CN101318538A - 一种用于船体分段定位的液压控制系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于船体分段定位的液压控制系统及装置，采用三个相互正交布置的液压缸，其中一个带有位移传感器的液压缸活塞杆作升降运动，另外两个液压缸在水平面上推拉该液压缸做前后左右运动。活塞杆作升降运动的液压缸在水平面上的运动位移由位移传感器进行监控记录，记录数据被输入到PCL控制电路中，从而进一步控制另外两个液压缸的伸缩量总能保证活塞杆做升降运动的液压缸在水平面内作平移运动。本发明系统及装置能对放置在活塞杆做升降运动的液压缸上的物体做上下、前后、左右的精确位置调控。通过三个或多个这种装置的自由组合可以对船体分段进行高精度定位，提高船体分段合拢速度。

Description

一种用于船体分段定位的液压控制系统及装置

技术领域

本发明涉及一种液压控制系统，具体地说涉及一种用于船体分段定位的液压控制系统及装置。

背景技术

船体分段的合拢，是船壳整体装配工艺阶段重要的工作内容，而分段定位又是分段合拢工作的重要环节，定位的精准和快慢直接关系到船体建造质量的好坏，船舶建造周期的长短，因而提高船体分段定位的精度和速度对于船舶建造有着重要的意义。

目前，这一工作主要在船坞台区完成。以在船台上的分段定位为例，首先在定位前需要一些准备工作，一是在被吊运的底部分段前后端各装两只松紧螺丝，并将螺丝的另一端系在船台上的拉桩上；二是在墩木群中选择合适的墩木上放置油顶。接着，松紧螺丝在起重机的配合下对分段进行前后左右调节，确定分段长度和宽度方向上的位置，使分段定位肋骨线对准船台上相应的肋位线，分段中心线对准船台槽钢中心线。而后，用油顶顶高或缩短来调节分段基线高度和左右水平度。这些调整工作互有影响，因此需反复多次，直到各个方向都符合要求为止。

采用松紧螺丝和油顶进行分段定位有两大缺点：一是起重机必须吊住分段并使其保持悬空，松紧螺丝才能进行对分段进行调节，这样会降低起重机的有效运作时间。二是无论是松紧螺丝还是油顶，都依靠手工操作，劳动强度大，定位精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以提高船体分段定位的自动化程度，使得分段定位精度和定位速度得到控制的用于船体分段定位的液压控制系统及装置，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种用于船体分段定位的液压控制系统，其特征在于，包括恒压油源泵站、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一比例流量阀、第二比例流量阀、第一电液换向阀、第二电液换向阀、三位四通电磁阀和分流阀；

所述第一液压缸的活塞杆作升降运动，设有一个位移传感器；第一液压缸的无杆腔油口连接第一液控单向阀的B油口，有杆腔油口连接第二液控单向阀的B油口；第一液控单向阀的A油口连接到三位四通电磁阀的A油口，第二液控单向阀的A油口连接到三位四通电磁阀的B油口；三位四通电磁阀的P油口连接到分流阀的B油口，三位四通电磁阀的T油口连接到恒压油源泵站的B油口；

第二液压缸的无杆腔油口连接到第一电液换向阀的A油口，有杆腔油口连接到第一电液换向阀的B油口，第一电液换向阀的P油口连接到第一比例流量阀的B油口，第一电液换向阀的T油口连接到恒压油源泵站的B油口；第一比例流量阀的A油口连接到分流阀的C油口；

第三液压缸的无杆腔油口连接到第二电液换向阀的A油口，有杆腔油口连接到第二电液换向阀的B油口，第二电液换向阀的P油口连接到第二比例流量阀的B油口，第二电液换向阀的T油口连接到恒压油源泵站的B油口；第二比例流量阀的A油口连接到分流阀的D油口。

使用时将第一比例流量阀和第二比例流量阀的输入端与PCL控制电路相连。并将位移传感器的输出端与PLC控制电路的输入端相连，用于记录第一液压缸在水平面内的位置，位置信息作为PCL控制电路的输入数据。

本发明同时公布了采用上述液压系统的液压装置：

其除包括上述液压系统外，还包括操作平台和PLC控制电路，所述液压控制系统与PLC控制电路相连；

所述第一、第二、第三液压缸呈正交布置，设置在操作平台上；所述第二液压缸和第三液压缸活塞杆一端铰接在第一液压缸的缸套上，另一端铰接操作平台上；所述第一液压缸的缸套末端放置在操作平台上，所述第一液压缸上的位移传感器与PLC控制电路相连；

所述第一液压缸的活塞杆垂直于操作平台做升降运动，第二和第三液压缸在水平面上推拉第一液压缸做前后、左右运动。

由以上公开的技术方案可知，本发明通过将三个液压缸相互正交布置，其中第一液压缸的活塞杆作升降运动，另外两个液压缸在水平面上推拉该液压缸做前后左右运动。第一液压缸在水平面上位置由位移传感器监控记录，记录数据被输入到PCL控制电路中。根据预先设定好的控制算法进行运算，得到的结果再经过调定处理，并将其发送给第二、第三液压缸所在液压回路中，使这两个液压缸的伸缩量总能保证第一液压缸在水平面内作平移运动。本发明装置能对放置在第一液压缸上的物体做上下、前后、左右的精确位置调控。通过三个或多个这种装置的自由组合可以对船体分段进行高精度定位，提高船体分段合拢速度。

本发明将松紧螺丝的前后左右调节功能和油顶的升降调节功能集成到了一起，同时又节省了对起重机占用的时间，从而提高了造船关键设备的利用率，提高了生产效率。

实现了分段定位的自动化功能，定位精度和定位速度有了很明显的提高，同时又大大地减轻了劳动强度。

整个系统结构紧凑、集成度高、运行平稳，它的锁紧回路、缓冲回路设计能排除不可预见外力的颠覆干扰，确保定位精度和作业安全。

附图说明

图1为本发明液压系统原理图；

图2为PCL控制算法的主要原理图；

图3为本发明液压装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

如图1所示，本发明用于船体分段定位的液压控制系统，包括恒压油源泵站B1、第一液压缸Y1、第二液压缸Y2、第三液压缸Y3、第一液控单向阀F3、第二液控单向阀F4、第一比例流量阀F5、第二比例流量阀F7、第一电液换向阀F6、第二电液换向阀F8、三位四通电磁阀F2和分流阀F1；

所述第一液压缸Y1的活塞杆作升降运动，设有一个位移传感器；第一液压缸Y1的无杆腔油口连接第一液控单向阀F3的B油口，有杆腔油口连接第二液控单向阀F4的B油口；第一液控单向阀F3的A油口连接到三位四通电磁阀F2的A油口，第二液控单向阀F4的A油口连接到三位四通电磁阀F2的B油口；三位四通电磁阀F2的P油口连接到分流阀F1的B油口，三位四通电磁阀F2的T油口连接到恒压油源泵站B1的B油口；从而形成了第一液压缸Y1活塞杆在行程范围内任意位置都能保持稳定的紧锁回路。

还包括蓄能器(X1)和压力计(J1)，所述蓄能器(X1)和压力计(J1)连接在第一液压缸(Y1)的无杆腔一端，与连接入液压缸(Y1)无杆腔一端的第一单向阀(F3)形成并联回路。用于显示第一液压缸Y1的油压，对负载启到安全警示作用，由于应用了蓄能器X1，第一液压缸Y1所在的紧锁回路同时又是一个缓冲回路，可以减小由于三位四通电磁阀F2进行换向操作引起的油液对管路和元件的冲击作用。

第二液压缸Y2的无杆腔油口连接到第一电液换向阀F6的A油口，有杆腔油口连接到第一电液换向阀F6的B油口，第一电液换向阀F6的P油口连接到第一比例流量阀F5的B油口，第一电液换向阀F6的T油口连接到恒压油源泵站B1的B油口；第一比例流量阀F5的A油口连接到分流阀F1的C油口；这样连接的回路是一个无级调速回路，它支持第二液压缸Y2作停止、换向、变速伸缩运动。当第一电液换向阀F6处于中能位时，该回路又具有较好的紧锁性能。

第三液压缸Y3的无杆腔油口连接到第二电液换向阀F8的A油口，有杆腔油口连接到第二电液换向阀F8的B油口，第二电液换向阀F8的P油口连接到第二比例流量阀F7的B油口，第二电液换向阀F8的T油口连接到恒压油源泵站B1的B油口；第二比例流量阀F7的A油口连接到分流阀F1的D油口。其原理同第二液压缸Y2，整个回路是一个无级调速回路，支持第三液压缸Y3作停止、换向、变速伸缩运动，当第二电液换向阀F8处于中能位时，该回路又具有较好的紧锁性能。

所述第一电液换向阀F6和第二电液换向阀F8均为三位四通电液换向阀。

本发明PCL控制电路的控制算法的主要原理可由图2说明。

对照图3装置示意图，所述第一、第二、第三液压缸呈正交布置，设置在操作平台1上；所述第二液压缸Y2和第三液压缸Y3活塞杆一端铰接在第一液压缸Y1的缸套2上，另一端铰接操作平台1上；所述第一液压缸Y1的缸套末端放置在操作平台1上，所述第一液压缸Y1上的位移传感器与PLC控制电路相连；

所述操作平台1上设有固定支撑挡板3，所述第二液压缸Y2和第三液压缸Y3的缸套端铰接在支撑挡板3上。

所述第一液压缸Y1的活塞杆垂直于操作平台1做升降运动，第二和第三液压缸Y2、Y3在水平面上推拉第一液压缸Y1做前后、左右运动。第二液压缸Y2与第三液压缸Y3的型号规格完全相同。

从平面机构的角度来看，三个液压缸之间的运动机构关系可以看作是由四个回转副和两个移动副的三个连杆机构(不考虑第一液压缸Y1的活塞杆的升降运动)，如图2A所示，四个圈代表四个回转副；两条初始长度标示为L的直线代表带两个移动副的连杆，即第二液压缸Y2和第三液压缸Y3；定长为C的直线代表第一液压缸Y1(缸套)。由于第二、第三液压缸Y2和Y3铰接在固定的支撑挡板3上，故可将这两个回转副的位置视为固定，不随第二、第三液压缸Y2和Y3的伸缩而改变。又因为第一液压缸Y1在水平面内做平移运动，故可以将其被作一个质点，这样图2A可以进一步减化为图2B。设第二、第三液压缸Y2和Y3初始长度均为L且交点为O，建立平面直角坐标系于该交点O，当第一液压缸Y1在第二、第三液压缸Y2和Y3伸缩范围内的任意一点(x₁，y₁)平移到另一点(x₂，y₂)时，如图2C所示，通过几何关系可得：

第二液压缸Y2的伸长量 $\mathrm{Lx}=\sqrt{{(l+x_2)}^2+{y_2}^2}-\sqrt{{(l+x_1)}^2+{y_1}^2}$

第三液压缸Y3的伸长量 $\mathrm{Ly}=\sqrt{{(l+y_2)}^2+{x_2}^2}-\sqrt{{(l+y_1)}^2+{x_1}^2}$

为不失一般性，可以定义为：

$\mathrm{Lx}=\sqrt{{(l+x)}^2+y^2}-\sqrt{{(l+x_0)}^2+{y_0}^2}$

$\mathrm{Ly}=\sqrt{{(l+y)}^2+x^2}-\sqrt{{(l+y_0)}^2+{x_0}^2}$

其中，(x₀，y₀)为液压缸Y1在平面内的初始位置；

变量x为液压缸Y1在X轴方向上平移的距离；

变量y为液压缸Y1在Y轴方向上平移的距离；

这些位置距离信息可以由第一液压缸Y1上的位移传感器测量记录。这样就建立了液压缸Y1平移距离与液压缸Y2、Y3伸缩量之间的函数关系。

本发明的具体工作方式如下：

物体(或负载)放置在第一液压缸Y1上。通过用于控制第一液压缸Y1的电气开关的闭合，向三位四通电磁阀F2发出相应的电流信号，变换管路中的油液流动方向，进而控制第一液压缸Y1的活塞杆作上升、停止、下降运动，调整物体的在高度方向上的位置。

通过用于控制第二液压缸Y2的电气开关的闭合，向第一三位四通电液阀F6发出相应的电流信号，变换管路中的油液流动方向，进而控制第三液压缸Y3的活塞杆作伸长、停止、缩短运动。与此同时，整个系统配合PCL控制电路对第二液压缸Y2和第三Y3的伸缩快慢的进行自动控制，以解决这两个缸的运动耦合矛盾，保证第一液压缸Y1作平移运动。由于PLC控制电路的输入来自于位移传感器对第一液压缸Y1的位置监控记录，它的输出则被传递给比例流量阀F5、F7和电液控制阀F6、F8。从而能使物体沿着直线在水平面内朝着一个方向运动。

通过用于控制液压缸Y3的电气开关的闭合，对液压缸Y3进行操作的情形与液压缸Y2的相同。

通过三个或多个这种装置的自由组合可以实现对船体分段的六自由度的调节。具体操作时需要将分段强结构处放置在装置的作升降运动的活塞杆端面上，当起重机把分段放置到这些装置上后，就可离开进行其他工作，定位工作全都由这些装置联合完成。

Claims (6)

1.一种用于船体分段定位的液压控制系统，其特征在于，包括恒压油源泵站(B1)、第一液压缸(Y1)、第二液压缸(Y2)、第三液压缸(Y3)、第一液控单向阀(F3)、第二液控单向阀(F4)、第一比例流量阀(F5)、第二比例流量阀(F7)、第一电液换向阀(F6)、第二电液换向阀(F8)、三位四通电磁阀(F2)和分流阀(F1)；

所述第一液压缸(Y1)的活塞杆作升降运动，设有一个位移传感器；第一液压缸(Y1)的无杆腔油口连接第一液控单向阀(F3)的B油口，有杆腔油口连接第二液控单向阀(F4)的B油口；第一液控单向阀(F3)的A油口连接到三位四通电磁阀(F2)的A油口，第二液控单向阀(F4)的A油口连接到三位四通电磁阀(F2)的B油口；三位四通电磁阀(F2)的P油口连接到分流阀(F1)的B油口，三位四通电磁阀(F2)的T油口连接到恒压油源泵站(B1)的B油口；

第二液压缸(Y2)的无杆腔油口连接到第一电液换向阀(F6)的A油口，有杆腔油口连接到第一电液换向阀(F6)的B油口，第一电液换向阀(F6)的P油口连接到第一比例流量阀(F5)的B油口，第一电液换向阀(F6)的T油口连接到恒压油源泵站(B1)的B油口；第一比例流量阀(F5)的A油口连接到分流阀(F1)的C油口；

第三液压缸(Y3)的无杆腔油口连接到第二电液换向阀(F8)的A油口，有杆腔油口连接到第二电液换向阀(F8)的B油口，第二电液换向阀(F8)的P油口连接到第二比例流量阀(F7)的B油口，第二电液换向阀(F8)的T油口连接到恒压油源泵站(B1)的B油口；

第二比例流量阀(F7)的A油口连接到分流阀(F1)的D油口。

2.根据权利要求1所述的用于船体分段定位的液压控制系统，其特征在于，还包括蓄能器(X1)和压力计(J1)，所述蓄能器(X1)和压力计(J1)连接在第一液压缸(Y1)的无杆腔一端，与连接入液压缸(Y1)无杆腔一端的第一单向阀(F3)形成并联回路。

3.根据权利要求1所述的用于船体分段定位的液压控制系统，其特征在于：所述三位四通电磁阀(F2)的中能位为H型。

4.一种采用如权利要求1至3任一项液压控制系统的液压装置，其特征在于：还包括操作平台(1)和PLC控制电路，所述液压控制系统与PLC控制电路相连；

所述第一、第二、第三液压缸(Y1、Y2、Y3)呈正交布置，设置在操作平台(1)上；所述第二液压缸(Y2)和第三液压缸(Y3)活塞杆一端铰接在第一液压缸(Y1)的缸套(2)上，另一端铰接操作平台(1)上；所述第一液压缸(Y1)的缸套末端放置在操作平台(1)上，所述第一液压缸(Y1)上的位移传感器与PLC控制电路相连；

所述第一液压缸(Y1)的活塞杆垂直于操作平台(1)做升降运动，第二和第三液压缸(Y2、Y3)在水平面上推拉第一液压缸(Y1)做前后、左右运动。

5.根据权利要求4所述的液压装置，其特征在于：所述操作平台(1)上设有固定支撑挡板(3)，所述第二液压缸(Y2)和第三液压缸(Y3)的缸套端铰接在支撑挡板(3)上。

6.根据权利要求4所述的液压装置，其特征在于：所述第二液压缸(Y2)和第三液压缸(Y3)型号规格相同。

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