CN106829755A - 一种新型的主动补偿吊机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的主动补偿吊机系统，该主动补偿吊机系统安装在船舶上；其特征在于：包括吊机底座、吊臂机构、绞车、回转机构和微惯导传感器；本装置在海上吊装货物时，通过微惯导传感器测量吊机的摇摆和升沉的运动参数并将其转换为数字信号，传输到控制系统进行处理，控制系统计算出摇摆及升沉的补偿量，伺服阀根据处理后的数字信号控制液压马达的运动，实现对受到摇摆和升沉影响的吊机实时补偿；本发明能够准确、快速地补偿受到摇摆和升沉运动影响的吊机，同时兼顾货物吊装职能，让吊机能够在复杂的海况下安全高效地执行吊装任务；本装置具有补偿范围广、可靠性高、准确快速等特点。

Description

一种新型的主动补偿吊机系统
技术领域
本发明涉及吊机领域，尤其涉及一种新型的主动补偿吊机系统。
背景技术
海上补给是对海上物资补给和船舶吊机平台的安全高效作业的重要保障。由于面临国际经济危机的影响，全球经济发展放缓，资源己成为各国经济发展的重要保障，海洋资源丰富，具有高性能的海洋工程装备己成为开采海洋资源的重要工具，因此需加大对海洋领域研究的深入，船舶海上补给已显得愈发重要，海上补给具有多样性，海上补给装备有横向补给装备、纵向补给装备、并靠补给装备和垂直补给装备等。
波浪补偿分为主动式波浪补偿和被动式波浪补偿。主动式波浪补偿是指通过传感器检测出每个时刻船舶由波浪引起的横摇、纵摇和升沉等参数，然后根据补偿量控制液压缸和液压马达的工作对船体的摇摆进行补偿；被动式波浪补偿是通过在原有设备中增加补偿装置进行波浪补偿。在主动补偿的设备中，稳定平台对横摇和纵摇的补偿效果较好，对升沉的补偿效果较差，而且稳定平台的补偿响应性较差。如利用稳定平台补偿较大范围的升沉变化，需要很长的液压缸，无疑增加了成本、降低了系统的稳定性；通用的吊机只能对船舶进行升沉补偿，无法对船舶的横摇和纵摇实施补偿。
如中国专利201610113747.7所述的一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，其特征是：最下方是固定在船舶的甲板上的圆形静平台，圆形静平台的正上方是圆形动平台，圆形动平台固定连接吊机，圆形静平台和圆形动平台之间连接六个伺服缸，每个伺服缸上端通过一个第一十字万向节连接圆形动平台、下端通过一个第二十字万向节连接圆形静平台，圆形静平台正中间位置装有姿态传感器；每个伺服缸上装有一个线位移传感器，姿态传感器输出端通过信号线连接运动控制器，六个伺服缸中的每个伺服缸各连接一个对应的电液伺服阀，电液伺服阀依次串接功率放大器、D/A模块后连接运动控制器，六个所述线位移传感器中的每个线位移传感器各经一个A/D模块后连接运动控制器。
上述专利虽然在一定程度上解决了吊机的主动补偿问题，但是该结构采用了大量的伺服缸导致复杂冗余，成本高且稳定性较差。
根据上述状况需要一种新型主动补偿吊机能在对船舶的横摇、纵摇和升沉进行大范围补偿的同时执行吊装任务，稳定性好，结构简单。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的主动补偿吊机系统，能够实现对横摇、纵摇及升沉进行实时补偿的同时执行吊装任务，使吊装过程更加平稳、安全且结构简单、稳定性好。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种新型的主动补偿吊机系统，该主动补偿吊机系统安装在船舶上；其创新点在于：包括吊机底座、吊臂机构、绞车、回转机构和微惯导传感器；
所述吊臂机构安装在吊机底座上，吊臂机构包括一竖直设置的纵向臂和一倾斜连接在纵向臂上端的斜向臂；所述斜向臂与纵向臂之间设置有一加强筋；所述斜向臂的顶端设置有第一滑轮；所述纵向臂的顶端设置有第二滑轮；
所述绞车设置在纵向臂上，绞车包括绞车支架、卷筒、绞车制动、第一液压马达和绞车编码器；所述绞车支架与纵向臂相连，卷筒设置在绞车支架内由第一液压马达驱动可绕着绞车支架旋转，所述绞车制动位于绞车支架的外侧；所述绞车编码器设置在绞车支架的外侧；
所述回转机构设置在吊臂机构的纵向臂上且位于绞车的下方，回转机构通过第二液压马达驱动；所述回转机构包括回转编码器、蜗轮和蜗杆；所述回转编码器连接在蜗杆的一端，蜗轮与蜗杆传动配合，蜗轮在第二液压马达的驱动下旋转；
所述微惯导传感器设置在吊机底座上。
进一步的，所述绞车由运动控制器输送信号驱动。
进一步的，所述微惯导传感器测量由风浪引起吊机的横摇、纵摇和升沉姿态数据，将测得的姿态数据实时传输给运动控制器，由运动控制器计算出船舶的横摇、纵摇和升沉由耦合作业产生在垂直方向上的数据变化，并把这些数据与控制器中正在执行吊装任务的数据进行运算，并把运算结果转化为信号指令并实时传输给绞车，通过绞车的正反旋转和速度变化来实时对吊机受横摇、纵摇和升沉影响时能够吊机上的重物位置和速度进行补偿。
进一步的，所述第一液压马达与第二液压马达通过液压泵提供液压动力形成液压回路。
进一步的，所述液压回路包括油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、第一单向球阀、第一伺服阀、第一液压马达、第二单向球阀、第二伺服阀和第二液压马达；所述油箱、过滤器和液压泵依次串联形成主油路，所述溢流阀与液压泵的输出端相连形成溢流支路；所述第一单向球阀、第一伺服阀和第一液压马达依次串联形成第一液压油路；所述第二单向球阀、第二伺服阀和第二液压马达依次串联形成第二液压油路；所述第一液压油与第二液压油路分别连接在液压泵的输出端。
进一步的，所述第一液压油路与第二液压油路与液压泵输出相连的位置上分别设置有第一控制阀与第二控制阀；所述第一液压油路与第二液压油路导通。
进一步的，所述微惯导传感器、绞车编码器、回转编码器以及第一液压马达与第二液压马达通过液压泵提供液压动力形成液压回路均通过MOOG控制系统控制。
进一步的，所述第一滑轮、第二滑轮和卷筒之间通过钢丝绳相连；所述钢丝绳的一端连接有重物，钢丝绳的另一端连接在卷筒上。
本发明的优点在于：
1）该吊机系统在对船体受到海水、海风影响时，船上的吊机对摇摆和升沉进行准确、快速补偿的同时执行吊装任务的综合机构；
2）本装置在海上吊装货物时，通过微惯导传感器测量吊机的摇摆和升沉的运动参数并将其转换为数字信号，传输到控制系统进行处理，控制系统计算出摇摆及升沉的补偿量，伺服阀根据处理后的数字信号控制液压马达的运动，实现对受到摇摆和升沉影响的吊机实时补偿；
3）本发明能够准确、快速地补偿受到摇摆和升沉运动影响的吊机，同时兼顾货物吊装职能，让吊机能够在复杂的海况下安全高效地执行吊装任务；本装置具有补偿范围广、可靠性高、准确快速等特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种新型的主动补偿吊机系统的主视图。
图2为本发明的回转机构的俯视图。
图3为本发明的绞车示意图。
图4为本发明的液压系统原理图。
图5为本发明的控制原理图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1至图5所示的一种新型的主动补偿吊机系统，该主动补偿吊机系统安装在船舶上；包括吊机底座1、吊臂机构2、绞车3、回转机构4和微惯导传感器5。
吊臂机构2安装在吊机底座1上，吊臂机构2包括一竖直设置的纵向臂21和一倾斜连接在纵向臂21上端的斜向臂22；所述斜向臂22与纵向臂21之间设置有一加强筋23；所述斜向臂22的顶端设置有第一滑轮24；所述纵向臂21的顶端设置有第二滑轮25。
绞车3设置在纵向臂21上，绞车3包括绞车支架31、卷筒32、绞车制动33、第一液压马达34和绞车编码器35；所述绞车支架31与纵向臂21相连，卷筒32设置在绞车支架31内由第一液压马达34驱动可绕着绞车支架31旋转，所述绞车制动33位于绞车支架31的外侧；所述绞车编码器35设置在绞车支架31的外侧。
回转机构4设置在吊臂机构的纵向臂上且位于绞车的下方，回转机构4通过第二液压马41达驱动；所述回转机构4包括回转编码器42、蜗轮43和蜗杆44；所述回转编码器42连接在蜗杆44的一端，蜗轮43与蜗杆44传动配合，蜗轮43在第二液压马达41的驱动下旋转。
微惯导传感器5设置在吊机底座2上。
绞车3由运动控制器输送信号驱动。
微惯导传感器5测量由风浪引起吊机的横摇、纵摇和升沉姿态数据，将测得的姿态数据实时传输给运动控制器，由运动控制器计算出船舶的横摇、纵摇和升沉由耦合作业产生在垂直方向上的数据变化，并把这些数据与控制器中正在执行吊装任务的数据进行运算，并把运算结果转化为信号指令并实时传输给绞车，通过绞车的正反旋转和速度变化来实时对吊机受横摇、纵摇和升沉影响时能够吊机上的重物位置和速度进行补偿。
第一液压马达34与第二液压马达41通过液压泵提供液压动力形成液压回路6。
液压回路6包括油箱61、过滤器62、液压泵63、溢流阀64、第一单向球阀65、第一伺服阀66、第一液压马达34、第二单向球阀67、第二伺服阀68和第二液压马达41；所述油箱61、过滤器62和液压泵63依次串联形成主油路，所述溢流阀64与液压泵63的输出端相连形成溢流支路；所述第一单向球阀65、第一伺服阀66和第一液压马达34依次串联形成第一液压油路；所述第二单向球阀67、第二伺服阀68和第二液压马达41依次串联形成第二液压油路；所述第一液压油与第二液压油路分别连接在液压泵63的输出端。
第一液压油路与第二液压油路与液压泵63输出相连的位置上分别设置有第一控制阀与第二控制阀；所述第一液压油路与第二液压油路导通。
微惯导传感器5、绞车编码器35、回转编码器42以及第一液压马达34与第二液压马达41通过液压泵63提供液压动力形成液压回路均通过MOOG控制系统控制。
第一滑轮24、第二滑轮25和卷筒32之间通过钢丝绳相连；所述钢丝绳的一端连接有重物，钢丝绳的另一端连接在卷筒32上。
该系统的工作原理是：船舶上吊机的吊钩在吊装重物时，若吊钩不做上升或下降运动时，则吊钩受船舶摇摆的影响主要为空间位置的变化，为了保证吊钩上的重物与吊装平面之间的距离不受船舶摇摆的影响，利用微惯导传感器测量出安装在船舶上的吊机摇摆的运动姿态数据，并将测得的姿态数据实时传输给工控机，根据反解算法及微惯导传感器与吊机顶端第二滑轮中心的位置关系求出第二滑轮中心垂直距离变化值也就是第一滑轮上吊钩的需要补偿值，在MOOG控制系统中理想的控制位置数据与反解后的数据进行比较构成控制偏差，工控机根据控制偏差对控制器实现闭环控，控制器输出的信号进行数/模转换后经过伺服放大器传输给第一伺服阀控制第一液压马达驱动绞车的转动来实现吊钩垂直方向上与吊装平面之间的距离不变；
若吊钩在正常吊装时，则吊钩受船舶摇摆的影响主要为垂直方向的速度变化，MOOG控制系统发出理想的吊装速度信号进行数/模转换经过伺服放大器传输给第一伺服阀，由第一伺服阀控制第一液压马达来驱动绞车的转动实现吊机执行吊装任务，由于船舶的摇摆，需要利用微惯导传感器测量出安装在船舶上的吊机摇摆的运动姿态数据，并将测得的姿态数据实时传输给工控机；工控机根据反解算法及微惯导传感器与吊机顶端第二滑轮中心的位置关系求出第二滑轮中心垂直速度变化值也就是第一滑轮上吊钩的需要补偿值，将求出的补偿值传输给MOOG控制系统与理想吊装速度值进行比较，构成控制偏差，工控机根据控制偏差对控制器实现闭环控，提高波浪补偿精度；由吊钩上的位移传感器实时检测吊钩与吊装平面的距离变化值；通过位移传感器经模/数转换后传送给MOOG控制系统，反馈的线位移信号与反解算法求出的补偿值构成控制偏差，工控机根据控制偏差对第一液压马达的运动实现闭环控制，提高波浪补偿精度；第二伺服阀控制第二液压马达用于调节吊机旋转角度，能够让吊机在全方位内完成波浪补偿吊装任务。当船体不需要波浪补偿时，微惯导传感器输出船体的运动姿态参数为0， MOOG控制系统只需要控制吊机的正常吊装任务，第一伺服阀、第二伺服阀也工作，但是控制器不构成闭环系统仅执行吊装任务。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种新型的主动补偿吊机系统，该主动补偿吊机系统安装在船舶上；其特征在于：包括吊机底座、吊臂机构、绞车、回转机构和微惯导传感器；
所述吊臂机构安装在吊机底座上，吊臂机构包括一竖直设置的纵向臂和一倾斜连接在纵向臂上端的斜向臂；所述斜向臂与纵向臂之间设置有一加强筋；所述斜向臂的顶端设置有第一滑轮；所述纵向臂的顶端设置有第二滑轮；
所述绞车设置在纵向臂上，绞车包括绞车支架、卷筒、绞车制动、第一液压马达和绞车编码器；所述绞车支架与纵向臂相连，卷筒设置在绞车支架内由第一液压马达驱动可绕着绞车支架旋转，所述绞车制动位于绞车支架的外侧；所述绞车编码器设置在绞车支架的外侧；
所述回转机构设置在吊臂机构的纵向臂上且位于绞车的下方，回转机构通过第二液压马达驱动；所述回转机构包括回转编码器、蜗轮和蜗杆；所述回转编码器连接在蜗杆的一端，蜗轮与蜗杆传动配合，蜗轮在第二液压马达的驱动下旋转；
所述微惯导传感器设置在吊机底座上。
2.根据权利要求1所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述绞车由运动控制器输送信号驱动。
3.根据权利要求1所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述微惯导传感器测量由风浪引起吊机的横摇、纵摇和升沉姿态数据，将测得的姿态数据实时传输给运动控制器，由运动控制器计算出船舶的横摇、纵摇和升沉由耦合作业产生在垂直方向上的数据变化，并把这些数据与控制器中正在执行吊装任务的数据进行运算，并把运算结果转化为信号指令并实时传输给绞车，通过绞车的正反旋转和速度变化来实时对吊机受横摇、纵摇和升沉影响时能够吊机上的重物位置和速度进行补偿。
4.根据权利要求1所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述第一液压马达与第二液压马达通过液压泵提供液压动力形成液压回路。
5.根据权利要求4所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述液压回路包括油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、第一单向球阀、第一伺服阀、第一液压马达、第二单向球阀、第二伺服阀和第二液压马达；所述油箱、过滤器和液压泵依次串联形成主油路，所述溢流阀与液压泵的输出端相连形成溢流支路；所述第一单向球阀、第一伺服阀和第一液压马达依次串联形成第一液压油路；所述第二单向球阀、第二伺服阀和第二液压马达依次串联形成第二液压油路；所述第一液压油与第二液压油路分别连接在液压泵的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述第一液压油路与第二液压油路与液压泵输出相连的位置上分别设置有第一控制阀与第二控制阀；所述第一液压油路与第二液压油路导通。
7.根据权利要求1所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述微惯导传感器、绞车编码器、回转编码器以及第一液压马达与第二液压马达通过液压泵提供液压动力形成液压回路均通过MOOG控制系统控制。
8.根据权利要求1所述的一种新型的主动补偿吊机系统，其特征在于：所述第一滑轮、第二滑轮和卷筒之间通过钢丝绳相连；所述钢丝绳的一端连接有重物，钢丝绳的另一端连接在卷筒上。
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