桥式起重机多段速防摇摆控制方法研究

桥式起重机广泛应用于工业物流与重载搬运领域，其运行中常因加减速冲击或机构配合不当，引发载荷摆动，降低作业效率并带来安全隐患。所以，本文从起重机运行特性出发，结合多段速控制原理与机械协调机制，构建一套系统性防摆控制方案，并围绕关键控制节点展开策略优化研究。

1 桥式起重机运行特性分析

1.1 机构构成与传动简述

桥式起重机主要由桥架、大车运行机构、小车运行机构、起升机构和吊钩组成。大车和小车通过各自的驱动装置在轨道上运动，实现横纵方向的物料搬运。起升部分通过卷筒、钢丝绳与吊钩连接，依靠减速器与电动机驱动完成升降操作。各机构之间的传动通常采用联轴器、齿轮减速机等方式，运行过程中会因惯性耦合作用导致载荷产生不规则晃动，对控制系统响应精度提出更高要求。

1.2 启动、加速、制动对载荷摆动的影响

在起重机启动、加速或制动过程中，载荷因惯性作用易产生前后或左右方向的摆动。当机构突然启动时，吊钩底部的载荷滞后响应，形成一定角度的摆幅；加速阶段若速度变化过快，会导致摆动幅度加剧；制动环节中，若减速时间不足或制动方式突变，则易引发二次摆动。这些因素相互作用，造成吊载在运行路径中偏离理想轨迹，影响搬运精度，甚至威胁作业安全。

1.3 摆动产生的原因与传播机制

吊载摆动的本质是一种受激振荡，源于外力突然作用与系统本身的自由度。通常在桥式起重机运行过程中，起升机构与行走机构协同作业时，由于载荷悬挂于柔性钢丝绳下方，系统呈现典型的摆锤结构。当驱动机构发生速度变化或振动冲击时，动力通过绳索传导至载荷，引发周期性晃动。该晃动若未及时抑制，会因惯性和耦合效应向其他方向传播，形成空间多向摆动。

2 多段速控制基本原理

多段速控制是一种基于速度分级管理的运行策略，广泛应用于桥式起重机中以减缓载荷摆动趋势。该方法通过设定多个运行速度段，在起吊和运输过程中依次切换，使驱动机构避免出现突变冲击，从而降低载荷受力的波动性。

2.1 多段速运行方式分类及切换机制

多段速控制通常分为定级分段控制与变级平滑控制两类。前者在不同工况下设定固定速度值，通过 PLC 或继电器进行跳速切换，结构简单、实现方便；后者则采用变频调速方式，在不同运行阶段设置加速、恒速、减速斜率，速度变化更为平滑。切换机制方面，系统需根据实时工况判断是否进入下一速段，常以时间、位移或负载响应为切换依据，确保载荷状态过渡稳定，避免因切换突变导致二次摆动。

2.2 启动段速、运行段速与减速段速定义

启动段速是起重机运行初期所设定的低速值， 主要目的是减少初始加速度对吊载的冲击，控制摆动源头。运行段速则为设备进入稳定运行状态 范围 用于实现作业效率与运输速度的平衡。减速段速指的是在设备即将停止前，为平稳过渡 ，能有效降低制动时的反向惯性冲击。三者合理配合，有助于构建完整的速度控制曲线，是多段速防摆控制的核心构成部分。

2.3 各段速对载荷姿态变化的影响

不同速度段对吊载姿态的影响具有明显差异。启动段速通过缓慢提升速度，使吊载在起始阶段保持较小的振幅，有利于控制初始偏摆；运行 避免速度波动引发载荷共振，从而稳定吊载的中间姿态；减速段速的设定则直接关系到吊 性响应，若减速过快，将导致前冲摆动。合理设置各段速参数，并结合控制节奏调节，有助于在运行全过程中保持吊载姿态的稳定性。

3 防摇摆控制策略设计

3.1 机械控制环节的速度曲线优化

为了有效减少运行过程中因速度变化带来的载荷晃动，需对起重机各机构的速度曲线进行合理优化。传统的直线加速方式往往造成速度突变，激发载荷摆动，因此控制系统应采用抛物线、S 形或余弦函数型速度曲线，逐步提升或降低速度，控制加速度变化率。曲线优化不仅可平滑机构运行响应，还能显著降低结构冲击力，延长机械部件寿命，是实现稳定运行与防摆控制的重要手段。

3.2 启停过程中的加减速调节

起重机在启停阶段是载荷摆动最容易发生的时机，因此必须在控制程序中引入严格的加减速斜率调节策略。通过设定合理的起动缓升和制动缓降曲线，使电机输出力矩平稳变化，减少突然加速或急停引起的惯性冲击。控制系统还需根据运行轨迹长度与当前载荷质量动态调整加减速参数，确保在不同工况下启停动作柔和、姿态可控，从源头上降低载荷偏摆的激发概率。

3.3 针对不同载荷质量的速度调控逻辑

桥式起重机在不同工况下吊运的物体质量差异较大，若采用统一的速度控制策略，容易出现偏摆控制失效。因此，系统应内置针对载荷质量变化的速度调控逻辑，通过称重反馈或人工设定载荷等级，自动匹配相应的启停速率与运行速度。例如在轻载工况下可适当提高速度以提升效率，而在重载工况下应降低速度段切换频率，增强稳态运行能力，实现“负载自适应”的精准防摆控制。

4 控制系统协调性研究

4.1 大车、小车与吊钩的运动协调关系

大车、小车与吊钩在桥式起重机的运行中承担着纵向、横向和垂向的联合运输任务，其运动协调性直接关系到整机运行的稳定性。若三者间启动时间不统 或加速度差异过大，会导致载荷路径出现偏移，引发横向或斜向摆动。因此，控制系统应根据任务调度指令，提前规划三机构的启动顺序与速度匹配关系，实现同步加速、协同制动，确保载荷保持在理想运行轨迹内，减少偏移和晃动风险。

4.2 各执行机构间速度配合的动态影响

不同机构之间在实际运行中需根据空间位置和运行阶段进行速度配合，以防止因局部过快或滞后引发惯性差异。尤其在大车与小车组合运行过程中 度比应根据载荷悬挂长度 及运行方向自动调整，防止交叉加速度叠加。系统通过闭环控制机制实时采集各电机状态，并进行同步调节，确保机构间动力传递平衡，提升整机动态稳定性，为防摆控制提供运行基础。

4.3 协同控制对减少载荷偏摆的作用

协同控制是实现起重机防摆效果的关键手段之 。通过协调大车、小车与起升机构的速度、加速度及运行时序，可以有效分散惯性应力，减少系统内部 收厉 同时，协同控制策略可在发现摆动趋势时自动调整某一机构的运行参数，对载荷进行方向 摆幅扩展。实践表明，相较于独立控制系统，具备协调补偿机制的控制系统在复杂工况下更能保持载荷姿态稳定，提高作业安全性与操作精度。

5 结束语

本文从桥式起重机的运行结构与控制特点出发，系统分析了摆动产生的本质及其传播机理，提出多段速分级调控与机构协同控制策略。通过优化加减速过程、调整速度匹配逻辑及加强执行机构配合，有效抑制载荷偏摆趋势。研究成果为实际工程应用中的高精度、低摆幅作业提供了理论支持与技术基础，具有良好的推广价值。

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