CN104326062B - 一种水上码头 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种水上码头，包括甲板、设置在甲板上部的控制器和设置在甲板下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，其特征在于，所述静态浮箱由左上静态浮箱、左下静态浮箱、右上静态浮箱和右下静态浮箱组成，所述锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，所述动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱、左下动态浮箱、右上动态浮箱和右下动态浮箱组成，每个所述的动态浮箱均设有对应的驱动机构，所述控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，所述水上码头的所有动作均由控制器控制。本发明具有安全可靠、动态平稳性好、动态平衡的自动控制、承载能力和抗风浪冲击能力强的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及码头的技术领域，更具体的说涉及一种具有良好平衡性能和抗风浪性能的水上码头结构。
背景技术
水上码头，是设置在湖中、江河边或者海边的供游客上下和货物装卸的人造建筑物。很多水上码头结构的定位或者固定都是通过刚性机构来实现的，在大风浪冲击下，刚性机构容易折断，存在抗风浪能力弱的问题。同时，一般水上码头的承载重量主体都只有浮箱，承载重量主体的结构单一，存在承载能力弱的问题。而且，现有技术中的水上码头结构没有有效解决码头的动态平衡问题。例如中国专利公开号CN1477268A，公开日2004年02月25日，发明创造的名称为一种漂浮、可移动和升降的组合码头，该专利案公开了一种漂浮、可移动和升降的人造码头结构，通过固定柱、浮箱、连接环、注水口和脚踏板的结合创新，该组合码头具有耐腐蚀、可移动和升降的特点，但是该专利只有浮箱作为承载重量的本体，存在承载能力低的问题，通过浮箱和固定柱实现该组合码头的抗浪能力，存在抗风浪能力弱的问题，同时该组合码头没有有效解决动态平衡问题。又如中国专利公开号CN101481002A，公开日2009年07月15日，发明创造的名称为浮动靠泊装卸系统，该专利案公开了一种浮动靠泊装卸的系统结构，通过浮动靠船墩、下部浮箱、流体动力阻尼装置、锚泊设备和固定平台的结合创新，该浮动靠泊装卸系统具有良好的安全性、稳定性和可靠性的优点，但是该专利只有浮箱作为承载重量的本体，存在承载能力低的问题，通过浮箱和固定柱实现该组合码头的抗风浪能力，在大风浪冲击下，固定柱易折断，存在抗风浪能力弱的问题，通过流体动力阻尼装置实现系统的动平衡，存在成本高的问题。再如中国专利申请公布号CN103215915A，申请公布日2013年07月24日，发明创造的名称为立柱与浮桥调节机构及应用有该调节机构的浮动码头，该专利案公开了一种立柱与浮桥调节结构，通过立柱、浮桥、定位圈、缓冲轮、定位凹槽和缓冲片的结合创新，在潮涨潮落时，该调节结构有效避免了对立柱的硬冲击和硬摩擦，实现浮动码头几乎与水平面处于水平的状态，但是该专利的立柱和定位凹槽都容易寄生水中生物，在潮涨潮落时，浮动码头不能沿着立柱的定位凹槽上下浮动，存在安全隐患。本发明通过甲板、控制器、静态浮箱、锚链以及动态平衡装置及其连接结构的结构创新，提供一种安全可靠、动态平稳性好、动态平衡的自动控制、承载能力和抗风浪冲击能力强的水上码头。
发明内容
本发明解决现有技术中一般码头结构没有有效解决承载能力低、抗风浪能力弱和动态平衡效果差的技术问题，提供一种水上码头，通过控制器、静态浮箱、锚链和动态平衡装置及其连接结构的结构创新，实现该水上码头具有安全可靠、动态平稳性好、动态平衡的自动控制、承载能力和抗风浪冲击能力强的特点。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采取下述技术方案：一种水上码头，包括甲板、设置在甲板上部的控制器和设置在甲板下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，其特征在于，所述静态浮箱由左上静态浮箱、左下静态浮箱、右上静态浮箱和右下静态浮箱组成，所述锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，所述动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱、左下动态浮箱、右上动态浮箱和右下动态浮箱组成，每个所述的动态浮箱均设有对应的驱动机构，所述控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，所述水上码头的所有动作均由控制器控制。
先在需要设置水上码头的湖泊、江河边或者海边等区域内测定最大风浪的高度，并逐一调节各个柔性船锚的最大伸缩量与最大风浪的高度一致，然后设定甲板横向中线为x轴方向，甲板的纵向中线为y轴方向，左上静态浮箱和左上动态浮箱在（-x，+y）区域内，左下静态浮箱和左下动态浮箱在（-x，-y）区域内，右上静态浮箱和右上动态浮箱在（+x，+y）区域内，右下静态浮箱和右下动态浮箱在（+x，-y）区域内。
在使用时，水上码头因上下游客、装卸货物或者受风浪冲击而发生侧倾，位于水上码头翘起一侧的柔性船锚发生弹性变形，产生弹性力，对该位置的水上码头具有向下的拉力，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾，保证水上码头的平稳和安全；与此同时，控制器上的倾角测定装置开始动作，产生模拟信号，传输至数字信号处理模块中，经数字信号处理模块处理后的信号反馈至控制器中，确定水上码头的向下侧倾区域和侧倾角度值，控制器发出指令，下倾区域内的驱动机构工作，带动对应的动态浮箱滑动，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾，实现水上码头的动态平稳和安全；在侧倾角度值过大时，控制器对驱动机构发出指令的同时，也给该区域内的静态浮箱发出指令，使该区域内的静态浮箱向外排水，进一步提高水上码头的动态平稳性能和动态安全性能。本发明通过柔性船锚组成的锚链以及动态浮箱系统相结合，实现水上码头的动态平稳和抗风浪冲击；通过静态浮箱系统和动态浮箱系统相结合，实现水上码头的高承载能力；通过控制器、倾角测定装置以及数字信号处理模块相结合，实现水上码头的动态平稳调节和抗风浪冲击调节的自动控制。
作为优选，所述左上静态浮箱与左下静态浮箱之间、右上静态浮箱与右下静态浮箱之间均设有休息室，休息室设有可升降的下箱体。可升降的下箱体，增加休息室的空间和水上码头的整体浮力，提高其承载能力。在紧急情况下，下箱体向下伸出，抬高水上码头离水平面的高度，提高水上码头的抗浪涌能力。
作为优选，每个所述的静态浮箱外侧均设有充气气囊。充气气囊，增加水上码头的整体浮力，提高其承载能力。在紧急情况下，充气气囊膨胀，抬高水上码头离水平面的高度，提高水上码头的抗浪涌能力，同时也减少水上码头与其他水上物件发生刚性碰撞，实现该水上码头的使用寿命长和安全性能好。
作为优选，每个所述的柔性船锚均由长度调节装置、弹性锚绳和锚头组成，所述长度调节装置与弹性锚绳联动，弹性锚绳的最大伸长量与对应区域的最大浪高相同。
作为优选，所述倾角测定装置由摆线和摆球组成，所述摆线上设有角度测定模块，角度测定模块用于测定摆线与垂直方向的角度值，所述摆球内设有与甲板平面相对应的二维传感器，所述角度测定模块、二维传感器均与数字信号处理模块相连。
作为优选，所述倾角测定装置由摆线和摆球组成，所述摆球内设有与数字信号处理模块相连的三坐标测量仪，所述数字信号处理模块输出摆线与垂直方向的角度值、摆球的二维坐标值。
作为优选，所述数字信号处理模块输出的角度值信号分为与动态浮箱相对应的低档范围、与充气气囊相对应的中档范围、与静态浮箱相对应的高档范围和与下箱体相对应的报警范围。设定角度值信号范围，在特定的条件下，方便控制器发出特定的指令，提高该水上码头处理不同情况的效率和准确度。
作为优选，设定角度值信号为R，所述角度值信号的低档范围为R＜1°，所述的中档范围为1°≤R≤4°,所述的高档范围为4°＜R≤8°，所述的报警范围为R＞8°。
作为优选，所述水上码头的所有浮箱均由钢板制成，钢板的外壁从内到外依次设有发泡橡胶层、玻璃纤维网和船用油漆层。该钢板的表面结构有效防止水中生物的寄生和繁殖，减轻水上码头不必要的重量，减少寄生生物对水上码头的腐蚀，延长使用寿命，同时发泡橡胶层具有缓冲水上码头与其他物件的刚性碰撞的作用。
作为优选，所述的水上码头还包括设置在甲板上部的建筑物，所述的建筑物均为球面结构。球面结构的建筑物，与平面结构、竖直墙体结构等建筑物相比，抗风浪能力更强。
由于采取上述的技术方案，本发明提供的一种水上码头具有这样的有益效果：
1.通过柔性船锚组成的锚链、动态浮箱系统以及控制系统相结合，实现水上码头的动态平稳；
2.通过静态浮箱系统、动态浮箱系统、充气气囊结构以及休息室的下箱体结构相结合，实现水上码头的高承载能力；
3.通过控制器、倾角测定装置以及数字信号处理模块相结合，实现水上码头的动态平稳调节和抗风浪冲击调节的自动控制；
4.通过发泡橡胶层、玻璃纤维网和船用油漆层形成的浮箱外壁结构，有效防止水中生物在水上码头上的寄生和繁殖；
5.通过柔性船锚组成的锚链、静态浮箱系统、动态浮箱系统、充气气囊结构、休息室的下箱体以及球面结构的建筑物相结合，实现水上码头的抗风浪冲击能力。
附图说明：
附图1为本发明的一种结构示意图；
附图2为本发明附图1的一种仰视图；
附图3为本发明附图1的一种侧视图；
附图4为本发明钢板表面的一种结构示意图；
附图5为本发明倾角测定装置的第一种结构示意图；
附图6为本发明倾角测定装置的第二种结构示意图；
附图7为本发明的第一种原理框图；
附图8为本发明的第二种原理框图；
附图9为本发明的第三种原理框图。
图中：甲板1左上静态浮箱2.1左下静态浮箱2.2右上静态浮箱2.3右下静态浮箱2.4左上动态浮箱3.1左下动态浮箱3.2右上动态浮箱3.3右下动态浮箱3.4驱动机构4休息室5下箱体5.1充气气囊6长度调节装置7.1弹性锚绳7.2锚头7.3摆线8.1摆球8.2钢板9发泡橡胶层10玻璃纤维网11船用油漆层12建筑物13
具体实施方式：
参阅附图，对本发明的作进一步详细描述：
实施例一：结合附图1、2、3、7，一种水上码头，包括甲板1、设置在甲板1上部的控制器和设置在甲板1下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，静态浮箱由左上静态浮箱2.1、左下静态浮箱2.2、右上静态浮箱2.3和右下静态浮箱2.4组成，锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱3.1、左下动态浮箱3.2、右上动态浮箱3.3和右下动态浮箱3.4组成，每个的动态浮箱均设有对应的驱动机构4，控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，水上码头的所有动作均由控制器控制。
先在需要设置水上码头的特定海边区域内测定最大风浪的高度，并逐一调节各个柔性船锚的最大伸缩量与最大风浪的高度一致，然后设定甲板横向中线为x轴方向，甲板的纵向中线为y轴方向，左上静态浮箱和左上动态浮箱在（-x，+y）区域内，左下静态浮箱和左下动态浮箱在（-x，-y）区域内，右上静态浮箱和右上动态浮箱在（+x，+y）区域内，右下静态浮箱和右下动态浮箱在（+x，-y）区域内。
以（-x，+y）区域侧倾为例，在受风浪冲击时，水上码头的（-x，+y）区域发生侧倾，（+x，-y）区域翘起，（+x，-y）区域内的柔性船锚发生弹性变形，产生弹性力，对（+x，-y）区域具有向下的拉力，用以减缓或者抵消（-x，+y）区域的侧倾，保证水上码头的平稳和安全；与此同时，控制器上的倾角测定装置开始动作，产生模拟信号，传输至数字信号处理模块中，经数字信号处理模块处理后的信号反馈至控制器中，确定（-x，+y）区域向下侧倾，并测得水上码头与海平面的侧倾角度值，控制器发出指令，（-x，+y）区域内的驱动机构工作，带动左上动态浮箱向水上码头的外沿滑动，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾，实现水上码头的动态平稳和安全；在侧倾角度值过大时，控制器对（-x，+y）区域的驱动机构发出指令的同时，也给左上静态浮箱发出指令，使左上静态浮箱向外排水，进一步提高水上码头的动态平稳性能和动态安全性能。在风平浪静后，控制器复位，左上动态浮箱复位，左上静态浮箱的储水量恢复原状。
实施例二：结合附图1、2、3、4、7，一种水上码头，包括甲板1、设置在甲板1上部的控制器以及球面结构的建筑物13、设置在甲板1下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，静态浮箱由左上静态浮箱2.1、左下静态浮箱2.2、右上静态浮箱2.3和右下静态浮箱2.4组成，锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱3.1、左下动态浮箱3.2、右上动态浮箱3.3和右下动态浮箱3.4组成，每个的动态浮箱均设有对应的驱动机构4，控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，水上码头的所有动作均由控制器控制，水上码头的所有浮箱均由钢板9制成，钢板9的外壁从内到外依次设有发泡橡胶层10、玻璃纤维网11和船用油漆层12。
实施例三，结合附图1、2、3、5、8，一种水上码头，包括甲板1、设置在甲板1上部的控制器和设置在甲板1下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，静态浮箱由左上静态浮箱2.1、左下静态浮箱2.2、右上静态浮箱2.3和右下静态浮箱2.4组成，每个静态浮箱外侧均设有充气气囊6，左上静态浮箱2.1与左下静态浮箱2.2之间、右上静态浮箱2.3与右下静态浮箱2.4之间均设有休息室5，休息室5设有可升降的下箱体5.1，锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，每个柔性船锚均由长度调节装置7.1、弹性锚绳7.2和锚头7.3组成，长度调节装置7.1与弹性锚绳7.2联动，弹性锚绳7.2的最大伸长量与对应区域的最大浪高相同，动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱3.1、左下动态浮箱3.2、右上动态浮箱3.3和右下动态浮箱3.4组成，每个的动态浮箱均设有对应的驱动机构4，控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，倾角测定装置由摆线8.1和摆球8.2组成，摆线8.1上设有角度测定模块8.3，角度测定模块8.3用于测定摆线8.1与垂直方向的角度值，摆球8.2内设有与甲板平面相对应的二维传感器8.4，角度测定模块8.3、二维传感器8.4均与数字信号处理模块相连，数字信号处理模块输出的角度值信号分为与动态浮箱相对应的低档范围、与充气气囊相对应的中档范围、与静态浮箱相对应的高档范围和与下箱体相对应的报警范围，角度值信号的低档范围为R＜1°，中档范围为1°≤R≤4°,高档范围为4°＜R≤8°，报警范围为R＞8°，水上码头的所有动作均由控制器控制。
以（-x，+y）区域侧倾为例，在受风浪冲击时，水上码头的（-x，+y）区域发生侧倾，（+x，-y）区域翘起，（+x，-y）区域内的柔性船锚发生弹性变形，产生弹性力，对（+x，-y）区域具有向下的拉力，用以减缓或者抵消（-x，+y）区域的侧倾，保证水上码头的平稳和安全；与此同时，摆线和摆球偏离甲板平面的垂直方向，角度测定模块测得摆线与垂直方向的夹角信号（该夹角信号等同于水上码头的倾角信号），二维传感器测得摆球在甲板平面上的二维坐标值信号，夹角信号和二维坐标值信号均传输至数字信号处理模块中，经数字信号处理模块处理后的信号反馈至控制器中，二维坐标值信号确定（-x，+y）区域向下侧倾，夹角信号测得水上码头与海平面的侧倾角度值R。当R＜1°时，控制器发出指令，（-x，+y）区域内的驱动机构工作，带动左上动态浮箱向水上码头的外沿滑动，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当1°≤R≤4°时，左上动态浮箱滑动以及左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当4°＜R≤8°时，左上动态浮箱滑动、左上静态浮箱向外排水、左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当R＞8°时，左上动态浮箱滑动、左上静态浮箱向外排水、左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀以及两个下箱体向下伸出，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾。在风平浪静后，控制器复位，左上动态浮箱、充气气囊和下箱体复位，左上静态浮箱的储水量恢复原状。
实施例四，结合附图1、2、3、6、9，一种水上码头，包括甲板1、设置在甲板1上部的控制器和设置在甲板1下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，静态浮箱由左上静态浮箱2.1、左下静态浮箱2.2、右上静态浮箱2.3和右下静态浮箱2.4组成，每个静态浮箱外侧均设有充气气囊6，左上静态浮箱2.1与左下静态浮箱2.2之间、右上静态浮箱2.3与右下静态浮箱2.4之间均设有休息室5，休息室5设有可升降的下箱体5.1，锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，每个柔性船锚均由长度调节装置7.1、弹性锚绳7.2和锚头7.3组成，长度调节装置7.1与弹性锚绳7.2联动，弹性锚绳7.2的最大伸长量与对应区域的最大浪高相同，动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱3.1、左下动态浮箱3.2、右上动态浮箱3.3和右下动态浮箱3.4组成，每个的动态浮箱均设有对应的驱动机构4，控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，倾角测定装置由摆线8.1和摆球8.2组成，摆球8.2内设有与数字信号处理模块相连的三坐标测量仪8.5，数字信号处理模块输出摆线8.1与垂直方向的角度值、摆球8.2的二维坐标值，数字信号处理模块输出的角度值信号分为与动态浮箱相对应的低档范围、与充气气囊相对应的中档范围、与静态浮箱相对应的高档范围和与下箱体相对应的报警范围，角度值信号的低档范围为R＜1°，中档范围为1°≤R≤4°,高档范围为4°＜R≤8°，报警范围为R＞8°，水上码头的所有动作均由控制器控制。
以（-x，+y）区域侧倾为例，在受风浪冲击时，水上码头的（-x，+y）区域发生侧倾，（+x，-y）区域翘起，（+x，-y）区域内的柔性船锚发生弹性变形，产生弹性力，对（+x，-y）区域具有向下的拉力，用以减缓或者抵消（-x，+y）区域的侧倾，保证水上码头的平稳和安全；与此同时，摆线和摆球偏离甲板平面的垂直方向，三坐标测量仪测得摆球的三维坐标值（X0，Y0，Z0），三维坐标值信号传输至数字信号处理模块中，经数字信号处理模块处理后的信号反馈至控制器中，其中坐标值X0和Y0确定水上码头的（-x，+y）区域向下侧倾，Z0、摆线的固有长度L0以及侧倾角度值R具有这样的函数关系：cos（R）=1-Z0/L0，进而确定R值。当R＜1°时，控制器发出指令，（-x，+y）区域内的驱动机构工作，带动左上动态浮箱向水上码头的外沿滑动，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当1°≤R≤4°时，左上动态浮箱滑动以及左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当4°＜R≤8°时，左上动态浮箱滑动、左上静态浮箱向外排水、左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾；当R＞8°时，左上动态浮箱滑动、左上静态浮箱向外排水、左上静态浮箱侧面的充气气囊膨胀以及两个下箱体向下伸出，用以减缓或者抵消水上码头的侧倾。在风平浪静后，控制器复位，左上动态浮箱、充气气囊和下箱体复位，左上静态浮箱的储水量恢复原状。
以上所述的四个具体实施例，对本发明进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心思想的前提下，还可以对本发明进行若干的修饰，例如各个静态浮箱、动态浮箱、充气气囊以及下箱体的最大容积、驱动机构的液压或者气压传动形式等进行若干的修改或者权利要求进行若干可行性的组合，应该落在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水上码头，包括甲板、设置在甲板上部的控制器和设置在甲板下部的四个静态浮箱、锚链以及动态平衡装置，其特征在于，所述静态浮箱由左上静态浮箱、左下静态浮箱、右上静态浮箱和右下静态浮箱组成，所述锚链由至少三个不在同一直线上的柔性船锚组成，所述动态平衡装置设置在水上码头的中心位置，动态平衡装置由左上动态浮箱、左下动态浮箱、右上动态浮箱和右下动态浮箱组成，每个所述的动态浮箱均设有对应的驱动机构，所述控制器设有倾角测定装置和数字信号处理模块，所述水上码头的所有动作均由控制器控制。
2.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，所述左上静态浮箱与左下静态浮箱之间、右上静态浮箱与右下静态浮箱之间均设有休息室，休息室设有可升降的下箱体。
3.根据权利要求1或2所述的一种水上码头，其特征在于，每个所述的静态浮箱外侧均设有充气气囊。
4.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，每个所述的柔性船锚均由长度调节装置、弹性锚绳和锚头组成，所述长度调节装置与弹性锚绳联动，弹性锚绳的最大伸长量与对应区域的最大浪高相同。
5.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，所述倾角测定装置由摆线和摆球组成，所述摆线上设有角度测定模块，角度测定模块用于测定摆线与垂直方向的角度值，所述摆球内设有与甲板平面相对应的二维传感器，所述角度测定模块、二维传感器均与数字信号处理模块相连。
6.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，所述倾角测定装置由摆线和摆球组成，所述摆球内设有与数字信号处理模块相连的三坐标测量仪，所述数字信号处理模块输出摆线与垂直方向的角度值、摆球的二维坐标值。
7.根据权利要求5或6所述的一种水上码头，其特征在于，所述数字信号处理模块输出的角度值信号分为与动态浮箱相对应的低档范围、与充气气囊相对应的中档范围、与静态浮箱相对应的高档范围和与下箱体相对应的报警范围。
8.根据权利要求7所述的一种水上码头，其特征在于，设定角度值信号为R，所述角度值信号的低档范围为R＜1°，所述的中档范围为1°≤R≤4°,所述的高档范围为4°＜R≤8°，所述的报警范围为R＞8°。
9.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，所述水上码头的所有浮箱均由钢板制成，钢板的外壁从内到外依次设有发泡橡胶层、玻璃纤维网和船用油漆层。
10.根据权利要求1所述的一种水上码头，其特征在于，所述的水上码头还包括设置在甲板上部的建筑物，所述的建筑物均为球面结构。
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