研究人员将尖端重力研究与建筑起重机的安全操作联系起来

建筑起重机

一开始,斯蒂芬·施拉明格想做的只是写下一个方程,帮助他获得 G 的更精确值,G 是决定大质量物体之间吸引力强度的引力常数。为了测量这种吸引力,美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的物理学家施拉明格和他的同事一起研究了所谓的扭转摆的运动——在这种情况下,一组质量被一根细线悬挂周期性地扭曲和解开,而不是周期性地来回摆动。

Schlamminger 推导出的方程式为如何最小化或快速抑制导线来回扭曲的量提供了指导。如果数量较少,则更容易定位和测量导线的位置,从而可以更准确地测量 G. Schlamminger 急于立即公布结果。但随后他开始思考:这一发现只会让少数人感兴趣,即那些使用扭摆法测量 G 的人。

该等式可以应用于其他设备吗?

事实证明,他不必跑很远就能找到联系。

在 2 月 17 日在线发表在《美国物理学杂志》上的一篇文章中,他和他的同事描述了他们的 G 方程与建筑工地起重机操作员安全快速运输重物所需的操作之间的惊人联系。

当然,Schlamminger 最初并没有考虑建筑起重机。但他记得大约 15 年前他还是一名博士后时的一次谈话,当时他正在西雅图华盛顿大学从事一个类似的测量 G 的项目。施拉明格的顾问问他是否知道起重机操作员的诡计。

操作起重机不适合胆小的人。将一千磅重的钢块摆动得太快或太远,都会有人被杀死。但只需两次精心编排的操作,熟练的起重机操作员就可以拿起重物并将其完全停止,而不会发生任何危险的摆动,准确地到达正确的目的地。此外,起重机的电缆和负载可以建模为垂直摆,它以类似于扭转摆扭转和解开的方式来回移动。钟摆完成这一运动一个周期所用的时间称为周期。

应用他为扭转摆推导出的方程式,Schlamminger 发现他可以预测起重机操作员需要应用到小车上的速度变化的强度和时间,小车是一种沿轨道水平移动负载的轮式机构。

如果起重机操作员运输静止的负载并将其移动相对较短的距离,则方程式建议将负载停在正确的位置:操作员应首先施加与起重机小车运动相反的速度,然后准确施加正好在一个钟摆周期之后,在相反方向上的相同速度。

如果操作员最初必须在静止时拿起负载并将其移动相对较大的距离(数十米),则该等式提供了不同的指导来解释起重机在这种情况下的较大摆动运动:操作员最初应施加加速的力起重机小车从静止到一定速度,然后在半个周期后应用小车速度的第二次变化,使该速度加倍。

如果负载有自己的一些初始摆动运动,独立于起重机,事情会变得更加复杂。在这种情况下,操作员施加力以控制负载的两次时间不再恰好相隔半个周期或一个周期,但该等式仍然提供了适当的动作时间。

NIST 工程师 Nicholas Dagalakis 说:“我相信训练有素的操作员可以执行这些操作,”以更安全地运输建筑负载,他开发了数学模型并优化了 NIST 的 RoboCrane 的设计。Dagalakis 不是这项新研究的合著者。

Schlamminger 说,尽管经验丰富的起重机操作员本能地知道 NIST 研究人员开发的策略,并且小车的计算机控制包含了这些运动,但这似乎是起重机操作第一次被数学形式描述。

“这确实是一个丰富的应用程序,值得与世界分享,”他补充道。

他和他的合作者,包括 NIST 的 Newell、Leon Chao 和 Vincent Lee,以及英国伯明翰大学的 Clive Speake,对这项工作将获得更广泛的受众感到满意,终于准备好出版了。

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