防止提升系统冲击振动的方法及装置与流程

本发明涉及提升系统，尤其涉及一种防止提升系统冲击振动的方法和装置。

背景技术：

根据现有的大型提升系统的启动方法，在对提升系统的提升容器中重新加载物品后再次启动提升的过程中，通常设定固定不变的加速度时变模拟参数对提升容器进行提升。这就造成了在提升容器中所添加的载重物的量发生变化时，不能及时根据重量参数的变化对加速度的时变模拟参数进行调整，使得会对提升系统产生冲击振动，这会对提升系统及其动力传动装置造成较大的不利影响，甚至造成设备损坏，不利于生产安全。

技术实现要素：

本发明针对现有提升系统的启动方法中存在的技术问题，提供一种防止提升系统冲击振动的方法，以便有效地防止由于载物重量发生变化时不能及时调整加速度的时变模拟参数而对提升系统及其动力传动装置造成的冲击振动的损伤，进而能够延长提升系统的使用寿命。

本发明提供了一种防止提升系统冲击振动的方法，所述方法包括：获取提升容器内的载物重量；获取预设的提升系统基本参数；根据提升容器内的载物重量和所述预设的提升系统基本参数确定所述提升系统启动时提升绳索的基波振动周期；获取预设的提升系统计算参数；根据所述基波振动周期和所述预设的提升系统计算参数确定所述提升系统在提升过程中的加速度的时变模拟参数；根据所确定的加速度的时变模拟参数对所述提升容器进行提升。

作为一种实现方式，所述预设的提升系统基本参数包括：所述提升容器的自身重量、所述提升系统的预期提升高度、所述提升绳索的数量、所述提升绳索的单位长度质量、所述提升绳索的弹性模数以及所述提升绳索的截面积。

作为一种实现方式，所述预设的提升系统计算参数包括：所述提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。

作为一种实现方式，所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N与所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N，N＝20，K_N＝1。

作为一种实现方式，通过所述获取的提升容器内的载物重量和所述预设的提升系统基本参数确定所述提升系统启动时提升绳索的基波振动周期，为：

依据公式计算出所述绳索的自身重量与提升绳索承载的总载物重量的比值β₁，其中N₁为所述提升绳索的数量，P_K为所述提升绳索的单位长度质量，h为所述提升系统的预期提升高度，m₁为所述提升容器的自身重量，m₂为所述提升容器内的载物重量；

依据公式计算出所述提升系统启动时的基波振动频率ω₁，其中λ₁为与β₁相关的方程式λ₁tanλ₁＝β₁的解，h为所述提升系统的预期提升高度，j为所述提升绳索的弹性波传播速度，并且j的计算公式为：其中E为所述提升绳索的弹性模数，A为所述提升绳索的截面积，P_K为所述提升绳索的单位长度质量；

依据公式计算出所述基波振动周期T_j1。

作为一种实现方式，通过所述基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定所述提升系统的加速度的时变模拟参数，为：

根据设定确定所述加速度的时变模拟参数的计算公式为：

根据所述计算公式以及确定的所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N、所述基波振动周期T_j1和所述提升系统的预期提升速度v，确定加速度的时变模拟参数；

其中，v为所述提升系统的预期提升速度，[0,t₁]为初始的变加速时间区间，[t₂,T]为末次的变加速时间区间，[t₁,t₂]为加速度固定的时间区间，T为所述提升系统的速度从0开始到达预期提升速度v时所经历的启动加速度的总时间长度，且t₁＝T-t₂＝K_NT/N，即初始的变加速时间长度与末次的变加速时间的长度相等；所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N为大于零的实数，所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N＝t₁/T_j1为大于零的正整数。

本发明还提供了一种防止提升系统冲击振动的装置，所述装置包括：称重单元和控制单元；

所述称重单元，配置为检测提升容器内的载物重量，并将检测到的所述提升容器内的载物重量的数据传送至所述控制单元；

所述控制单元，配置为根据所述提升容器内的载物重量和预设的提升系统基本参数确定所述提升系统启动时提升绳索的基波振动周期；根据所述基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定所述提升系统的加速度的时变模拟参数；通过控制所述提升系统的动力传动装置以所确定的加速度的时变模拟参数对所述提升容器进行提升。

与现有的提升系统的启动控制方法相比，本发明可在提升系统启动时，获取提升容器内的载物重量，根据所获取的提升容器内的载物重量以及控制单元中预设的提升系统基本参数，确定提升系统启动时提升绳索的基波振动周期，并根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数进一步确定提升系统的加速度的时变模拟参数，即每次启动都可根据不同的参数确定合适的控制方法。由此，可以较好地防止由于载物重量发生变化时不能及时调整加速度的时变模拟参数而对提升系统及其动力传动装置造成的冲击振动的损伤，从而延长了提升系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的防止提升系统冲击振动的原理图；

图2为本发明的实施例的防止提升系统冲击振动的方法流程图；

图3为本发明实施例的加速度的时变模拟参数曲线图；

图4为本发明实施例的防止提升系统冲击振动的装置示意图；

图5为本发明另一实施例的防止提升系统冲击振动的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明实施例的防止提升系统冲击振动的原理图。其中，称重单元1用于检测并确定提升容器5的当前载物重量，其输出端与控制单元2的输入端相连。控制单元2的输出端与动力传动装置3的输入端相连，通过控制单元2来实现对动力传动装置3的输入信号的控制，进而实现对提升系统的控制。如图4或图5中本发明实施例的防止提升系统冲击振动的装置所示，每次在提升容器5内载物重量改变后，图4中或图5中的称重单元1读取提升容器5内当前的载物重量，并将载物重量的数据发送至控制单元2。控制单元2根据提升容器内5的载物重量、预设的提升系统基本参数以及预设的提升系统计算参数确定加速度的时变模拟参数，并将依据所确定的加速度的时变模拟参数所获得的控制信号输入至动力传动装置3。

控制单元2确定加速度的时变模拟参数的计算方法为：首先，根据由称重单元1发送的载物重量和预设的提升系统基本参数，确定提升系统启动时与提升容器5相连接的提升绳索4的基波振动周期。其中预设的提升系统基本参数包括：提升容器5的自身重量、提升系统的预期提升高度、提升绳索4的数量、提升绳索4的单位长度质量、提升绳索4的弹性模数以及提升绳索4的截面积。然后，再根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数，确定提升系统的加速度的时变模拟参数。其中，预设的提升系统计算参数包括：提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。其中，初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N都是根据提升系统冲击限制理论得到的具体数值。

根据上述计算方法，当提升容器5内的载物重量被确定时，便可及时确定适合该次提升机系统的加速度的时变模拟参数，由此可以防止由于每次启动时载物重量发生变化而不能及时调整加速度的时变模拟参数，进而对提升系统及其动力传动装置3造成的冲击振动的损伤。

图2为本发明的实施例的防止提升系统冲击振动的方法流程图。如图2所示，本发明实施例的防止提升系统冲击振动的方法包括以下步骤：

步骤S01，开始。

步骤S02，读取提升容器5内的载物重量数据。该数据通过称重单元1进行采集并传送至控制单元2。

步骤S03，读取预设的提升系统基本参数。读取的预设提升系统基本参数包括：提升容器5的自身重量、提升系统的预期提升高度、提升绳索4的数量、提升绳索4的单位长度质量、提升绳索4的弹性模数以及提升绳索4的截面积。

步骤S04，确定提升绳索4的自重与提升绳索4当前承载的总载物重量的比值。具体算法为：

依据下列公式计算出提升绳索4的自重与提升绳索4当前承载的总载物重量的比值β₁，即：

其中，N₁为提升绳索4的数量，P_K为提升绳索4的单位长度质量，h为提升系统的预期提升高度，m₁为提升容器5的自重，m₂为提升容器5内的载物重量。

步骤S05，确定提升系统启动时提升绳索4的基波振动频率。具体算法为：

依据下列公式计算提升绳索4的基波振动频率ω₁，即

其中，λ₁为与β₁相关的方程式λ₁tanλ₁＝β₁的解，h为提升系统的预期提升高度，j为提升绳索4的弹性波的传播速度。其中弹性波的传播速度j的计算公式为：其中E为提升绳索4的弹性模数，A为提升绳索4的截面积，P_K为提升绳索的单位长度质量。

步骤S06，确定提升系统启动时的基波振动周期。具体算法为：

依据以下公式计算出基波振动周期T_j1，即

其中，ω₁为基波振动频率。

步骤S07，获取预设的提升系统计算参数。其中计算参数包括：提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。

步骤S08，确定加速度的时变模拟参数。具体算法为：

图3为本发明实施例的加速度的时变模拟参数曲线图，如图3所示，该时变模拟参数为提升系统常用的启动时变模拟参数。在图3的时变模拟参数中，v为提升系统的要达到的预期提升速度，[0,t₁]为初始的变加速时间区间，[t₂,T]为末次的变加速时间区间，[t₁,t₂]为加速度固定的时间区间，T为所述提升系统的速度从0开始到达预期提升速度v时所经历的启动加速度的总时间长度，且t₁＝T-t₂＝K_NT/N，即初始的变加速时间长度与末次的变加速时间的长度相等；K_N为启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值，该比值大于实数零；N为初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值，即N＝t₁/T_j1，该比值为大于零的正整数。

如图3所示的加速度曲线，根据上述设定，可确定加速度的时变模拟参数的计算公式，即公式：

由此，根据上述的计算公式以及确定的初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N(在具体计算时，取N＝20，K_N＝1)、步骤S06中所确定的基波振动周期T_j1和预设的提升系统计算参数中的提升机系统要达到的预期提升速度v，可以确定在启动提升系统时加速度的时变模拟参数。实际的加速度的时变模拟参数同样可以参照图3所示，区别仅为当图3所示的为实际的加速度的时变模拟参数时，图3中的参数均为具体的数值。

这里，初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N的取值方法均依据由提升系统冲击限制理论所得出的规律给出。提升系统冲击限制理论及取值方法为：

根据上述加速度的时变模拟参数计算公式可以确定加速度的最大值为则随着初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N和启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N变化的数值如图表1所示：

表1 α_max随N和K_N变化的数值表

由表1可以看出，随着N的增大，加速度的最大值逐渐变小；随着K_N的增大，加速度的最大值是逐渐增加的，即也可以在一定程度上减少冲击振动。

将提升绳索4视作连续弹性体，其动力学数学表达式为：

其中，u₁为提升绳索4上升侧的断面位移，η_μ为绳索韧性系数，a(t)为系统提升加速度，E为提升绳索4的弹性模数，A为提升绳索4的截面面积，P_K为提升绳索4的单位长度质量。

采用分离变量法和广义坐标法对上述表达式进行求解，得到提升绳索4各断面的位移的解，进而推导出提升绳索4的基波影响(加速度影响)表达式，即：

其中，ω₁为基波振动频率，a为提升系统的加速度。

将前面的加速度时变模拟参数的计算公式，即公式：

带入到提升绳索4的基波影响(加速度影响)表达式中，可得到在此加速度的时变模拟参数下的绳索的基波影响(加速度影响)表达式，即：

令δ＝A_max/a_max，即δ为表示提升系统的提升绳索4的基波影响与提升系统的提升加速度的关系的一个值，也可体现出提升绳索4的动张力影响。由此可知，当δ＝1时，表明基波影响(加速度影响)等同于系统加速度，即此时提升绳索4的弹性振动消除，提升绳索4的弹性动张力等于刚体动张力，提升绳索4的弹性加速度等于提升机的加速度。

由前面步骤可加速度的时变模拟参数中加速度的最大值为初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值为N＝t₁/T_j1，其中T_j1为提升绳索4的基波振动周期。令N＝20，δ随K_N变化的数值见表2，即：

表2 δ随K_N变化的数值

由表2可以看出，随着K_N的增大，A_max与δ的值都在急剧减小。这种情况表明提升绳索4的动张力响应有了明显的减小。当K_N的值为1和2时，δ＝1。

综合上述提升系统冲击限制理论，可以确定合适的初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N分别取为：N＝20，K_N＝1。

步骤S09，由动力传动装置3执行提升操作。控制单元2将系统的加速度的时变模拟参数输出至动力传动装置3，动力传动装置3按照系统的加速度的时变模拟参数来启动加速度，控制容器5的提升。

步骤S10，结束。

图3为本发明实施例的加速度的时变模拟参数曲线图。该加速度的时变模拟参数是通过控制单元2首先根据称重单元1传送的载物重量和预设的提升系统基本参数来确定提升系统时提升绳索4的基波振动周期，然后再根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定得到的。其中，预设的提升系统基本参数包括：提升容器5的自身重量、提升系统的预期提升高度、提升绳索4的数量、提升绳索4的单位长度质量、提升绳索4的弹性模数以及提升绳索4的截面积；预设的提升系统计算参数包括：提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。其中，初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N与启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N，都是根据提升系统冲击限制理论得出的规律所给出的具体数值，即优选的为N＝20，K_N＝1。

图4为本发明实施例的防止提升系统冲击振动的装置示意图，如图4所示，并参照图1，本发明的装置包括称重单元1和控制单元2，其中，

称重单元1被设置在提升系统中提升容器5内的底部，以用于检测提升容器5内的载物重量，并将检测到的提升容器5内的载物重量的数据传送至控制单元2。

控制单元2配置为根据提升容器5内的载物重量和预设的提升系统基本参数确定提升系统启动时提升绳索4的基波振动周期。这里，预设的提升系统基本参数包括：提升容器5的自身重量、提升系统的预期提升高度、提升绳索4的数量、提升绳索4的单位长度质量、提升绳索4的弹性模数以及提升绳索4的截面积。

其中，控制单元2根据称重单元1发送的提升容器5内的载物重量和预设的提升系统基本参数确定提升系统启动时提升绳索4的基波振动周期的方式如下：

依据公式计算出所述绳索4的自身重量与提升绳索4承载的总载物重量的比值β₁，其中，N₁为所述提升绳索4的数量，P_K为所述提升绳索4的单位长度质量，h为所述提升系统的预期提升高度，m₁为所述提升容器5的自身重量，m₂为所述提升容器5内的载物重量；

依据公式计算出所述提升系统启动时的基波振动频率ω₁，其中λ₁为与β₁相关的方程式λ₁tanλ₁＝β₁的解，h为所述提升系统的预期提升高度，j为所述提升绳索4的弹性波传播速度，并且j的计算公式为：其中E为所述提升绳索4的弹性模数，A为所述提升绳索4的截面积，P_K为所述提升绳索4的单位长度质量；

依据公式计算出所述基波振动周期T_j1。

控制单元2还配置为根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定提升系统的加速度的时变模拟参数。这里，预设的提升系统计算参数包括：提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。

其中，控制单元2根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定提升系统的加速度的时变模拟参数的方式如下：

根据设定确定所述启动加速度的时变模拟参数计算公式为：

根据所述计算公式以及确定的所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N、所述基波振动周期T_j1和所述提升系统的预期提升速度v，确定加速度的时变模拟参数；

其中，v为所述提升系统的预期提升速度，其中[0,t₁]为初始的变加速时间区间，[t₂,T]为末次的变加速时间区间，[t₁,t₂]为加速度固定的加速时间区间，T为所述提升系统的速度从0开始到达预期提升速度v时所经历的启动加速度的总时间长度，且t₁＝T-t₂＝K_NT/N，即初始的变加速时间长度与末次的变加速时间的长度相等；所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N为大于零的实数，所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N＝t₁/T_j1为大于零的正整数。

控制单元2还配置为通过控制提升系统的动力传动装置3以所确定的加速度的时变模拟参数对提升容器5进行提升。

图4所示实施例中的防止提升系统冲击振动的装置还包括存储单元(未示出)，用于存储预设的提升系统基本参数和所述预设的提升系统计算参数。

在图4所示实施例的装置中，初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，与所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N，N＝20，K_N＝1。

图5为本发明另一实施例的防止提升系统冲击振动的装置示意图，如图5所示，并参照图1，本发明的装置包括称重单元1和控制单元2，其中，

称重单元1被设置在提升容器5与提升绳索4的连接位置处，以用于检测提升容器5内的载物重量，并将检测到的提升容器5内的载物重量的数据传送至控制单元2。

控制单元2配置为根据提升容器5内的载物重量和预设的提升系统基本参数确定提升系统启动时提升绳索4的基波振动周期。这里，预设的提升系统基本参数包括：提升容器5的自身重量、提升系统的预期提升高度、提升绳索4的数量、提升绳索4的单位长度质量、提升绳索4的弹性模数以及提升绳索4的截面积。

其中，控制单元2根据称重单元1发送的提升容器5内的载物重量和预设的提升系统基本参数确定提升系统启动时提升绳索4的基波振动周期的步骤如下：

依据公式计算出所述提升绳索4的自身重量与提升绳索4承载的总载物重量的比值β₁，其中，N₁为所述提升绳索4的数量，P_K为所述提升绳索4的单位长度质量，h为所述提升系统的预期提升高度，m₁为所述提升容器5的自身重量，m₂为所述提升容器5内的载物重量；

依据公式计算出所述提升系统启动时的基波振动频率ω₁，其中λ₁为与β₁相关的方程式λ₁tanλ₁＝β₁的解，h为所述提升系统的预期提升高度，j为所述提升绳索4的弹性波传播速度，并且j的计算公式为：其中E为所述提升绳索4的弹性模数，A为所述提升绳索4的截面积，P_K为所述提升绳索4的单位长度质量；

依据公式计算出所述基波振动周期T_j1。

控制单元2还配置为根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定提升系统的加速度的时变模拟参数。这里，预设的提升系统计算参数包括：提升系统的预期提升速度、初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，以及启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N。

其中，控制单元2根据基波振动周期和预设的提升系统计算参数确定提升系统的加速度的时变模拟参数的方式如下：

根据设定确定所述启动加速度的时变模拟参数计算公式为：

根据所述计算公式以及确定的所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N、启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N、所述基波振动周期T_j1和所述提升系统的预期提升速度v，确定加速度的时变模拟参数；

其中，v为所述提升系统的预期提升速度，其中[0,t₁]为初始的变加速时间区间，[t₂,T]为末次的变加速时间区间，[t₁,t₂]为加速度固定的加速时间区间，T为所述提升系统的速度从0开始到达预期提升速度v时所经历的启动加速度的总时间长度，且t₁＝T-t₂＝K_NT/N，即初始的变加速时间长度与末次的变加速时间的长度相等；所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N为大于零的实数，所述初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N＝t₁/T_j1为大于零的正整数。

控制单元2还配置为通过控制提升系统的动力传动装置3以所确定的加速度的时变模拟参数对提升容器进行提升。

图5所示实施例中的防止提升系统冲击振动的装置还包括存储单元(未示出)，用于存储预设的提升系统基本参数和所述预设的提升系统计算参数。

在图5所示实施例的装置中，初始的变加速时间长度与基波振动周期的比值N，与所述启动加速度的总时间长度与基波振动周期的比值K_N，N＝20，K_N＝1。