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集装箱起重机的动力学：三维建模、全尺寸实验和识别

摘要：岸边集装箱起重机受到风荷载的三维建模与全尺寸实验测试，系统识别和模型验证一起呈现，岸边集装箱起重机被建模为刚性体，该刚性体从沿着起重机臂和梁的顶部上的轨道行进的手推车弹性悬挂，关于受约束模型讨论了差异，上进行，并且模态特性与阻尼系数一起被识别为岸边集装箱起重机高度的函数，其中电缆是不可拉伸的，实验研究在全尺寸集装箱起重机此外，在数值模拟和实验测试的上下文中都强调了涉及一些模式的大振幅振荡引起的非线性，进行时间积分以通过将其预测与实验结果相比较来验证机械模型，考虑了典型的工作机动以及风感负载的影响，以研究三维起重机响应。

关键词: 集装箱起重机 ;起重电缆弹性 ;3D岸边集装箱起重机振动 ;全尺寸实验 ;起重机阻尼识别

1、介绍

集装箱起重机是通常用于货物运输的港口转运集装箱中的强大机器，其效率与起重机有效速度直接相关，强烈影响整个终端的生产率，为了在最小化工作操作时间方面优化起重机性能，在提升/降低操纵阶段期间岸边集装箱起重机的动态响应的准确表征是基本要求，此外，港口通常位于有风的区域，其特征在于阵风的发生可影响起重机的工作效率，并且有时损害工人的安全，因此，需要考虑风荷载对岸边集装箱起重机动力学的影响，如图1 所示，集装箱起重机由铁路驱动的钢框架塔架组成，其在其顶部保持悬臂和梁，其长度可在码头周围变化，手动控制的手推车可以通过位于起重机吊杆上的轨道移动并且通过直接连接到定位在集装箱顶部的吊具杆的提升缆索和滑轮的系统来将有效载荷（集装箱）移入和移出对接的船。

在文献中，有几个关于集装箱起重机动力学的研究可用，并且提出不同的建模方法（例如，具有弹性/刚性提升缆索的平面或三维模型）来研究它们的行为，这些模型的综合分类在^[1]中给出，其中讨论了不同理论的应用和限制。

图1 在卡利亚里国际集装箱码头（CICT）在卡利亚里（撒丁岛，意大利）的码头区集装箱起重机

轻度阻尼的集装箱起重机系统的动态行为可以是复杂的并且可以表征三维（3D）集装箱运动，其还涉及当由风力负载激发时的偏移分量，其他激励情景可以由严重执行的机动来表示，其可以引起平面内和平面外大振幅摆动运动，因此，文献中经常采用的基于平面运动假设的分析建模可能不足以描述集装箱起重机的真正3D动力学，此外，由于光阻尼，可能出现不同模式之间的自动参数谐振，因此导致平面摆动运动到更复杂的3D运动的稳定性的损失，因此，有效载荷的大振幅振荡在进行进一步的工作操作之前必须快速衰减，因为这种情况可能导致起重机结构本身的损坏或对环境的危害。

为了研究集装箱起重机的动态行为，近年来已经开发了几种模型并且已经提出了控制策略以克服由不受控制的大振幅振荡引起的潜在问题，岸边集装箱起重机起重机吊架的研究首先在^[2]中进行，其中简单悬挂物体的动态行为进行了调查，并提出了广泛的理论回顾，在相同的工作中，提出了基于小车运动的编程的加速/减速阶段的控制策略，并且将数值结果与在比例模型上进行的实验进行比较。

有效载荷振荡也可以被激发，例如在装船的起重机中，来自海浪运动，其可以引起船的振荡，并且因此引起悬浮岸边集装箱起重机的振荡，波动振荡在文献^[3]中描述，其中研究了一自由度（1-dof）集装箱起重机模型的平面运动，并且提出了延迟位置反馈控制器，还报告了可用的实验数据以验证数值结果。

主要在文献中使用的单拐摆模型不适合于描述岸边集装箱起重机 - 起重机系统的复杂动力学并且捕获影响岸边集装箱起重机运动并且来自提升系统的几何非线性，在^[4]和^[5]中提出了一种更精细的平面模型，其中提出了双摆，二维（2D）模型，并且在笛卡尔坐标中提供了完全非线性运动方程，平面摆式起重机模型也被用来研究有效载荷振荡控制通过非经典振动吸收器^[6]，通过主动开环方法^[7]或使用可变桁架几何的模糊控制^[8]。

在^[9]中，几何延伸的问题是针对在集装箱起重机中间隔很宽的电缆穿引结构，这种现象导致不均匀分布的电缆拉伸和不均匀的张力，在^[10]中提出了典型多缆悬挂系统的运动学的理论研究，其中示出了关于所有平移和/或旋转位移分量的完整分析推导，在^[11]中，同样的作者说明了建模橡胶轮轴龙门起重机的动力学所需的步骤，并讨论了各种建模标准，通过强调非线性耦合在所选坐标的重要性，在^[12]中开发了悬浮岸边集装箱起重机的3D模型，其中描述了岸边集装箱起重机的运动，其考虑了提升缆索的可变形性和诸如侧风的扰动和岸边集装箱起重机的重心的不平衡，尽管没有提供细节风激励的建模。

数值模拟，旨在研究由机械摩擦和空气阻力引起的非线性的影响，在^[13]中进行，其中的结果也进行了实验验证，在^[14]和^[15]中，建议各种钟摆结构（如龙门起重机）的建模和适当的控制策略，通过突出的控制实现模型的计算意义彻底检查，一个1/10龙门式起重机的实验室规模模型^[14]用于测试反馈线性化控制方法的性能，而在^[15]讨论龙门起重机的单和多电缆模型。

当吊臂的柔性可能影响有效载荷振荡或当地震激发不能被忽略时，应考虑起重机结构（即，支撑框架和吊杆）的动力学，在^[16]中，考虑到起重机结构的灵活性，研究了龙门起重机的动态行为，并在^[17]中开发了一个六自由度分析模型，以研究岸边集装箱起重机起重机在地震激励下的行为，通过在比例模型上的实验验证了数值结果，在^[18]中实施了码头起重机的有限元（FE）模型来研究起重机的动力学并且识别其模态性质，显示对于特定的起重机配置，岸边集装箱起重机振荡的分析应该考虑到可变形性繁荣，^[19]通过在1/150进行的风洞试验研究了集装箱起重机的风致振荡比例模型，在实验中，通过假设均匀流动条件和考虑不同的风向来模拟位于港口中的集装箱起重机附近的风环境。

在目前的工作中，提出了描述集装箱起

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