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龙门式起重机在载荷下的梁变形建模
摘要
龙门起重机从集装箱船卸载集装箱。为了确保安全和操作，应分析其主梁在负载下的偏转。该偏转取决于装载的容器的重量以及移动容器的手推车的位置。对于这项研究，建立了一个双变量多项式模型来估计基于这两个输入的偏转。为了确定偏转的形状（取决于台车位置）以及其大小（取决于容器重量），开发了这种依赖于二维负载的模型。监测具体的龙门起重机有几个传感器，其中五个是倾斜仪传感器，用于观察起重机主梁的倾斜度，另外两个是观察台车位置和绝对偏转的气压计。通过从18个加载操作中收集数据，估计偏转模型的参数。基于该数据，负载下的挠度根据容器重量和滑车位置而被处理。与独立加载操作相比，整个模型的验证显示±4mm±4mm内的偏差。对于所使用的测量，该质量是可接受的。
绪论和背景
门架起重机由于在货物装载中的永久使用而受到老化过程的影响。为确保安全性和持续运行，应在周期性地监测装载过程中主梁偏转。在当前的研究中，开发了一种数学模型，其根据两个输入来估计梁的每个纵向位置处的梁偏转：承载负载的小车的纵向位置和负载的重量。
在此，在门式起重机的纵向方向以及大小的偏转的形状是令人感兴趣的。这些目标变量应以几毫米的精度确定。
在这次调查中，龙门式起重机的长度为134米（见图1），主梁由两个（支撑）梁支撑。这种结构类型被称为简单的支撑梁。突出端是不对称的，一侧等于20米，相对侧等于40米。主梁不是封闭的主体，而是由通过几个横截面连接的三个单梁构成。主梁顶部的横梁也不对称安装。不对称建筑类型与龙门起重机的功能有关：用集装箱船的小车装卸集装箱。货物从较长的悬垂的船上装载，移动到桥中间，并放在卡车上。此外，支撑梁安装在轨道上，使整个龙门起重机水平移动并垂直于其纵向轴线。
龙门起重机从侧面看;黑色=主要调查梁;深灰色=支撑起重机的两个垂直支撑梁;浅灰色=不同的横梁稳定结构;黑色悬挂图像=小车
基于该背景，即使加载的小车位于两个支撑梁的中间，主梁的偏转也不会对称。相反，预期全波束的偏转是不对称的，因此对手推车的位置非常敏感。当建立模型以估计偏差时，必须考虑这一点。
关于龙门起重机或其他桥梁的梁偏转分析在文献中是广泛的。相应的研究可以分为那些专注于传感器和处理技术的研究，以高精度，精确和空间分辨率测量和分析偏转。第二组研究将涵盖建立新模型或实施现有模型以数学和物理描述桥梁的偏转。
在第一组研究中，一些有希望的方法是例如数字图像相关（Yoneyama等人，2007）或采样莫尔方法（Ri等人2012）。此外，提出了光栅涡流传感器（Lü等人2012）或范围相机（Lichti等人，2012）。他们声称获得比全站测量，拨号计或激光位移计更好的结果。不考虑这些研究，使用激光扫描仪测量光束偏转也是数字摄影测量或其他技术的常见替代方案（Gordon和Lichti2007）。在几项研究（Rönnholmetal。2009;LeeandPark2011）中显示了在准确性和空间分辨率方面所产生的益处。而其他研究则根据风，交通或温度等多种投入，安装多传感器系统来监测整个桥梁（Wegneretal。2006;Bogusz等，2012）。这里，例如，使用全球定位系统（GPS），加速度计和倾斜仪。
在第二组中，有限元模型通常被认为是对桥梁进行建模（Gerdemeli等人，2010;Pinca等人，2009）。因此，可以分析桥梁结构的强度（Pinca等，2010）。这种强度随着时间和使用而下降，因为在RC梁的长期行为分析中可以看出（Seidel2009）。此外，龙门起重机的安全性通过灵敏度分析（Castillo等人，2003）进行了分析，以优化其设计（Castilloetal。2008）。组装的模型主要基于描述例如桥的应力的物理参数。因此，包括例如材料参数，桥梁的重量及其详细结构的物理行为必须是已知的。
关于第一组的研究结合于对在桥上的一个特定位置起作用的特定载荷（及其对应的重量）的梁偏转进行分析的事实。当桥上的负载移动或者改变其重量时，测量或分析新的偏转曲线。具体来说，没有建立数学模型来将负载的重量及其在桥上的位置连接到偏转曲线。这可以用第二组的有限元模型来完成。然而，这些模型通常受到物理材料参数的整合和由于它们的估计导致的不确定性的困扰。因此，根据起重机物理结构的了解，两组都不允许根据几何测量分析取决于载荷的挠度及其位置。
模型合并所需的要求是多方面的。一般来说，工程测地学中的多维，即空间变形分析基于将某些模型近似为空间观测。之后，可以分析关于另一个时期或参考的偏差。通常，这些模型是几何图元，如抛物面（Holst等人，2012），如果几何是已知的。否则，如果不知道几何，例如，双变量多项式（Holst等人，2013），经常使用诸如样条和非均匀有理bb样条（NURBS）的自由曲面