柔性支杆和对起重机抓斗动力学影响的分析外文翻译资料

柔性支杆和对起重机抓斗动力学影响的分析

摘要

本文提出了用柔性支撑底座的抓斗起重机模型的动态分析。分析的抓斗起重机是刚性开环运动链连接的结构。节点坐标和同等的转换是用于描述系统的动态行为。方程运动系统是利用二阶拉格朗日方程和Newmark方法与迭代过程推导而来。商业软件MSC.ADAMS是为了验证本身的程序。分析受支持结构垂直刚度系数和运动载荷的固定方式的影响有不同取值范围。

关键词

抓斗起重机，动态分析，柔性支杆，共同协调、齐次变换

1引言

起重机械的起升支承装置设计过程应特殊考虑[1,2,3,4,5]。它主要影响系统的稳定性，系统重装工作和机器操作安全。因此，已构想出了数学模型包括支承结构的灵活性和说明有些时候的不良现象（失稳，不平衡负载，期望轨迹化）的数值模拟的第一阶段。

该抓斗起重机的数学模型具有灵活支持基础和在已经论文上被提出的数值模拟。所建立的模型包括灵活平台的小的和大的动作。用对节点坐标和同系的变换来描述系统的动力学形式。利用拉格朗日方程的二阶导出运动方程。本身的计算机程序阐述了，Newmark方法，迭代法和恒定步长方程的综合使用。构造模型的正确性已经使用商业软件MSC.ADAMS进行了验证。

1. 该抓斗起重机的数学模型

抓斗起重机的分析模型如图1所示。该系统由七个刚体组成的开环运动链的结构组成。

图1

Denavit-Hartenberg符号系统的几何描述（表1）。

表1. Denavit Hartenberg参数

P环节的长度为L^(P)

每个环节的运动相对于前一个运动的描述都是广义描述向量:

相对于参考系{ O } P环节的运动是由广义坐标矢量定义：

式中：q⁽¹⁾=⁽¹⁾

因此，分析系统的运动是由广义坐标矢量描述：

假定运动的输入：

q_{5 p}=^（p),j=2,...,5

其中^（p)是时间的函数.

局部变换矩阵可以表示为：

式中：s=sin,c=cos

本地系统的参考坐标系{ } O的变换矩阵如下：

利用拉格朗日方程建立系统的二阶运动方程：

式中：E_k是链接的动能，

E_p是链接的重力势能，

E_sde是弹簧的阻尼元件的弹簧变形势能，

D_sde是弹簧阻尼元件的能量耗散函数，

Q_j是广义非势力，

q_j,q_j是广义坐标和速度。

2.1动能和重力势能

动能和重力势能可以写成下面的形式：

m^（p）是环节的质量，

是重力加速度，

^(p)_C(p)是P环局部坐标系中质量中心的坐标向量，

H^(p)是伪惯性矩阵[ 6 ]。

2.2弹簧变形势能与损耗能函数

据推测，分析起重机四支承结构的灵活性是通过图2中弹簧阻尼元件 （sdes）E ^{(k )} ( k=1,2,3,4) 建模的。

图2 起重机柔性连接

弹簧的变形势能和损耗能的函数可以用下列形式表示：

式中：D_E（k）是在方向上sdeE^（k）的弹簧变形量，

l_E（k）是应变弹簧的长度，

l_E（k）,0是无应力弹簧长度，

c_E（k）,b_E（k）是刚度和阻尼系数。

该系统的运动方程可以写成矩阵形式：

式中：C为刚度矩阵，

D为常系数矩阵，

P是驱动力和力矩的向量，

f是没有驱动力和力矩的广义力矢量。

Newmarks迭代法[ 7 ]是用来整合运动方程。这个迭代过程是必要的，因为A和B矩阵的元素依赖于广义坐标和速度。

1. 数值计算结果

系统的几何参数如图3所示。

图3.抓斗起重机参数

参数的随机微分方程如表2所示：

表2.参数的随机微分方程

假设动态输入^（p）（p=2，...，5）为图4所示。

图4.动态输入

加速度^（p）max最大值的计算假设：

以下系统参数的初始位置和最终位置如图5所示。

图5.系统的位置-初始和最终

从我们自己程序与从MSC.ADAMS程序中所得结果的比较如表3所示，结果是从刚性和柔性的支持结构P_K1、P_K2点C_（7）的轨迹和Z坐标进行比较。同样也假定负载是固定在P₂点。

表3.P_K1、P_K2点C_（7）的轨迹与Z坐标

负载不同固定点与不同刚度系数标准对P_K1、P_K2点C_（7）的轨迹与Z坐标的影响如表4所示。结果是由我们自己的程序得出。

表4.P_K1、P_K2点C_（7）的轨迹与Z坐标

1. 结论

本文介绍了柔性支承抓斗起重机的模型。这个系统的模型是通过联合坐标和齐次变换得到的。支承结构的灵活性对系统的动态行为的影响已被分析出来。我们自己的程序与MSC.ADAMS程序获得的结果同样印证了建立数学模型的正确性及抓斗起重机具有柔性支撑底座的开环运动链结构。

参考文献

[1] A. Maczyński and S. Wojciech. Dynamics of a mobile crane and optimization of slewing motion of its upper structure. Nonlinear Dynamics, 32, 259-290, 2003

[2] A. Urbaś. Dynamic analysis and control of flexible supported machines - PhD thesis, University of BielskoBiala, 2011, 150 (in Polish)

[3] A. Urbaś and M. Szczotka. Application of the neural network in control of a flexibly supported crane. Acta mechanica et automatica, 4(1), 2010, 101-107 (in Polish)

[4] A. Urbaś, M. Szczotka, and S. Wojciech. The influence of flexibility of the support on dynamic behavior of a crane. International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol. 21, No. 10, 2963- 2974, 2011

[5] A. Urbaś and S. Wojciech. Mathematical model of the crane fixed on a flexibly supported base. Proc. of 10th Conference on Dynamical Systems Theory and Applications, Łoacute;dź, 2009

[6] E. Wittbrodt, I. Adamiec-Woacute;jcik, and S. Wojciech. Dynamics of flexible multibody systems. Rigid finite element method, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 2006

[7] S. Wojciech. Dynamics of planar mechanisms with flexible links, friction and backlash in kinematic pairs,Technical University of Gdańsk, Z.66, Gdańsk, 1984 (in Polish) Andrzej Urbaś PhD, Department of Mechanics, University of Bielsko-Biala, 43-309 Bielsko-Biala, Willowa 2,

Poland, Autor email: aurbas@ath.edu.pl

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无线传感抓斗挖泥船的钢丝绳受力监测研究

摘要：

本论文是对智能抓斗挖泥船进行研究。抓斗在疏浚挖掘工作中，建立了钢丝绳工作力的力学模型。然后，对钢丝应力的理论计算就可以实现了。得到疏浚抓斗的钢丝的应力结果就变得很容易。同时，提出了一种改变钢丝旋转轴的扭矩的力的方法，这是以无线传感器网络技术检测抓斗挖泥船起升为依据。可以理想的显示起升终点和钢丝绳的受力的实时曲线。实时监控测试结果表明钢丝绳应力的理论计算与实时监控的测试结果一致，并对无线传感器的实时监测技术在抓斗挖泥船的钢丝的应力中的应用提供依据。

1.介绍

随着“海洋权利”战略的实施，中国已经推出了一系列重大的对海洋的开发，利用，保护和控制的活动。“海洋权利”的建设已经对国家的健康发展有着至关重要的影响。经济将促进海洋工程的快速发展。目前，大型抓斗挖泥船^[1-2]在挖掘在大型沉箱工艺海底海上工程时对平坦的挖掘功能有着高度要求，如南海建设项目，香港-珠海-澳门大桥，

命名 Fi 抓斗的力， i值从1到4； B 抓斗边缘宽度（m）； D 抓斗叶片厚度（m）； Y 抓斗边缘切削材料深度（m）； theta; 抓斗边底背角（°）； V 抓斗边缘切割材料速度（m/s）； s 粒径（mm）； 材料密度，t/m3 ； 物质粒子内摩擦角（°）； f 抓斗的边缘效应系数； K 材料颗粒表面状态和形状系数对抓斗阻力的影响； QX 进入漏斗材料的重量（KN）； LQ 到A点的长度（m）； P 起升杆的支持力（KN）； R 起升杆到A的长度（m）； GB 起升杆停留在外壳上的力（KN）； G3 外壳的重量（kN）； S1 收绳的张力（KN）； S2 起升钢丝绳张力（KN）； G1 上滑轮的重量（kN）； GB 外壳上的压力（KN）； F1 水平切削刃的切削阻力（KN）； F2 侧切削刃切削阻力（KN）； F3 在水平方向推力（kN）； F4 侧面摩擦阻力（kN）；

海底管道和隧道等建设的同时，国内外现有的设备很难满足高精度施工要求。因此，平坦的挖掘过程是抓斗式挖泥船在大型海洋工程的研究热点和难题。

该抓斗挖泥船的疏浚抓斗，如图1所示，在挖掘过

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