涂强
江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院 江苏苏州 215000
摘要：桥式起重机在运行过程中可能会因为加速、减速或者制动等操作而造成钢丝绳的剧烈摆动，并对吊装过程的稳定性和安全性带来一定的风险。在工程实践中需要采取有效的措施来防止桥式起重机械发生剧烈的摆动。本文主要分析智能防摆技术在这一工作中的应用策略。
关键词：桥式起重机；智能防摆；控制技术
Abstract: During the operation of the bridge crane, the steel wire rope may swing violently due to operations such as acceleration, deceleration, or braking, and brings certain risks to the stability and safety of the hoisting process. In engineering practice, effective measures need to be taken to prevent the violent swing of the bridge crane. This article mainly analyzes the application strategy of intelligent anti-swing technology in this work.
Keywords: bridge crane; intelligent anti-swing; control technology
引言：
桥式起重机在运行过程中通过钢丝绳来实现物体在水平方向和垂直方向上的运动。但是重物在吊装过程中可能会因为制动或者突然的加减速而出现大幅度的摆动。工程实践中可以采用机械防摆、电气防摆等技术来实现智能化的防摆控制。
一、摆动原因分析
桥式起重机在实际应用过程中通过与钢丝绳连接的吊钩来悬吊适当重量的物体，然后通过大车运行机构和小车运行机构的水平运行来时实现重物的水平移动，同时依靠钢丝绳的和吊钩在垂直方向上的吊放来完成物体的垂直吊运。桥式起重机在运行过程中通过电动机等设备来提供水平和垂直方向上的动力。但是重物在水平移动过程中必然会存在一定的惯性并在突然的停止后产生运动方向上的冲量，进而造成物体以钢丝绳的长度为半径进行来回的摆动。另外，如果起重操作人员不能合理的控制相关设备就可能导致大车机构和小车机构出现突然的加速或者突然的减速，这样也会造成钢丝绳出现摆动。表1中总结了桥式起重机的主要结构，从中可以看出桥式其中机在运行过程中会通过电机、钢丝绳、加速器、减速器以及制动器等设备来控制其运行过程，进而很容易因为瞬间的加速、减速或者制动等因素而产生比较显著的摆动作用[1]。
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二、模糊控制
（一）原理分析
模糊控制的相关理论早已经形成了系统化的体系并在实践过程中得到了非常广泛的应用，这种控制方法采用了非线性的思路，在具体实施过程中把桥式起重机的操控过程按照模糊控制的相关理论形成一定的控制规则，进而在此基础上通过输入量的模糊化和推理过程的模糊化来实现被控对象的精确化控制，其具体实施原理可见图1.起式起重机的操控中需要通过操作人员根据自己的经验和判断来有效地控制能量供应的大小，能量过大时就会造成其出现突然的加速，相反则会出现突然的减速，而这两种情况都会破坏起重设备原有的平衡性并造成钢丝绳的摆动，而且这种人工操作的模式具有非线性的特点，这也是模糊控制能够发挥作用的主要原因[2]。
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图1 模糊控制的原理
（二）优势分析
利用传统的精确化控制方法来处理桥式起重机的控制问题时常常不能获得良好的效果，主要原因在于传统的控制方法下系统中需要考虑的变量因素非常多，因而不能准确的描述桥式起重机的运行过程。模糊控制技术在运行的过程中可以有效地处理某些复杂的控制场景并提高对桥式起重机的运行控制。最重要的一点是这种控制技术可以通过模糊处理的方式来降低多种变量因素对运行控制的影响力。另外，传统的控制技术在发挥作用的过程中需要依赖精确的数学模型来实现特定的目标，而模糊控制技术则免去了这部分困难。模糊控制的技术在桥式起重机的智能防摆中发挥着非常重要的作用。
三、智能防摆策略
（一）机械防摆
第一，设置交叉的钢丝绳。这种防摆技术的原理是在起重机小车的运行方向上安装具有特定功能的驱动装置和两组交叉的钢丝绳，通过这种方式可以有效的缓解钢丝绳在物体惯性作用下产生的前后摆动效果。第二，调整小车处钢丝绳的角度。这种控制方法的原理是通过将起重机四个角上的钢丝绳设计成倒八字结构并实现良好的力学控制，这种模式下钢丝绳的摆动幅度可以得到有效地控制。第三，通过分离小车来防止摇摆。将滚动式轴承应用在桥式起重机的小车上并通过两组小车的在相反方向上的分离和拉动使钢丝绳呈现出“V”字形，这样就可以有效地减少钢丝绳在运动过程中的摆动幅度并加强吊物的安全性。第四，通过跷板方式来进行防摆。这种防摆技术的原理是将跷板梁和液压缓冲装置安装在桥式起重机上并通过其作用来吸收或者缓冲来降低物体和钢丝绳受到的冲量。例如，钢丝绳偏斜时产生的能量就可以通过液压缓冲装置来进行有效地吸收，跷板梁在这一过程中起到非常重要的辅助作用[3]。
（二）电气防摆
机械防摆在控制的精细度和连续性等方面还存在较大的不足，因而当前的防摆技术中还大量采用具有变频功能的控制器来实现桥式起重机的有效控制，其中就包括运用模糊技术设计而成的模糊控制器。电气防摇摆技术在实际运用过程中通过测量小车的运动速度以及钢丝绳的夹角来合理的调整其加速和减速，进而实现良好的控制效果。闭环控制系统和开环控制系统是国内使用最广泛的电气防摇摆技术。
国内的科研工作者已经将神经网络控制技术和模糊控制技术等应用在电气防摇摆技术中，模糊控制技术在运用过程中需要经过大量的试验来形成一个有效地规则库，然后再通过这一规则库中的策略来精确稳定的控制桥式起重机中的小车。
四、消摆方法
当前的技术和理论发展为桥式起重机的摆动控制提供了更加丰富的思路和途径。工程技术人员根据新的理论提出了增益调节控制和模糊控制等多种类型的控制方法，在实践环节主要是将相关的理论和技术融入进电子化的控制器中[4-5]。另外，为了能够有效地抑制桥式起重机在吊载重物的情况下出现显著的摆动作用，工程技术人员开发出一种通过位置补偿来实现消摆的技术路径，其核心原理是将其中机构和小车的运行过程尽可能保持在同一步调之下，例如，同时减速、同时加速或者同步地进行匀速运动等[6] 。
四、结束语
桥式起重机在运行过程中会因为操纵控制不平稳或者吊物的惯性作用而出现大幅度的摆动，进而产生一定的安全风险。通过机械措施和电气控制等综合性的措施来提升吊装过程的智能化防摆是非常重要的安全保障措施。
参考文献
[1]陈志梅,高武龙,张井岗.基于滤波器的桥式起重机无源滑模防摆控制研究[J]. 自动化仪表,2017,038(009):5-9.
[2]宗浩,王子庆.桥式起重机防摇摆控制系统的应用[J].现代制造技术与装备, 2017(7).
[3]高武龙,陈志梅,孟文俊.桥式起重机防摆控制方法综述[J].起重运输机械, 2014, 05(5):1-1.
[4]杨晓飞.基于模糊控制的桥式起重机防摆控制研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2014(02):4-6.
[5]三维桥式起重机分层滑模轨迹跟踪防摆控制[J].李志勇,曹旭阳,戴恒震,戴智弘.起重运输机械.2016(11) .
[6]桥式起重机的二自由度内模防摆控制研究[J].王小静,陈志梅,邵雪卷.太原科技大学学报.2016(05) .