一种双吊钩吊装系统的安全性计算方法和计算装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双吊钩吊装系统安全性的计算方法，包括以下步骤：有限元建模、施加位移约束、设定参数值和收敛准则、初始支反力计算和初始收敛判断，对各个初始支反力进行判断，当各个初始支反力均满足收敛准则时，得到收敛稳定状态的有限元模型；否则对各个位移约束进行迭代计算，直到各个位移约束对应的支反力均满足收敛准则。本发明专利技术还公开了一种应用该计算方法的双吊钩吊装系统安全性的计算装置。本发明专利技术的计算方法和计算装置可计算吊装对象、吊钩和吊装绳的最终收敛稳定状态，并根据最终收敛稳定状态，计算双吊钩吊装系统的稳定安全距离、指定位置与吊载绳最小距离、吊装对象倾斜状态、吊钩位置姿态、吊装绳负载和吊钩负载，可指导吊装工艺准确地制定，从而降低双钩协同吊装的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及吊装对象的吊装系统安全性计算领域，尤其是涉及一种双吊钩吊装系统的安全性计算方法和计算装置。
技术介绍
随着重型吊装对象的大型化，吊装对象的吨位越来越大，用单台起重机吊装往往满足不了作业需求，为了保证吊装过程的安全性、平稳性，双机或多机协同作业日益增多。在常见的双机吊装作业中，吊装绳负载变形，吊钩发生转动，均可对吊装系统安全性产生不利影响。目前已存在一些对大型吊装对象吊装的技术专利技术。例如，申请号为CN201410713436.5的专利文献提供了一种起重机吊装动作规划方法，针对现存的高维动作规划方法在起重机吊装动作规划中因所得路径迂回严重、平滑性较差而导致的路径代价大、规划时间长、路径质量差的问题。首先通过定义吊装系统位形对吊装动作规划问题进行建模，然后对起重机的运动进行非完整性运动学分析建立起重机的运动学模型，最后采用一种启发式采样策略，提高决定RRT数生长方向的随机采样点的质量，引导随机树向能够生成较短路径的方向扩展。本专利技术规划出一条从起始位置到就位位置的安全的、可行的、没有碰撞的、高质量的动作序列，使随机树生长具有一定的方向性，有效地缓解了路径迂回，使最终路径更平滑，从而降低路径代价，有效地避免不必要的碰撞，收敛速度快，能较快找到一条相对平滑的从初始点到目标点的路径，大大节省了规划时间。申请号为CN201210358707.0的专利文献提供了一种基于运动学和动力学的双移动式起重机协同吊装仿真方法，在由主起重机、辅助起重机、被吊吊装对象及吊索具构成的双机系统中，采用运动学和动力学建立双机协同吊装的仿真模型，双机系统中的部件运动分为运动学和动力学两部分。将双机系统划分成三部分，被吊装对象、与吊索具作为一部分，称为双机的起升子系统；主起重机为一部分，称为主起重机子系统；辅助起重机为一部分，称为辅助起重机子系统；其中，双机的起升子系统采用动力学建模，而主起重机子系统和辅助起重机子系统采用运动学建模。该专利技术提供的一种基于运动学、动力学的混合双机吊装仿真模型的建立，是通过对吊装系统分别进行运动学建模和动力学建模。由于对起重机模型运用动力学建模时会很复杂，并考虑了起重机结构的惯性矩和各部件之间的作用力和力矩，而实际在仿真过程中是没有必要考虑这些参数，因此会增加建模的难度，采用运动学建模就可避免这种问题，简化建模过程，提高了效率，同时不会对仿真效果产生影响，对于双机起升机构则采用了动力学建模，这样可以仿真出起升绳的摇摆动作，相对运动学建模更准确。再例如，申请号为CN201310152926.8的专利文献提供了一种双台起重机协同作业载荷分配优化方法，计算双台汽车起重机吊装过程中载荷的分配并进行载荷分配优化，制定吊装作业方案，指导实际吊装，进一步降低双机协同吊装风险。该专利技术所采用的技术方案是：一种双台起重机协同作业载荷分配优化方法，该方法为：1)三维场景建模：提供多机型起重机数据，以模型数据文件的形式建立起重机模型库；2)起重机选型：用户根据工况从起重机模型库中选择符合吊装要求的主起重机和辅起重机；3)起重机配置：根据负载能力、起升高度的吊装作业要求配置两台起重机伸缩臂的伸缩比、配重；4)双台起重机协同吊装动作计算：应用逆运动学原理，根据吊装对象的期望运动，即双机起升、双机翻转、双机旋转，确定两台起重机的协同动作序列；5)双台起重机协同吊装参数计算：根据静力学原理计算两台起重机在双机起升、双机翻转、双机旋转时的载荷；6)双台起重机协同吊装载荷分配优化计算：根据双台起重机的参数信息和吊装物的重量进行双台起重机载荷分配优化计算；7)设定吊装目标点，通过键盘操作来实现吊装模拟操作，判断吊装物是否达到所设置的吊装目标点；若是，进入8)；若否，返回4)；8)结束吊装过程。该专利技术分析了影响额定起重量的影响因素，研究了协同作业过程各起重机实时载荷模型，专利技术了一种载荷分配优化的方法。申请号为CN201410201903.6的专利文献提供了一种模拟大型吊装对象吊装过程的方法和装置，基于CAM平台，提出了一种模拟吊装对象吊装的计算机模拟方法，方法包括：在CAM平台上创建三维吊装模型，三维吊装模型中各组件为运动副装配关系；根据预先拟定的吊装方案按实际尺寸计算三维吊装模型中主吊车和溜尾吊车的运动参数及吊装对象重心，并根据运动参数及吊装对象重心在CAM平台上模拟大型吊装对象的吊装过程；获取吊装过程中大型吊装对象的模拟吊装位置，将大型吊装对象的模拟吊装位置与预先拟定的吊装方案中的预设吊装位置进行比较，根据比较结果对大型吊装对象进行吊装。该专利技术通过在CAM平台上创建三维吊装模型，并将创建的三维吊装模型中的各组件进行运动副装配，进而模拟大型吊装对象的吊装过程，从而提高了模拟的精度。申请号为CN201510437238.5的专利文献提供了一种大型吊装对象吊装的吊索具及吊装方法，用于解决大型吊装对象吊装时设置八个吊耳，从而导致八个分支吊索的长度调整耗费时间长、难度大、容易引起吊装对象变形的问题。为解决上述技术问题，该专利技术的技术方案如下：一种大型吊装对象吊装的吊索具，包括设置于吊装对象底座上的若干吊装组件，若干吊装组件依次横跨固定于吊装对象上，吊装组件包括主吊索、横向支撑以及分支吊索，横向支撑通过主吊索悬设于吊装对象上方，若干分支吊索分设于吊装对象底座的两侧，分支吊索的两端分别与吊装对象底座固定连接。该专利技术解决了大型吊装对象吊装时分支吊索的长度调整耗费时间长、难度大、易引起吊装对象变形的问题。但是以上所有的吊装计算、模拟技术均存在以下不足：(1)未考虑吊装系统的弹性变形；(2)未考虑吊装系统在重力作用下发生的转动，尤其是吊钩的转动效应；(3)未涉及吊装系统安全性指标计算，如计算吊装系统的稳定安全距离、干涉检查等。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种双吊钩吊装系统的安全性计算方法，包括以下步骤：有限元建模，建立由吊装对象、吊钩、吊装绳组成的吊装系统的有限元模型，在有限元模型中施加吊装系统的重力载荷；施加位移约束，在有限元模型的吊钩上添加多个弹性杆，每个弹性杆的一端与吊钩相连接，在其另一端上施加三个方向的位移约束，同时在有限元模型的吊装对象上选择或者添加多个附加约束点，在多个附加约束点上分别施加位移约束，弹性杆上和附加约束点上的位移约束共同实现有限元模型的完全约束或者过度约束状态；设定参数值和收敛准则，设定各个位移约束的参数值和收敛准则；初始支反力计算，根据有限元模型和参数值，计算各个位移约束对应的初始支反力；收敛判断，对各个初始支反力进行判断，当各个初始支反力均满足收敛准则时，得到收敛稳定状态的有限元模型；否则对各个位移约束进行迭代计算，直到各个位移约束对应的支反力均满足收敛准则。优选地，参数值包括位移约束的初始位移值初始位移增量可变位移约束个数m和最大迭代次数n，其中，j＝1，…，m，i＝1，…，n；m和n均为正整数。进一步地，迭代计算包括以下步骤：标记当前组，依照对有限元模型的不同自由度的限制，对其中可变的各个位移约束进行分组并根据有限元模型和参数值，计算各个位移约束对应的支反力，找出各个组中的位移约束对应的支反力的绝对值的和最大的一组，将其标记为当前组；标记当前位移约束，在当前组的位移约束中找出对应的支反力的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：有限元建模，建立由吊装对象、吊钩、吊装绳组成的吊装系统的有限元模型，在所述有限元模型中施加所述吊装系统的重力载荷；施加位移约束，在所述有限元模型的所述吊钩上添加多个弹性杆，每个所述弹性杆的一端与所述吊钩相连接，在其另一端上施加三个方向的位移约束，同时在所述有限元模型的所述吊装对象上选择或者添加多个附加约束点，在所述多个附加约束点上分别施加位移约束，所述弹性杆上和所述附加约束点上的所述位移约束共同实现所述有限元模型的完全约束或者过度约束状态；设定参数值和收敛准则，设定各个所述位移约束的参数值和收敛准则；初始支反力计算，根据所述有限元模型和所述参数值，计算各个所述位移约束对应的初始支反力；初始收敛判断，对各个所述初始支反力进行判断，当各个所述初始支反力均满足收敛准则时，得到收敛稳定状态的所述有限元模型；否则对各个所述位移约束进行迭代计算，直到各个位移约束对应的支反力均满足收敛准则。

【技术特征摘要】
1.一种双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：有限元建模，建立由吊装对象、吊钩、吊装绳组成的吊装系统的有限元模型，在所述有限元模型中施加所述吊装系统的重力载荷；施加位移约束，在所述有限元模型的所述吊钩上添加多个弹性杆，每个所述弹性杆的一端与所述吊钩相连接，在其另一端上施加三个方向的位移约束，同时在所述有限元模型的所述吊装对象上选择或者添加多个附加约束点，在所述多个附加约束点上分别施加位移约束，所述弹性杆上和所述附加约束点上的所述位移约束共同实现所述有限元模型的完全约束或者过度约束状态；设定参数值和收敛准则，设定各个所述位移约束的参数值和收敛准则；初始支反力计算，根据所述有限元模型和所述参数值，计算各个所述位移约束对应的初始支反力；初始收敛判断，对各个所述初始支反力进行判断，当各个所述初始支反力均满足收敛准则时，得到收敛稳定状态的所述有限元模型；否则对各个所述位移约束进行迭代计算，直到各个位移约束对应的支反力均满足收敛准则。2.如权利要求1所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述参数值包括所述位移约束的初始位移值初始位移增量可变位移约束个数m和最大迭代次数n，其中，j＝1，…，m，i＝1，…，n；m和n均为正整数。3.如权利要求1所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述迭代计算包括以下步骤：标记当前组，依照对所述有限元模型的不同自由度的限制，对其中可变的各个所述位移约束进行分组并根据所述有限元模型和所述参数值，计算各个所述位移约束对应的支反力，找出各个组中的所述位移约束对应的支反力的绝对值的和最大的一组，将其标记为当前组；标记当前位移约束，在所述当前组的所述位移约束中找出对应的支反力的绝对值最大的所述位移约束，将其标记为当前位移约束；当前支反力计算，根据割线迭代法求解所述当前位移约束的位移值，根据所述当前位移约束的位移值重新计算各个所述位移约束对应的支反力；迭代收敛判断，当重新计算得到的各个所述支反力均满足所述收敛准则时，得到收敛稳定状态的所述有限元模型；否则重复进行当前约束调整计算，直到各个所述位移约束对应的支反力均满足收敛准则。4.如权利要求3所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述当前约束调整计算包括以下步骤：当前组判断，对所述当前组中的所述位移约束进行判断，当所述当前组中的所述位移约束对应的支反力均满足所述收敛准则时，则进行步骤标记当前组～迭代收敛判断；当存在所述当前组中的所述位移约束对应的支反力不满足所述收敛准则时，则进行步骤标记当前约束～迭代收敛判断。5.如权利要求3所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述割线迭代法采用以下公式：uj(2)=uj(1)-Fj(1)×uj(1)-uj(0)Fj(1)-Fj(0)uj(i+2)=uj(i+1)-Fj(i+1)×uj(i+1)-uj(i)Fj(i+1)-Fj(i)uj(1)=uj(0)+Δuj(1)j=1,...,mi=1,...,n]]>其中，为设定的所述当前位移约束的初始位移值，为设定的所述当前位移约束的首次位移增量，m为可变位移约束个数，n为设定的最大迭代次数，为根据所述公式进行第i次迭代求解得到的所述当前位移约束的位移值，为根据进行第i次计算得出的所述当前位移约束的支反力，m和n均为正整数。6.如权利要求1-5中任一所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述收敛准则为：各个所述位移约束对应的支反力的绝对值均小于设定的收敛阈值。7.如权利要求1-5中任一所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，当所述有限元模型达到收敛稳定状态之后，还包括以下步骤中的任意一项或多项：对所述双吊钩吊装系统的稳定安全距离进行计算；对所述双吊钩吊装系统中的一个位置和所述吊装绳进行干涉判断；对所述双吊钩吊装系统的位置姿态进行计算；在所述有限元模型中提取所述吊装绳负载和所述吊钩负载。8.如权利要求7所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述对所述双吊钩吊装系统的稳定安全距离进行计算具体包括：在所述有限元模型中提取所述吊装对象的重心点和吊耳点的坐标；根据所述坐标将所述重心点和所述多个吊耳点投影到同一水平面上，所述多个吊耳点的投影点形成一个多边形，计算所述重心点的投影点到所述多边形各边的最小距离，即为所述双吊钩吊装系统的稳定安全距离。9.如权利要求7所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述对所述双吊钩吊装系统中的一个位置和所述吊装绳进行干涉判断具体包括；根据需要指定所述双吊钩吊装系统中的一个位置，所述一个位置为一个点或者一条线段；在所述有限元模型中提取所述一个点或者所述一条线段的两端点的坐标，并提取一个所述吊装绳的两端点坐标，根据所述吊装绳的两端点坐标得到该吊装绳的两端点连线；根据所述一个点或者所述一条线段的两端点的坐标和所述吊装绳的两端点连线，计算所述一个位置到所述吊装绳的两端点连线的最小距离，根据所述最小距离判断所述一个位置和所述吊装绳的干涉状态。10.如权利要求7所述的双吊钩吊装系统的安全性计算方法，其特征在于，所述对所述双吊钩吊装系统的位置姿态进行计算具体包括：根据需要指定所述吊装对象和所述吊钩上的两个位置点；在所述有限元模型中分别提取所述两个位置点的坐标；基于所述两个位置点的坐标，根据空间几何学原理计算所述双吊钩吊装系统的位置姿态。11.一种双吊钩吊装系统的安全性计算装置，其特征在于，包括以下模块：有限元建模模块，用于建立由吊装对象、吊钩、吊装绳组成的吊装系统的有限元模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文军，李义明，杨东，程章，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31