CN107521623B - 五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，包括安装座、并联靠泊支架、椭圆吸盘座、磁力吸盘和电磁制动器。靠泊时，并联靠泊支架驱动椭圆吸盘座、磁力吸盘从船体向外伸出，通电后磁力吸盘产生的电磁力将主船船体与码头或其它船体连接起来实现系泊；离泊时，将磁力吸盘断电，并联靠泊支架驱动椭圆磁力吸盘回收，并缩进船体。并联靠泊支架中的三个伸缩缸采用双作用气缸或双作用液压缸，除连接支撑和伸缩功能外，还具有双向保压减振功能。通过多点布置可实现多点平稳系泊，大大减小了靠泊时对码头、海上平台或其它船舶的撞击力，保证了靠泊的安全性。本发明还具有结构简单、安全性高、稳定性好、操作维护简便等优点。

Description

五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置

技术领域

本发明属于船舶设备技术领域，特别涉及一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置。

背景技术

目前，中小型船舶靠离码头、海上平台或其它大船时大多是通过多人手工操作固定缆绳的方式实现系泊。在港口靠泊时，由船舶停靠所产生的撞击力、以及船舶停靠后由离岸风产生的系缆力、向岸风产生的船舶挤靠力是三种常见的码头动力荷载，这种横向力对于高桩码头和深水开敞式码头的影响尤为显著，是靠泊安全隐患多发的主要原因。在石油工业海上平台的作业生产过程中，船舶需靠泊海上平台或井口进行运送、吊装设备及输送平台人员等相关工作任务。船舶在靠泊海上平台或井口时，系缆人员需要频繁地在船舶与平台之间跳跃固定缆绳，如遇低温冰冻季节，尤其是在每年10月至次年2月间风暴潮期间，船舶海上靠泊作业给作业人员带来重大安全隐患。人工缆绳系泊方式存在如下缺点：(1)需要多人同时操作，费时费力；(2)船舶停靠的位置不够准确，经常发生船体与码头、海上平台或其它船只摩擦的情况；(3)船舶停靠后稳定性差，特别是高速客船或在海上系泊时，横向摇摆较大，影响人员上下船的安全性和舒适性。海上两船间靠泊也同样存在类似的问题。例如，在水上把伤员从所在的船舶送达医疗船时，需要两船间有一定有效的横向安全系泊；LNG加注船与待补给船在海上加注时，两船间横向靠泊固定，相对摇晃较小，是最佳的补给条件；补给船为军用舰只提供补给的主要方法是两船横向保持一定距离并以相同速度前进，通过绳索将物资从补给船送达被补给舰船。如果能够保障补给船与待补给舰的快速系泊、横向安全，则可以有效提高补给效率和补给过程的安全性。

为了防止船舶与码头、海上平台或其它船舶相撞受损，通常在被停靠的码头停靠岸侧壁上或轮船侧面固定报废的轮胎或其它橡胶物件作为防撞减振装置，这种防撞装置对船舶有一定的安全防护作用。但利用废旧轮胎作为防撞减压装置存在着很多缺陷：(1)在船舶靠泊时，由于船舶还处于运动中，而废旧轮胎是固定的，船舶只有快靠近岸边时，废旧轮胎才起到保护作用，船舶对轮胎的冲击力很大，在废旧轮胎与船舶之间还会产生较大的摩擦，依然会对船舶表面造成损伤；(2)轮胎固定并且对快速停靠码头的船舶起到的保护作用有限，特别是较强横向风作用下，船舶停靠速度过快时现有的固定式保护装置往往无法有效保护船身和前方桩台；(3)废旧轮胎外观难看，影响水域景观，并且容易落入水中造成水质污染。

针对船舶靠泊中存在的问题，现有专利文献也提出了一些解决方案。申请号为200820007920.6的中国实用新型专利公开一种船舶磁力系泊装置，包括磁力吸盘、弹性减振器和卷扬机，卷扬机固定在船体上，通过卷扬机的钢缆与磁力吸盘固定在码头钢板上实现系泊，具有一定的辅助减振效果，但该系泊装置固定在船体外，无法自主伸缩，离泊后会影响船舶的航行，且系泊作业仍需要卷扬机和钢缆，稳定性差。申请号为201310045188.7的中国发明专利公开了一种悬挂折叠式靠泊装置，包括可旋转连接在海上平台上的支撑部和收放装置，通过绞车和拉绳操作，该技术方案的系泊稳定性和减振效果较差。申请号为201380030009.0的中国发明专利公开了一种用于系泊船只的系泊装置，包括基部、由基部支撑的可动臂结构和安装在框架中的磁铁，通过片簧将磁铁连接到框架的梁上，具有一定的减振效果，但该结构的减振方向单一。申请号为201410467461.X的中国发明专利公开了一种多用途船舶靠泊装置，包括设置在船体内的一个或多个双作用单活塞式油缸，活塞杆的外端固定有电磁铁，在活塞杆前端装有二级减压缓拉装置，该靠泊装置也只能实现单一方向的减振，且对船体的约束较多，安全性较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，一种能在船舶即将靠泊时提前动作来降低船速并使船舶逐渐缓慢靠泊的船舶靠泊减振装置，并且为船舶与码头或海上平台或海上船舶间靠泊提供更加安全有效的方式，提高靠泊和离泊作业效率、稳定性和安全性，降低劳动强度，可克服现有技术的缺陷。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，包括安装座、并联靠泊支架、椭圆吸盘座、磁力吸盘和电磁制动器。其中，所述的安装座固定安装在船舶船体的两侧，用于安装和支撑并联靠泊支架；所述的并联靠泊支架的后端固定安装在安装座上，且并联靠泊支架的前端与椭圆吸盘座通过弹性铰链和电磁制动器相连接；所述的磁力吸盘位于椭圆吸盘座的前端，且与椭圆吸盘座通过连接铰链相连接；在被安装的船舶船体上还设有控制器，用于采集安装在磁力吸盘及并联靠泊支架上传感器信息，并控制并联靠泊支架、磁力吸盘和电磁制动器。在所述的安装座上还设有电磁换向阀和安全阀。在所述的椭圆吸盘座的后端设有两个对称布置的摆杆，在所述的椭圆吸盘座的前端设有交叉布置的吸盘连接耳座。在所述的磁力吸盘的前端面上设有橡胶保护层，可防止其与靠泊码头、海上平台或船体表面接触时损坏船体涂层，且所述的橡胶保护层的厚度为0.5-3mm；所述的磁力吸盘的数量为10-30，每个磁力吸盘与椭圆吸盘座之间通过单独的连接铰链相连接，且各连接铰链的轴线之间相互交叉。如此设计的目的就是考虑到大多数船舶船体采用非平面设计，因此采用多个磁力吸盘交叉布置在椭圆吸盘座上以提高磁力吸盘与被靠泊船体或海上平台之间的贴合度和吸附的灵活性，使得本发明能够适应船体或海上平台靠泊点的不规则性。所述的磁力吸盘、电磁制动器分别用电缆与船舶中的供电设备相连接。

所述的并联靠泊支架为3RPUR结构的四自由度并联机构，包括左支撑链、中支撑链、右支撑链和动连板。其中，所述的左支撑链、中支撑链、右支撑链的前后两端分别与动连板、安装座固连。所述的左支撑链、中支撑链、右支撑链的结构完全相同，均采用RPUR结构。在所述的动连板的前端面上设有两个对称布置的双耳座，且与椭圆吸盘座上的摆杆通过弹性铰链和电磁制动器相连接；在所述的动连板上还设有三维力传感器。

所述的左支撑链包括左后铰链、左伸缩缸、左万向节和左前铰链。其中，所述的左后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的左伸缩缸的后端与左后铰链的前端固连，左伸缩缸的前端与左万向节的后端固连，所述的左万向节的前端与动连板通过左前铰链相连接。所述的中支撑链包括中后铰链、中伸缩缸、中万向节和中前铰链。其中，所述的中后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的中伸缩缸的后端与中后铰链的前端固连，中伸缩缸的前端与中万向节的后端固连，所述的中万向节的前端与动连板通过中前铰链相连接。所述的右支撑链包括右后铰链、右伸缩缸、右万向节和右前铰链。其中，所述的右后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的右伸缩缸的后端与右后铰链的前端固连，右伸缩缸的前端与右万向节的后端固连，所述的右万向节的前端与动连板通过右前铰链相连接。所述的左伸缩缸、中伸缩缸、右伸缩缸采用双作用气缸或双作用液压缸或双作用电液缸，且在左伸缩缸、中伸缩缸、右伸缩缸的外部均设有橡胶波纹防护管。

所述的并联靠泊支架中左后铰链与右后铰链的轴线相互平行，左后铰链与中后铰链的轴线相互垂直；所述的左前铰链与中前铰链、右前铰链的轴线相互平行，且所述的左前铰链的轴线与左万向节的十字轴的两条轴线均垂直；在并联靠泊支架初始装配时，使得左万向节十字轴的一条轴线均与中万向节、右万向节的十字轴的一条轴线相平行，左万向节十字轴的另一条轴线均与中万向节、右万向节的十字轴的另一条轴线相平行；左后铰链的轴线与左万向节的十字轴的一条轴线相平行。

从机构学的角度看，所述的并联靠泊支架为具有空间一个平移三个转动共四个运动自由度的并联机构。在电磁制动器断电情况下，动连板与椭圆吸盘座之间的转动副被释放，上述转动副与并联靠泊支架一起构成一个具有空间两个平移三个转动的五自由度混联机构，其机构的结构为3{-RPUR-}-R。当电磁制动器通电时，椭圆吸盘座与并联靠泊支架之间所构成的混联机构变为只有空间一个平移三个转动共四个运动自由度的并联机构。电磁制动器的通电与断电实现了椭圆吸盘座与并联靠泊支架之间所构成的机构成为具有四自由度或五个自由度的变胞机构。

在所述的椭圆吸盘座的前端面上还设有用以检测船舶靠泊速度和距离的激光测距传感器，所述的激光测距传感器和三维力传感器的信号输出端与计算机和控制器相连接，由船舶内的计算机进行数据采集和分析处理。本发明中的磁力吸盘内的磁铁采用电磁铁，磁力吸盘的磁力的产生与消失通过通断电来实现，可避免对船舶设备产生较大影响；系泊解除后本发明可完全收入船体内，避免对船体的行驶产生行进阻力。

本发明的有益效果是：与现有的技术相比，当船舶靠泊时，并联靠泊支架驱动椭圆吸盘座、磁力吸盘从船体向外伸出，通电后磁力吸盘产生的电磁力将主船船体与码头或其它船舶的船体连接起来实现系泊，然后左伸缩缸、中伸缩缸和右伸缩缸同步缩短，使得船舶缓缓地向码头、海上平台或其它船舶靠近，大大减小了船舶靠泊时对码头、海上平台或其它船舶的冲击力，保证了靠泊的安全性；靠泊作业一人即可在较短的时间内操作完成，不仅节省人力，而且极大地提高了作业效率，增加了人员的安全性。离泊时，将磁力吸盘断电，并联靠泊支架驱动椭圆磁力吸盘回收，并缩进船体。并联靠泊支架中的三个伸缩缸采用双作用气缸或双作用液压缸，除具有连接支撑和伸缩功能外，还具有双向保压减振功能。通过多点布置可实现多点平稳系泊，大大减小了靠泊时候对码头、海上平台或其它船舶的撞击力，保证了靠泊的安全性。在本发明的磁力吸盘的前端面上设有橡胶保护层，可防止其与靠泊码头、海上平台或船体表面接触时损坏船体涂层。同时，橡胶材料可以增大磁力吸盘和船体外板之间的摩擦系数。使用本发明可使船舶能在航行时，方便、安全地实现与其它船舶的相互靠离，非常适用于行政执法船对其它船舶的巡航检查以及海上两船之间进行靠泊补给作业。本发明还具有结构简单、安全性高、稳定性好、操作维护简便等优点，可克服现有技术的缺陷。

附图说明

图1为本发明的在船舶上安装与使用状态示意图；

图2为本发明的总体结构示意图；

图3为本发明的并联靠泊支架的结构示意图；

图4为本发明的磁力吸盘在椭圆吸盘座上的布置示意图；

图5为本发明的椭圆吸盘座的结构示意图；

图6为本发明的椭圆吸盘座的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，包括安装座1、并联靠泊支架2、椭圆吸盘座3、磁力吸盘4和电磁制动器5。其中，所述的安装座1固定安装在船舶6船体的两侧，用于安装和支撑并联靠泊支架2；所述的并联靠泊支架2的后端固定安装在安装座1上，且并联靠泊支架2的前端与椭圆吸盘座3通过弹性铰链242和电磁制动器5相连接；所述的磁力吸盘4位于椭圆吸盘座3的前端，且与椭圆吸盘座3通过连接铰链相连接；在被安装的船舶6船体上还设有控制器7，用于采集安装在磁力吸盘4及并联靠泊支架2上传感器信息，并控制并联靠泊支架2、磁力吸盘4和电磁制动器5。在所述的安装座1上还设有电磁换向阀和安全阀。在所述的椭圆吸盘座3的后端设有两个对称布置的摆杆31，在所述的椭圆吸盘座3的前端设有交叉布置的吸盘连接耳座32。在所述的磁力吸盘4的前端面上设有橡胶保护层，可防止其与靠泊码头、海上平台或船体表面接触时损坏船体涂层，且所述的橡胶保护层的厚度为0.5-3mm，所述的橡胶保护层还可以防止磁力吸盘4码头或海上平台上的系泊钢板之间直接接触，造成磁化现象。所述的磁力吸盘4的数量为10-30，每个磁力吸盘4与椭圆吸盘座3之间通过单独的连接铰链相连接，且各连接铰链的轴线之间相互交叉。所述的磁力吸盘4、电磁制动器5分别用电缆与船舶6中的供电设备相连接。

如图1、图2和图3所示，所述的并联靠泊支架2为3RPUR结构的四自由度并联机构，包括左支撑链21、中支撑链22、右支撑链23和动连板24。其中，所述的左支撑链21、中支撑链22、右支撑链23的前后两端分别与动连板24、安装座1固连。所述的左支撑链21、中支撑链22、右支撑链23的结构完全相同，均采用RPUR结构。在所述的动连板24的前端面上设有两个对称布置的双耳座241，且与椭圆吸盘座3上的摆杆31通过弹性铰链242和电磁制动器5相连接，在所述的动连板24上还设有三维力传感器。

如图1、图2和图3所示，所述的左支撑链21包括左后铰链211、左伸缩缸212和左万向节213。其中，所述的左后铰链211的后端通过螺钉固定安装在安装座1上，所述的左伸缩缸212的后端与左后铰链211的前端固连，左伸缩缸212的前端与左万向节213的后端固连，所述的左万向节213的前端与动连板24通过左前铰链214相连接。所述的中支撑链22包括中后铰链221、中伸缩缸222和中万向节223。其中，所述的中后铰链221的后端通过螺钉固定安装在安装座1上，所述的中伸缩缸222的后端与中后铰链221的前端固连，中伸缩缸222的前端与中万向节223的后端固连，所述的中万向节223的前端与动连板24通过中前铰链224相连接。所述的右支撑链23包括右后铰链231、右伸缩缸232和右万向节233。其中，所述的右后铰链231的后端通过螺钉固定安装在安装座1上，所述的右伸缩缸232的后端与右后铰链231的前端固连，右伸缩缸232的前端与右万向节233的后端固连，所述的右万向节233的前端与动连板24通过右前铰链234相连接。所述的左伸缩缸212、中伸缩缸222、右伸缩缸232采用双作用气缸或双作用液压缸，且在左伸缩缸212、中伸缩缸222、右伸缩缸232的外部均设有橡胶波纹防护管。

如图1、图2和图3所示，所述的并联靠泊支架2中左后铰链211与右后铰链231的轴线相互平行，左后铰链211与中后铰链221的轴线相互垂直；所述的左前铰链214与中前铰链224、右前铰链234的轴线相互平行，且所述的左前铰链214的轴线与左万向节213的十字轴的两条轴线均垂直；在并联靠泊支架2初始装配时，使得左万向节213十字轴的一条轴线均与中万向节223、右万向节233的十字轴的一条轴线相平行，左万向节213十字轴的另一条轴线均与中万向节223、右万向节233的十字轴的另一条轴线相平行；左后铰链211的轴线与左万向节213的十字轴的一条轴线相平行。

如图1、图2、图4、图5和图6所示，在所述的椭圆吸盘座3的前端面上还设有用以检测船舶靠泊速度和距离的激光测距传感器33，所述的激光测距传感器33和三维力传感器的信号输出端与计算机和控制器7相连接，由船舶6内的计算机进行数据采集和分析处理。

在码头或海上平台靠泊时，需要事先在码头固定靠泊用的系泊钢板，所述的系泊钢板具有较高的导磁性能，且可以随着水位的高低变化进行调节。安装在椭圆吸盘座3的前端面上的激光测距传感器33，将船舶6的距离、速度信号传入计算机的处理器，再由计算机处理器通过控制器7控制磁力吸盘4是否得电，根据不同的工作距离实现控制双作用的左伸缩缸212、中伸缩缸222、右伸缩缸232进行伸缩动作。当安装本发明的船舶快要靠近码头、海上平台或其它船舶时，双作用的左伸缩缸212、中伸缩缸222、右伸缩缸232提前工作；电磁制动器5得电，使椭圆吸盘座3与动连板24保持刚性连接状态，消除椭圆吸盘座3与动连板24之间的转动自由度；磁力吸盘4接触码头或海上平台的系泊钢板或其它船舶时，磁力吸盘4得电，产生磁力，使得磁力吸盘4与系泊钢板或其它船舶紧紧吸附在一起，然后使电磁制动器5断电，使椭圆吸盘座3与动连板24之间的转动副释放；接着，并联靠泊支架2开始收缩，在多个并联靠泊支架2的作用下，使得船舶6缓缓向码头或海上平台或其它船舶靠近，最终平稳地实现靠泊，大大减小了船舶6靠泊时对码头或海上平台或其它船舶8的撞击力，保证了靠泊作业的安全性。

本发明在船舶6进行靠泊时，由于风、波浪、水流的原因，会对码头或海上平台或其它船舶8靠泊侧产生较为显著横向力，尤其是在离岸式深水码头停泊水域，此时并联靠泊支架2中双作用的左伸缩缸212、中伸缩缸222、右伸缩缸232起到保压减振作用，对船舶受力进行二次缓解，加上被释放的椭圆吸盘座3与动连板24之间的转动自由度和弹性铰链242的缓冲减振作用，允许船舶6在一定范围内产生空间最多两个平移和三个转动共五个运动自由度相对的小幅度晃动，避免本发明的刚性受力，减小了对本发明的损害。离泊时，断开磁力吸盘4的电源，磁力吸盘4中的电磁铁失去磁力使磁力吸盘4离开系泊钢板或其它船舶8，船舶6系泊作业完成后，并联靠泊支架2连同椭圆吸盘座3、磁力吸盘4可收缩至船舶6船体内，以免对船舶6的正常行驶产生行进阻力。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“中”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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)

1.一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，包括安装座、并联靠泊支架、椭圆吸盘座、磁力吸盘和电磁制动器，其特征在于：所述的安装座固定安装在船舶船体的两侧；所述的并联靠泊支架的后端固定安装在安装座上，并联靠泊支架的前端与椭圆吸盘座通过弹性铰链和电磁制动器相连接；所述的磁力吸盘位于椭圆吸盘座的前端，且与椭圆吸盘座通过连接铰链相连接；在被安装的船舶船体上还设有控制器；在所述的磁力吸盘的前端面上设有橡胶保护层，且所述的橡胶保护层的厚度为0.5-3mm；

所述的并联靠泊支架为3RPUR结构的并联机构，包括左支撑链、中支撑链、右支撑链和动连板，所述的左支撑链、中支撑链、右支撑链的前后两端分别与动连板、安装座固连；

所述的左支撑链包括左后铰链、左伸缩缸、左万向节和左前铰链，所述的左后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的左伸缩缸的后端与左后铰链的前端固连，左伸缩缸的前端与左万向节的后端固连，所述的左万向节的前端与动连板通过左前铰链相连接；所述的中支撑链包括中后铰链、中伸缩缸、中万向节和中前铰链，所述的中后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的中伸缩缸的后端与中后铰链的前端固连，中伸缩缸的前端与中万向节的后端固连，所述的中万向节的前端与动连板通过中前铰链相连接；所述的右支撑链包括右后铰链、右伸缩缸、右万向节和右前铰链，所述的右后铰链的后端通过螺钉固定安装在安装座上，所述的右伸缩缸的后端与右后铰链的前端固连，右伸缩缸的前端与右万向节的后端固连，所述的右万向节的前端与动连板通过右前铰链相连接。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：所述的并联靠泊支架中左后铰链与右后铰链的轴线相互平行，左后铰链与中后铰链的轴线相互垂直；所述的左前铰链与中前铰链、右前铰链的轴线相互平行，且所述的左前铰链的轴线与左万向节的十字轴的两条轴线均垂直；在并联靠泊支架初始装配时，左万向节十字轴的一条轴线均与中万向节、右万向节的十字轴的一条轴线相平行，左万向节十字轴的另一条轴线均与中万向节、右万向节的十字轴的另一条轴线相平行；左后铰链的轴线与左万向节的十字轴的一条轴线相平行。

3.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：所述的左支撑链、中支撑链、右支撑链的结构完全相同，均采用RPUR结构。

4.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：在所述的安装座上还设有电磁换向阀和安全阀。

5.根据权利要求2所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：所述的左伸缩缸、中伸缩缸、右伸缩缸采用双作用气缸或双作用液压缸或双作用电液缸。

6.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：所述的磁力吸盘的数量为10-30，每个磁力吸盘与椭圆吸盘座之间通过单独的连接铰链相连接，且各连接铰链的轴线之间相互交叉。

7.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：在左伸缩缸、中伸缩缸、右伸缩缸的外部均设有橡胶波纹防护管。

8.根据权利要求1所述的一种五自由度变胞式多用途船舶靠泊装置，其特征在于：在所述的椭圆吸盘座的前端面上还设有用以检测船舶靠泊速度和距离的激光测距传感器，所述的激光测距传感器的信号输出端与计算机和控制器相连接，由船舶内的计算机进行数据采集和分析处理。