角不再變化，小車只有在與該時刻的抓斗的運動速度恰好相同，并且抓斗的偏離角也正好能給抓斗提供這個速度才行。而這基本上是不可能的。因為上述的反饋控制并沒有將抓斗速度作為反饋量。
[0013]因此，這樣的反饋控制只有可能將偏離角限制在一個范圍內。按照單擺的運動規律，偏離角將在此范圍內振蕩，也就是保持一個晃動。不僅如此。如果偏離角達到控制限定值的時候，抓斗的速度過大，則也有可能因為小車加速性能和小車速度的限制，無法響應反饋控制的要求而超過目標偏離角。即仍然存在失控的可能。
[0014]還有，如果偏離角不斷增大，反饋控制系統可能作出小車大幅減速甚至反向行駛的控制，這將嚴重影響作業效率。即使偏離角被限制在一定的幅值內，小車可能不得不在較小的運行速度和較小的加減速力度下運行，也就是說，起重機并沒有發揮較好的效率。圖2所示為抓斗偏離角閉環控制各環節的傳遞函數。
[0015]當然，也可以在反饋環路中加入校正環節。但由于需要校正的是大慣性振蕩環節，因此也極難取得良好的效果。
【發明內容】
[0016]本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種適用于抓斗起重機上的抓斗防晃方法，該防晃方法預先根據抓斗的單擺運動規律，通過計算，主動控制小車的運動參數，使小車在起動、運動、停止的全過程中，抓斗偏離角先增大，再保持不變，再減小，進而消除抓斗的周期性前后擺動。
[0017]本發明目的實現由以下技術方案完成:
一種適用于抓斗起重機上的抓斗防晃方法，涉及小車以及經鋼絲繩吊裝于所述小車下方的抓斗，其特征在于所述防晃方法為:在所述小車起動階段時，主動控制所述小車加速度進行加速，所述抓斗偏離量S逐漸增大，當所述抓斗的速度％與所述小車速度V i相同，且所述抓斗偏離角Θ不超過偏離角閾值時，使所述小車轉入勻速運動；所述小車在勻速運動過程中，所述抓斗偏離量S保持不超過偏離量閾值S';在所述小車停車階段時，主動控制所述小車加速度進行減速，所述抓斗偏離量S逐漸減小，當所述小車停止時，所述抓斗偏離量S小于所述抓斗與池壁之間的安全距離。
[0018]主動控制所述小車加速度進行加速的方法為:根據所述抓斗的晃動周期T以及所述小車的給定速度 '和加速度a工，計算當所述小車加速到給定速度VJt，是否能使所述抓斗與所述小車進行同步勻速運動，同時所述抓斗的偏離角Θ不超過偏離角閾值Θ';若可以，則控制所述小車在加速度^下加速到給定速度V1，使所述抓斗與所述小車保持同步勻速運動，且偏離角Θ保持不超過偏離角閾值Θ';若不可以，則修改所述小車加速度ai，直至當所述小車加速到給定速度％時，能使所述抓斗與所述小車進行同步勾速運動。
[0019]在于所述抓斗的晃動周期T的計算公式為:
T=2 JT (L/ g)1/2
其中，L為所述抓斗與所述小車之間懸掛的鋼絲繩長度。
[0020]主動控制所述小車加速度進行減速的方法為:根據所述抓斗的晃動周期T以及所述小車的給定速度％和加速度a 計算當所述小車減速到O時，是否可以使所述抓斗的偏離角Θ和速度均減小為O;若可以，則控制所述小車在加速度下減速至停止，使所述抓斗的偏離角Θ和速度均減小為O;若不可以，則修改所述小車加速度，直至當所述小車減速到O時，所述抓斗的偏離角Θ和速度均能減小為O。
[0021]所述偏離量閾值S'為S\Sp，式中Sp為抓斗允許晃動的安全距離。
[0022]本發明的優點是，抓斗的大質量，長擺動周期，在反饋防晃中均為不利因素，而在主動防晃中，大質量、長擺動周期卻減小了計算、干擾和其他因素引起的誤差，使防晃得以較好的實現且保證了工作效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為現有技術中常規速度反饋控制的傳遞函數示意圖；
圖2為現有技術中抓斗偏離角反饋控制的傳遞函數示意圖；
圖3為本發明中主動防晃控制起動階段的控制流程示意圖；
圖4為本發明中主動防晃控制停止階段的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖通過實施例對本發明的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解:
實施例:本實施例具體涉及一種適用于抓斗起重機上的抓斗防晃方法，在小車的下方經鋼絲繩懸吊有抓斗，對于抓斗防