岸边集装箱起重机仿真训练器起升机构数学模型的建立与计算

论文摘要

岸边集装箱起重机仿真训练器是以训练为目的的,集虚拟现实技术、计算机仿真技术、通讯技术于一体的高科技产品。当前国内尚未有成形产品应用于码头培训。然而,一旦将其应用的实际生产,其带来的效益会不可限量。本文的主要研究内容和工作有;针对小车运行机构的钢丝绳牵引系统,分析简化钢丝绳的缠绕方式,合理假设消除钢丝绳的挠度牵引问题,然后在新的简化模型下,建立小车由初始状态到匀速行驶整个过程的动力学分析。以起升机构的电动机为例,根据起升机构的运行工况说明其电动机的最佳选择为异步电动机;此外为提高操作效率,异步电动机的快速反应显得至关重要,实际生产中采用变频器实现这一要求,因此一同研究了变频器变频调速原理。以起升机构的整个传动机构为研究对象,假定传动机构位于驾驶室内以略掉起升钢丝绳复杂的缠绕方式。在忽略钢丝绳弹性的基础上,以起升卷筒为分界点,分别建立钢丝绳—吊重模型和电动机到卷筒部分的模型。钢丝绳—吊重模型是在小车运行机构的相关数据均已知的情况下,以吊重为研究对象,利用达朗伯原理和动静法,在假定起升速度已知后求解出钢丝绳牵引力的表达式;电动机到卷筒部分的模型则是建立在电动机输入转矩形式已知的基础上,结合钢丝绳牵引力作用在卷筒上的工作阻力矩,只考虑电动机与减速箱之间的联轴器的弹性阻尼,利用工程振动原理建立传动方程。模型的求解应用基尔公式和米尔尼—哈明预测校正公式,在计算机上C++语言编程求解的,其结果为当电动机转矩不断改变时,吊重在钢丝绳上的位置、钢丝绳的起升速度和起升加速度三者随时间的变化曲线。结果显示与实际操作基本符合,能够模拟吊重的运动情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 仿真的定义及其分类
• 1.2 仿真训练器的介绍及国内外研究现状
• 1.3 岸边集装箱起重机仿真训练器研究意义
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 岸边集装箱起重机及其仿真训练器概述
• 2.1 岸边集装箱起重机概述
• 2.2 岸边集装箱起重机仿真训练器概述
• 2.3 岸边集装箱起重机仿真训练器当前所面临的问题
• 第三章 仿真训练器数学模型的模块化分析
• 3.1 仿真训练器的模块化结构
• 3.2 数学模型的模块化介绍
• 3.2.1 机构动力学模型
• 3.2.2 碰撞反应模型
• 3.2.3 评分模型
• 3.3 本文所建模块的结构
• 3.4 岸边集装箱起重机传动机构介绍
• 第四章 小车运行机构的模型分析
• 4.1 小车运行机构介绍
• 4.2 小车运行机构的模型简化及建立
• 4.3 本章小结
• 第五章 起升机构电动机变频器控制
• 5.1 电动机的工作原理
• 5.1.1 起升机构电动机的运行工况
• 5.1.2 电动机的选择和工作原理
• 5.2 变频器控制
• 5.2.1 变频调速的优点
• 5.2.2 变频器调速原理
• 5.2.3 变频器类型、特点
• 5.2.4 起重机电动机变频调速机械特性
• 5.3 本章小结
• 第六章 起升机构传动数学模型的建立与数值求解
• 6.1 起升机构传动简介
• 6.2 数学模型建立
• 6.2.1 建模机理
• 6.2.2 数学模型的简化
• 6.2.3 小车和吊重系统的模型建立
• 6.2.4 卷筒到电动机部分的模型建立
• 6.3 模型的各自求解
• 6.3.1 小车和吊重系统
• 6.3.2 卷筒到电动机部分
• 6.4 模型的整体求解思路
• 6.5 模型的编程求解
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献