CN109466716A - 一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法 - Google Patents

一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法，包括船体、平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机、PLC控制系统及压载传送装置；所述平衡水槽设在船体两侧的船舷上，所述调谐平衡水箱设在在船体内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱包括主水箱和副水箱，所述升力风扇分别设在船体四周的甲板上，所述甲板上设有两组起重轨道，所述起重轨道上设有自平衡起重机，所述自平衡起重机平衡臂上设有固定配重块和可变配重水箱装置，所述压载传送装置设在船舱底部。本发明利用平衡水槽的重力和浮力、调谐平衡水箱的重力提供船体的平衡力矩，并通过快速改变货物在船舱内的压载位置，调整船体的整体重心位置，使船舶能够快速达到平衡的效果。

Description

一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法
技术领域
本发明属于起重船舶技术领域，涉及一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法。
背景技术
目前在船舶中存在有中、大型的起重接驳运输船，可以将货物起吊后，运送到停靠在深海中的大型油轮上，该船只可以运用在不完善的港口中。通常的起重接驳运输船在船的两侧设置有轨道起重机用于吊装搬运货物，但是在吊装货物过程中，由于船舶不稳，容易引发起重机重心不平衡，造成倾斜翻倒现象，从而减少起重机的使用寿命；同时，在大批量起吊重物时，无法快速调整船舶重心，容易造成船舶倾斜或者侧翻现象发生，以及船舶运输航行时摇摆造成货物散落现象发生。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法。系统包括平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机及PLC控制单元；平衡水槽设在船舷两侧，可向两边延伸拓展，加大船体宽度提供向上的浮力，当起吊重物船体倾斜时一边可注入水提供重力进行平衡；调谐平衡水箱可通过调整装水位置，施加重力平衡，同时航行时调整晃动频率，能够自动减摇，避免货物散落；升力风扇可在倾斜端提供向上的升力，防止船舶倾斜；压载传送装置能够快速的把放置在传动台上的货物传送到船舶不同的位置利用货物本身的重力进行压载，使船舶能够快速回正；自平衡起重机在起吊时能够自动调整重心平衡，防止起重机倾斜翻倒，整套系统连接到PLC控制单元，实现自动化控制。
本发明的技术方案如下：
一种高效的起重船舶平衡系统，包括船体，还包括平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机及PLC控制系统；所述平衡水槽设有两组，分别设在船体两侧的船舷上，所述平衡水槽包括槽体和液压伸缩臂，所述槽体为顶部开口的U形船结构，所述槽体底部铰接在液压伸缩臂伸出端，所述槽体侧面铰接在翻转液压缸伸出端，所述翻转液压缸缸底端铰接在液压伸缩臂上，所述液压伸缩臂头端铰接在船舷上，所述液压伸缩臂上设有伸展液压缸，所述伸展液压缸伸出端铰接在液压伸缩臂上，所述伸展液压缸缸底端铰接在船舷上；所述调谐平衡水箱设有两组，分别设在在船舱内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱包括主水箱和副水箱，所述主水箱底部设有横向水箱支座，所述水箱支座固定在船舱底部，所述水箱支座两端设有限位块Ⅰ，所述水箱支座上设有滚棍，所述滚棍与主水箱滚动连接，所述主水箱内设有活塞板，所述活塞板把主水箱隔成两部分，所述活塞板两边设有伺服液压缸，所述伺服液压缸穿过主水箱侧壁并分别固定在船舱内两侧，所述主水箱内部上端设有转换水道，所述转换水道两端设有两组转换水阀，所述转换水道侧端设有补水阀，所述主水箱外侧端横向设有两组可调液压阻尼器，所述可调液压阻尼器连接固定在船舱侧端和主水箱外侧端之间，所述主水箱两侧端分别设有低、中、高三组平衡水箱液位传感器；所述副水箱纵向设在主水箱顶部，所述副水箱底部设有两组滑动轨道，所述滑动轨道支撑副水箱固定在主水箱上表面，所述滑动轨道两端设有限位块Ⅱ，所述限位块Ⅱ上固定设有限位开关，所述副水箱底部中间位置固定设有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆端部设有步进电机，所述滚珠丝杆旁设有光栅尺，所述光栅尺与滑动轨道平行固定在主水箱上表面；所述升力风扇设有四组，分别设在船体四周的甲板上，所述升力风扇设有两组横向传动轴，所述横向传动轴两端设有自动变速器，所述横向传动轴中间设有锥形齿轮传动组Ⅰ，所述锥形齿轮传动组Ⅰ与纵向传动轴两端连接，所述纵向传动轴中间设有锥形齿轮传动组Ⅱ，所述锥形齿轮传动组Ⅱ与垂直传动轴上端连接，所述垂直传动轴下端连接到锥形齿轮传动组Ⅲ，所述锥形齿轮传动组Ⅲ由主传动轴输入传动，所述主传动轴连接到船舶动力系统；所述甲板上设有起重轨道，所述自平衡起重机设在所述起重轨道上；所述压载传送装置设在船舱底部，所述压载传送装置包括横向传送轮、纵向传送轮及传动台所述传动台固定在船舱底部，所述传动台上设有多组横向传送轮，所述横向传送轮上设有传动链条，所述传动链条连接到横向传送电机上，所述纵向传送轮交错设在横向传送轮之间，所述纵向传送轮上设有滚轴，所述滚轴两端设有支撑杆，所述支撑杆与滚轴铰接，所述滚轴端部设有纵向传送电机，所述支撑杆底部固定连接到升降台，所述升降台底部固定有多组升降液压缸，所述横向传送轮或所述纵向传送轮上放有压载货物；所述液压伸缩臂、伸展液压缸、翻转液压缸、伺服液压缸、转换水阀、补水阀、平衡水箱液位传感器、可调液压阻尼器、步进电机、自动变速器、横向传送电机、纵向传送电机及升降液压缸均连接到PLC控制系统；所述槽体为顶部开口的U形船方便往水槽中注水，所述翻转液压缸可推动水槽翻转使顶部开口的水槽翻转到水中进行注水，所述伸展液压缸能够调整液压伸缩臂与水平面的角度，使平衡水槽提供重力或者浮力，所述调谐平衡水箱的主水箱通过活塞板挤压改变两侧的水位，所述副水箱可在步进电机的带动下进行前后移动调整改变重心位置，所述主水箱在航行时可随着滚棍进行左右摆动，利用水箱内水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体上，达到减摇的目的，所述升力风扇可根据自动变速器调整提供升力的大小，所述自平衡起重机在夹板上可以沿着起重轨道进行移动作业，所述纵向传送轮可以升降顶起压载货物，使货物离开横向传送轮，方便进行纵向移动。
进一步的，所述起重轨道固定在甲板两侧，所述起重轨道呈“工”字型，并且顶部形成圆弧结构，所述起重轨道底部设三组起重轨道压力传感器，所述起重轨道两端设有两组起重机位移传感器，所述甲板四周及前后位置设有六组倾角传感器，所述轨道压力传感器、起重机位移传感器及倾角传感器均连接到PLC控制系统。所述起重轨道呈“工”字型可以方便移动连接装置扣接，所述起重轨道压力传感器检测轨道受到的压力，提前预判起重机是否会出现倾覆并反馈进行调整，所述起重机位移传感器可以检测起重机施加到船体上的受力位置，所述倾角传感器可以检测到船体的倾斜角度，及时反馈到PLC控制系统进行调整，避免船体倾翻。
进一步的，所述自平衡起重机包括起重机架、吊臂和平衡臂，所述起重机架底部设有四组移动装置，所述起重机架顶部设有旋转工作台，所述旋转工作台上固定设有操作仓，所述旋转工作台上设有起重机回转角度传感器，所述吊臂固定在旋转工作台上，所述吊臂上设有起吊小车，所述起吊小车与吊臂滑动连接，述起吊小车上设有起重重量传感器，所述吊臂尾部设有起吊小车位移传感器；所述平衡臂固定在旋转工作台上，所述平衡臂与吊臂对应形成一条直线并对接在一起，所述平衡臂上设有固定配重块和可变配重水箱装置，所述可变配重水箱装置设在固定配重块右侧，所述可变配重水箱装置包括多组水箱、配重水箱调节泵和配重水箱补水泵，所述多组水箱至少设有两组，所述多组水箱顶部设有配重水箱进水阀，所述多组水箱底部设有配重水箱出水阀，所述多组水箱顶部设有配重水箱液位传感器，所述配重水箱出水阀连接到回流管，所述回流管上设有配重水箱调节泵 ，所述回流管连接到配重水箱进水阀，所述回流管连接到配重水箱排水阀，所述配重水箱补水泵上设有配重水箱补水管，所述配重水箱补水管一端连接到配重水箱补水阀另一端连接到水域中，所述配重水箱补水阀出口与回流管连接；所述起吊小车位移传感器、起重重量传感器、起重机回转角度传感器、配重水箱进水阀、配重水箱出水阀、配重水箱排水阀、配重水箱液位传感器、配重水箱补水阀、 配重水箱调节泵 及配重水箱补水泵均连接到PLC控制系统。所述起吊小车上设有起重重量传感器可以检测起吊货物的重量，所述起吊小车位移传感器可以检测到起吊货物搬运过程中重心改变位置，所述可变配重水箱装置可以通过改变对不同水箱注水改变其重心位置和提供的重力达到平衡状态。
进一步的，所述移动装置为底部设有缺口正方形结构，所述移动装置缺口位置与“工”型起重轨道中部位置对应，并且设有滚棍，所述滚棍同时与移动装置及起重轨道滚动连接，所述移动装置内设有内凹的滚轮，所述滚轮与起重轨道顶部滚动连接，所述滚轮连接有起重机移动电机，所述起重机移动电机连接到PLC控制系统。所述移动装置可通过缺口结构滑动扣接到起重轨道上防止侧翻，所述滚棍可减少摩擦阻力，使移动装置移动更加顺畅，所述滚轮设计成内凹结构是移动装置轨道接触面积增大，可以使起重机施加到导轨上的力更加均匀，延长轨道使用寿命，同时具有防侧翻作用。
本发明的运行方法包括以下步骤：
1）起吊货物前，PLC控制系统启动自检程序，检测数据采集端、执行工作端信号正常，进入工作准备状态；
2）起吊较轻货物时，船体两侧的液压伸缩臂顶出带动槽体下降到水面，下降的同时，伸展液压缸支撑液压伸缩臂向两边扩展，此时两侧的槽体提供向上的浮力，使船体在水面上保持稳定，不会出现倾斜；自平衡起重机转动吊臂到需要起吊的货物上方，起吊小车加载货物，起重重量传感器检测出货物重量，起吊小车位移传感器检测出力臂，起重机回转角度传感器检测转动的角度位置并反馈到PLC控制系统计算得出力矩平衡参数，PLC控制系统控制平衡臂上的可变配重水箱装置工作，启动配重水箱调节泵调节多组水箱内的水量以及选择需要注水的箱体，配重水箱液位传感器检测出水量达到要求后反馈信号到PLC控制系统停止调节，此时利用重心到平衡支点距离的变化和重力变化量调节到平衡状态，同时起重机架底部的移动装置由于与工”型起重轨道相扣滚动连接在一起，确保了自平衡起重机不会出现脱轨翻车；
3）起吊较重货物时，系统执行步骤2）工作流程后，自平衡起重机工作达到初步平衡状态，但由于加载重物，船舶受到起重外力矩的作用出现倾斜，甲板上的起重轨道压力传感器检测出施加的外力，起重机位移传感器检测出施加外力的距离，倾角传感器检测出船舶倾斜角度并反馈到PLC控制系统, PLC控制系统计算出反方向补偿回复力矩后，倾斜反方向侧翻转液压缸动作带动槽体向下翻转使槽体中装入水，槽体装满水后翻转液压缸带动槽体回正，伸展液压缸顶出，使槽体离开水面，此时槽体中装满水提供向下的反倾斜重力拉动船舶回正；同时调谐平衡水箱上主水箱两端可调液压阻尼器变大，使主水箱无法左右移动，倾斜反方向端的伺服液压缸动作，顶着活塞板向倾斜方向移动，转换水道上的转换水阀打开，主水箱内倾斜侧的水通过转换水道流到倾斜反方向侧后关闭转换水阀，倾斜侧伺服液压缸顶着活塞板向倾斜反方向侧压缩，主水箱侧面上的平衡水箱液位传感器检测到高液位信号后停止压缩，此时主水箱内的水储存到倾斜反方向侧，并向下提供反倾斜重力压着船舶回正；同时设在船体甲板上倾斜方向侧的升力风扇通过主传动轴的多级传动，从船舶动力系统输出的动力传动进自动变速器，PLC控制系统控制倾斜方向侧连接自动变速器的升力风扇高速转动，提供向上使船舶回正的升力；当船体发生左右方向倾斜时，压载传送装置上的横向传送电机可快速启动，传动链条带动横向传送轮往倾斜的反方向进行转动，放置在传送台上的压载货物在横向传送轮的带动下快速的往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体回正；当船体发生前后方向倾斜时，升降液压缸启动，顶着升降台向上升使纵向传送轮顶起压载货物脱离横向传送轮，纵向传送电机带动纵向传送轮往倾斜的反方向进行转动，使压载货物同时往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体回正；
4）船舶运输航行时，调谐平衡水箱上主水箱两端的可调液压阻尼器变小，主水箱两侧水位一致，船舶航行左右摇动时主水箱随着船舶上的横向水箱支座上的滚棍左右摇动，主水箱内的水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体上，起到抑制左右摇动目的，摆动时甲板上的倾角传感器检测出船舶摆动频率，PLC控制系统计算出调谐频率，控制可调液压阻尼器和伺服液压缸调整主水箱摆动频率和水晃动频率，同时步进电机正反转控制副水箱沿着滑动轨道前后移动频率，光栅尺实时反馈副水箱移动位置，实现抑制船舶运输航行时前后左右晃动的目的。
与现有技术相比，本发明的优点：
1.本发明起重搬运重物时，船舶能够自动调整倾斜现象，利用平衡水槽重力、浮力，平衡水箱重力以及风扇升力同时作用，使船舶快速达到平衡状态，避免侧翻，自动化程度、工作效率更高。
2.本发明使用的起重机能够自动调节平衡，根据起重重量、力矩，自动调节平衡配重水箱，同时移动装置与轨道采用扣接滚动方式连接，防止起重机出现侧翻现象，延长起重机的使用寿命。
3.本发明的升力风扇动力系统与船舶动力系统共用一套系统，通过齿轮组传输动力，自动调节升力，节约能耗。
4.本发明的压载传送装置，能够快速的把装载船舱内的货物传送到船舶不同的位置，利用货物本身的重力提供船舶倾斜反方向的压力，使船舶能够快速回正，有效的防止了船舶出现倾斜侧翻现象。
5.本发明配备的调谐平衡水箱既能在船舶起重重物倾斜时提供反向重力，又能在船舶运行时抑制船舶晃动，使船舶运行更加稳定；同时平衡水槽伸展可增加船体宽度，进一步增加船舶的稳定性，起重重物倾斜时也可提供反向重力使用，设计巧妙合理。
附图说明
图1是起重船舶整体示意图。
图2是平衡水槽右视图。
图3是船体俯视图。
图4是调谐水箱平衡示意图。
图5是副水箱示意图。
图6是升力风扇示意图。
图7是升力风扇动力连接示意图。
图8是自平衡起重机示意图。
图9是自平衡起重机配重水箱示意图。
图10是自平衡起重机移动装置示意图。
图11是压载传送装置示意图。
图12是起重船舶平衡系统框图。
图中零部件名称及序号：
船体1、平衡水槽2、调谐平衡水箱3、升力风扇4、自平衡起重机5、PLC控制系统6、甲板1.1、船舷1.2、船舱1.3、倾角传感器1.4、起重轨道1.5、起重轨道压力传感器1.6、起重机位移传感器1.7、平衡水槽2、槽体2.1、液压伸缩臂2.2、伸展液压缸2.3、翻转液压缸2.4、调谐平衡水箱3、主水箱3.1、活塞板3.2、转换水道3.3、转换水阀3.4、补水阀3.5、平衡水箱液位传感器3.6、伺服液压缸3.7、可调液压阻尼器3.8、水箱支座3.9、滚棍3.10、副水箱3.11、滑动轨道3.12、限位块Ⅱ3.13、步进电机3.14、滚珠丝杆3.15、光栅尺3.16、限位开关3.17、限位块Ⅰ3.18、升力风扇4、横向传动轴4.1、自动变速器4.2、锥形齿轮传动组Ⅰ4.3、纵向传动轴4.4、锥形齿轮传动组Ⅱ4.5、垂直传动轴4.6、锥形齿轮传动组Ⅲ4.7、主传动轴4.8、自平衡起重机5、起重机架5.1、吊臂5.2、平衡臂5.3、操作仓5.4、起吊小车5.5、旋转工作台5.6、固定配重块5.7、可变配重水箱装置5.8、多组水箱5.81、配重水箱进水阀5.82、配重水箱出水阀5.83、回流管5.84、配重水箱排水阀5.85、配重水箱调节泵5.86、配重水箱补水阀5.87、配重水箱补水泵5.88、配重水箱液位传感器5.89、配重水箱补水管5.810、起吊小车位移传感器5.9、起重重量传感器5.10、起重机回转角度传感器5.11、移动装置5.12、滚轮5.13、滚棍5.14、起重机移动电机5.15、PLC控制系统6、压载传送装置7、横向传送轮7.1、横向传送电机7.2、传动链条7.3、传动台7.4、纵向传送轮7.5、滚轴7.6、升降台7.7、升降液压缸7.8、纵向传送电机7.9、支撑杆7.10、压载货物7.11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
一种高效的起重船舶平衡系统，包括船体1，其特征在于：还包括平衡水槽2、调谐平衡水箱3、升力风扇4、自平衡起重机5及PLC控制系统6；所述平衡水槽2设有两组，分别设在船体1两侧的船舷1.2上，所述平衡水槽2包括槽体2.1和液压伸缩臂2.2，所述槽体2.1为顶部开口的U形船结构，所述槽体2.1底部铰接在液压伸缩臂2.2伸出端，所述槽体2.1侧面铰接在翻转液压缸2.4伸出端，所述翻转液压缸2.4缸底端铰接在液压伸缩臂2.2上，所述液压伸缩臂2.2头端铰接在船舷1.2上，所述液压伸缩臂2.2上设有伸展液压缸2.3，所述伸展液压缸2.3伸出端铰接在液压伸缩臂2.2上，所述伸展液压缸2.3缸底端铰接在船舷1.2上；所述调谐平衡水箱3设有两组，分别设在在船舱1.3内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱3包括主水箱3.1和副水箱3.11，所述主水箱3.1底部设有横向水箱支座3.9，所述水箱支座3.9固定在船体1底部，所述水箱支座3.9两端设有限位块Ⅰ3.18，所述水箱支座3.9上设有滚棍3.10，所述滚棍3.10与主水箱3.1滚动连接，所述主水箱3.1内设有活塞板3.2，所述活塞板3.2把主水箱3.1隔成两部分，所述活塞板3.2两边设有伺服液压缸3.7，所述伺服液压缸3.7穿过主水箱3.1侧壁并分别固定在船舱1.3内两侧，所述主水箱3.1内部上端设有转换水道3.3，所述转换水道3.3两端设有两组转换水阀3.4，所述转换水道3.3侧端设有补水阀3.5，所述主水箱3.1外侧端横向设有两组可调液压阻尼器3.8，所述可调液压阻尼器3.8连接固定在船舱1.3侧端和主水箱3.1外侧端之间，所述主水箱3.1两侧端分别设有低、中、高三组平衡水箱液位传感器3.6；所述副水箱3.11纵向设在主水箱3.1顶部，所述副水箱3.11底部设有两组滑动轨道3.12，所述滑动轨道3.12支撑副水箱3.11固定在主水箱3.1上表面，所述滑动轨道3.12两端设有限位块Ⅱ3.13，所述限位块Ⅱ3.13上固定设有限位开关3.17，所述副水箱3.11底部中间位置固定设有滚珠丝杆3.15，所述滚珠丝杆3.15端部设有步进电机3.14，所述滚珠丝杆3.15旁设有光栅尺3.16，所述光栅尺3.16与滑动轨道3.12平行固定在主水箱3.1上表面；所述升力风扇4设有四组，分别设在船体1四周的甲板1.1上，所述升力风扇4设有两组横向传动轴4.1，所述横向传动轴4.1两端设有自动变速器4.2，所述横向传动轴4.1中间设有锥形齿轮传动组Ⅰ4.3，所述锥形齿轮传动组Ⅰ4.3与纵向传动轴4.4两端连接，所述纵向传动轴4.4中间设有锥形齿轮传动组Ⅱ4.5，所述锥形齿轮传动组Ⅱ4.5与垂直传动轴4.6上端连接，所述垂直传动轴4.6下端连接到锥形齿轮传动组Ⅲ4.7，所述锥形齿轮传动组Ⅲ4.7由主传动轴4.8输入传动，所述主传动轴4.8连接到船舶动力系统；所述甲板1.1上设有起重轨道1.5，所述自平衡起重机5设在所述起重轨道1.5上；所述压载传送装置7设在船舱1.3底部，所述压载传送装置7包括横向传送轮7.1、纵向传送轮7.5及传动台7.4所述传动台7.4固定在船舱1.3底部，所述传动台7.4上设有多组横向传送轮7.1，所述横向传送轮7.1上设有传动链条7.3，所述传动链条7.3连接到横向传送电机7.2上，所述纵向传送轮7.5交错设在横向传送轮7.1之间，所述纵向传送轮7.5上设有滚轴7.6，所述滚轴7.6两端设有支撑杆7.10，所述支撑杆7.10与滚轴7.6铰接，所述滚轴7.6端部设有纵向传送电机7.9，所述支撑杆7.10底部固定连接到升降台7.7，所述升降台7.7底部固定有多组升降液压缸7.8，所述横向传送轮7.1或所述纵向传送轮7.5上放有压载货物7.11；所述液压伸缩臂2.2、伸展液压缸2.3、翻转液压缸2.4、伺服液压缸3.7、转换水阀3.4、补水阀3.5、平衡水箱液位传感器3.6、可调液压阻尼器3.8、步进电机3.14、自动变速器4.2、横向传送电机7.2、纵向传送电机7.9及升降液压缸7.8均连接到PLC控制系统6。
所述甲板1.1上设有两组起重轨道1.5，所述起重轨道1.5固定在甲板1.1两侧，所述起重轨道1.5呈“工”字型，并且顶部形成圆弧结构，所述起重轨道1.5底部设三组起重轨道压力传感器1.6，所述起重轨道1.5两端设有两组起重机位移传感器1.7，所述甲板1.1四周及前后位置设有六组倾角传感器1.4，所述轨道压力传感器1.6、起重机位移传感器1.7及倾角传感器1.4均连接到PLC控制系统6。
所述自平衡起重机5包括起重机架5.1、吊臂5.2和平衡臂5.3，所述起重机架5.1底部设有四组移动装置5.12，所述起重机架5.1顶部设有旋转工作台5.6，所述旋转工作台5.6上固定设有操作仓5.4，所述吊臂5.2固定在旋转工作台5.6上，所述吊臂5.2上设有起吊小车5.5，所述起吊小车5.5与吊臂5.2滑动连接，述起吊小车5.5上设有起重重量传感器5.10，所述吊臂5.2尾部设有起吊小车位移传感器5.9；所述平衡臂5.3固定在旋转工作台5.6上，所述平衡臂5.3与吊臂5.2对应形成一条直线并对接在一起，所述平衡臂5.3上设有可变配重水箱装置5.8，所述可变配重水箱装置5.8设在平衡臂5.3底部，所述可变配重水箱装置5.8包括多组水箱5.81、配重水箱调节泵5.86和配重水箱补水泵5.88，所述多组水箱5.81至少设有两组，所述多组水箱5.81顶部设有配重水箱进水阀5.82，所述多组水箱5.81底部设有配重水箱出水阀5.83，所述多组水箱5.81顶部设有配重水箱液位传感器5.89，所述配重水箱出水阀5.83连接到回流管5.84，所述回流管5.84上设有配重水箱调节泵5.86 ，所述回流管5.84连接到配重水箱进水阀5.82，所述回流管5.84连接到配重水箱排水阀5.85，所述配重水箱补水泵5.88上设有配重水箱补水管5.810，所述配重水箱补水管5.810一端连接到配重水箱补水阀5.87另一端连接到水域中，所述配重水箱补水阀5.87出口与回流管5.84连接；所述起吊小车位移传感器5.9、起重重量传感器5.10、配重水箱进水阀5.82、配重水箱出水阀5.83、配重水箱排水阀5.85、配重水箱液位传感器5.89、配重水箱补水阀5.87、 配重水箱调节泵5.86 及配重水箱补水泵5.88均连接到PLC控制系统6。
所述移动装置5.12为底部设有缺口正方形结构，所述移动装置5.12缺口位置与“工”型起重轨道1.5中部位置对应，并且设有滚棍5.14，所述滚棍5.14同时与移动装置5.12及起重轨道1.5滚动连接，所述移动装置5.12内设有内凹的滚轮5.13，所述滚轮5.13与起重轨道1.5顶部滚动连接，所述滚轮5.13连接有起重机移动电机5.15，所述起重机移动电机5.15连接到PLC控制系统6。
本发明包括以下步骤：
起吊货物前，PLC控制系统6启动自检程序，检测数据采集端、执行工作端信号正常，进入工作准备状态；起吊较轻货物时，船体1两侧的液压伸缩臂2.2顶出带动槽体2.1下降到水面，下降的同时，伸展液压缸2.3支撑液压伸缩臂2.2向两边扩展，此时两侧的槽体2.1提供向上的浮力，使船体1在水面上保持稳定，不会出现倾斜；自平衡起重机5转动吊臂5.2到需要起吊的货物上方，起吊小车5.5加载货物，起重重量传感器5.10检测出货物重量，起吊小车位移传感器5.9检测出力臂，起重机回转角度传感器5.11检测转动的角度位置并反馈到PLC控制系统6计算得出力矩平衡参数，PLC控制系统6控制平衡臂5.3上的可变配重水箱装置5.8工作，启动配重水箱调节泵5.86调节多组水箱5.81内的水量以及选择需要注水的箱体，配重水箱液位传感器5.89检测出水量达到要求后反馈信号到PLC控制系统6停止调节，此时利用重心到平衡支点距离的变化和重力变化量调节到平衡状态，同时起重机架5.1底部的移动装置5.12由于与工”型起重轨道1.5相扣滚动连接在一起，确保了自平衡起重机5不会出现脱轨翻车；起吊较重货物时，系统执行步骤2工作流程后，自平衡起重机5工作达到初步平衡状态，但由于加载重物，船舶受到起重外力矩的作用出现倾斜，甲板1.1上的起重轨道压力传感器1.6检测出施加的外力，起重机位移传感器1.7检测出施加外力的距离，倾角传感器1.4检测出船舶倾斜角度并反馈到PLC控制系统6, PLC控制系统6计算出反方向补偿回复力矩后，倾斜反方向侧翻转液压缸2.4动作带动槽体2.1向下翻转使槽体2.1中装入水，槽体2.1装满水后翻转液压缸2.4带动槽体2.1回正，伸展液压缸2.3顶出，使槽体2.1离开水面，此时槽体2.1中装满水提供向下的反倾斜重力拉动船舶回正；同时调谐平衡水箱3上主水箱3.1两端可调液压阻尼器3.8变大，使主水箱3.1无法左右移动，倾斜反方向端的伺服液压缸3.7动作，顶着活塞板3.2向倾斜方向移动，转换水道3.3上的转换水阀3.4打开，主水箱3.1内倾斜侧的水通过转换水道3.3流到倾斜反方向侧后关闭转换水阀3.4，倾斜侧伺服液压缸3.7顶着活塞板向倾斜反方向侧压缩，主水箱3.1侧面上的平衡水箱液位传感器3.6检测到高液位信号后停止压缩，此时主水箱3.1内的水储存到倾斜反方向侧，并向下提供反倾斜重力压着船舶回正；同时设在船体1甲板1.1上倾斜方向侧的升力风扇4通过主传动轴4.8的多级传动，从船舶动力系统输出的动力传动进自动变速器4.2，PLC控制系统6控制倾斜方向侧连接自动变速器4.2的升力风扇4高速转动，提供向上使船舶回正的升力；当船体1发生左右方向倾斜时，压载传送装置7上的横向传送电机7.2可快速启动，传动链条7.3带动横向传送轮7.1往倾斜的反方向进行转动，放置在传送台7.4上的压载货物7.11在横向传送轮7.1的带动下快速的往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体1回正；当船体1发生前后方向倾斜时，升降液压缸7.8启动，顶着升降台7.7向上升使纵向传送轮7.5顶起压载货物7.11脱离横向传送轮7.1，纵向传送电机7.9带动纵向传送轮7.5往倾斜的反方向进行转动，使压载货物7.11同时往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体1回正；船舶运输航行时，调谐平衡水箱3上主水箱3.1两端的可调液压阻尼器3.8变小，主水箱3.1两侧水位一致，船舶航行左右摇动时主水箱3.1随着船舶上的横向水箱支座3.9上的滚棍3.10左右摇动，主水箱3.1内的水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体1上，起到抑制左右摇动目的，摆动时甲板1.1上的倾角传感器1.4检测出船舶摆动频率，PLC控制系统6计算出调谐频率，控制可调液压阻尼器3.8和伺服液压缸3.7调整主水箱3.1摆动频率和水晃动频率，同时步进电机3.14正反转控制副水箱3.11沿着滑动轨道3.12前后移动频率，光栅尺3.16实时反馈副水箱3.11移动位置，实现抑制船舶运输航行时前后左右晃动的目的。
实施例2：
本实施例2同实施例1结构及原理基本相同，不同的是所述旋转工作台5.6上设有起重机回转角度传感器5.11，所述重机回转角度传感器5.11检测起重机搬运货物时的回转角度反馈给PLC控制系统便于控制系统快速计算重心位置，并调节船体平衡。
实施例3：
本实施例3同实施例1结构及原理基本相同，不同的是所述平衡臂5.3上设有固定配重块5.7，所述配重块在起重机空载时可以进行平衡配重，避免起重机空载时因为船体摇晃出现侧翻现象出现，同时起重货物时也可以通过平衡重力。
实施例4：
本实施例4同实施例1结构及原理基本相同，不同的是所述旋转工作台5.6上设有起重机回转角度传感器5.11，所述重机回转角度传感器5.11检测起重机搬运货物时的回转角度反馈给PLC控制系统便于控制系统快速计算重心位置，并调节船体平衡；所述平衡臂5.3上设有固定配重块5.7，所述配重块在起重机空载时可以进行平衡配重，避免起重机空载时因为船体摇晃出现侧翻现象出现，同时起重货物时也可以通过平衡重力。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种高效的起重船舶平衡系统，包括船体（1），其特征在于：还包括平衡水槽（2）、调谐平衡水箱（3）、升力风扇（4）、自平衡起重机（5）、PLC控制系统（6）及压载传送装置（7）；所述平衡水槽（2）设有两组，分别设在船体（1）两侧的船舷（1.2）上，所述平衡水槽（2）包括槽体（2.1）和液压伸缩臂（2.2），所述槽体（2.1）为顶部开口的U形船结构，所述槽体（2.1）底部铰接在液压伸缩臂（2.2）伸出端，所述槽体（2.1）侧面铰接在翻转液压缸（2.4）伸出端，所述翻转液压缸（2.4）缸底端铰接在液压伸缩臂（2.2）上，所述液压伸缩臂（2.2）头端铰接在船舷（1.2）上，所述液压伸缩臂（2.2）上设有伸展液压缸（2.3），所述伸展液压缸（2.3）伸出端铰接在液压伸缩臂（2.2）上，所述伸展液压缸（2.3）缸底端铰接在船舷（1.2）上；所述调谐平衡水箱（3）设有两组，分别设在在船体（1）内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱（3）包括主水箱（3.1）和副水箱（3.11），所述主水箱（3.1）底部设有横向水箱支座（3.9），所述水箱支座（3.9）固定在船舱（1.3）底部，所述水箱支座（3.9）两端设有限位块Ⅰ（3.11），所述水箱支座（3.9）上设有滚棍（3.10），所述滚棍（3.10）与主水箱（3.1）滚动连接，所述主水箱（3.1）内设有活塞板（3.2），所述活塞板（3.2）把主水箱（3.1）隔成两部分，所述活塞板（3.2）两边设有伺服液压缸（3.7），所述伺服液压缸（3.7）穿过主水箱（3.1）侧壁并分别固定在船舱（1.3）内两侧，所述主水箱（3.1）内部上端设有转换水道（3.3），所述转换水道（3.3）两端设有两组转换水阀（3.4），所述转换水道（3.3）侧端设有补水阀（3.5），所述主水箱（3.1）外侧端横向设有两组可调液压阻尼器（3.8），所述可调液压阻尼器（3.8）连接固定在船舱（1.3）侧端和主水箱（3.1）外侧端之间，所述主水箱（3.1）两侧端分别设有低、中、高三组平衡水箱液位传感器(3.6)；所述副水箱（3.11）纵向设在主水箱（3.1）顶部，所述副水箱（3.11）底部设有两组滑动轨道（3.12），所述滑动轨道（3.12）支撑副水箱（3.11）固定在主水箱（3.1）上表面，所述滑动轨道（3.12）两端设有限位块Ⅱ（3.13），所述限位块Ⅱ（3.13）上固定设有限位开关（3.17），所述副水箱（3.11）底部中间位置固定设有滚珠丝杆（3.15），所述滚珠丝杆（3.15）端部设有步进电机（3.14），所述滚珠丝杆（3.15）旁设有光栅尺（3.16），所述光栅尺（3.16）与滑动轨道（3.12）平行固定在主水箱（3.1）上表面；所述升力风扇（4）设有四组，分别设在船体（1）四周的甲板（1.1）上，所述升力风扇（4）设有两组横向传动轴（4.1），所述横向传动轴（4.1）两端设有自动变速器（4.2），所述横向传动轴（4.1）中间设有锥形齿轮传动组Ⅰ（4.3），所述锥形齿轮传动组Ⅰ（4.3）与纵向传动轴（4.4）两端连接，所述纵向传动轴（4.4）中间设有锥形齿轮传动组Ⅱ（4.5），所述锥形齿轮传动组Ⅱ（4.5）与垂直传动轴（4.6）上端连接，所述垂直传动轴（4.6）下端连接到锥形齿轮传动组Ⅲ（4.7），所述锥形齿轮传动组Ⅲ（4.7）由主传动轴（4.8）输入传动，所述主传动轴（4.8）连接到船舶动力系统；所述甲板（1.1）上设有起重轨道（1.5），所述自平衡起重机（5）设在所述起重轨道（1.5）上；所述压载传送装置（7）设在船舱（1.3）底部，所述压载传送装置（7）包括横向传送轮（7.1）、纵向传送轮（7.5）及传动台（7.4）所述传动台（7.4）固定在船舱（1.3）底部，所述传动台（7.4）上设有多组横向传送轮（7.1），所述横向传送轮（7.1）上设有传动链条（7.3），所述传动链条（7.3）连接到横向传送电机（7.2）上，所述纵向传送轮（7.5）交错设在横向传送轮（7.1）之间，所述纵向传送轮（7.5）上设有滚轴（7.6），所述滚轴（7.6）两端设有支撑杆（7.10），所述支撑杆（7.10）与滚轴（7.6）铰接，所述滚轴（7.6）端部设有纵向传送电机（7.9），所述支撑杆（7.10）底部固定连接到升降台（7.7），所述升降台（7.7）底部固定有多组升降液压缸（7.8），所述横向传送轮（7.1）或所述纵向传送轮（7.5）上放有压载货物（7.11）；所述液压伸缩臂(2.2)、伸展液压缸（2.3）、翻转液压缸（2.4）、伺服液压缸（3.7）、转换水阀（3.4）、补水阀（3.5）、平衡水箱液位传感器(3.6)、可调液压阻尼器（3.8）、步进电机（3.14）、自动变速器（4.2）、横向传送电机（7.2）、纵向传送电机（7.9）及升降液压缸（7.8）均连接到PLC控制系统（6）。
2.根据权利要求1所述的一种高效的起重船舶平衡系统，其特征在于：所述起重轨道（1.5）固定在甲板（1.1）两侧，所述起重轨道（1.5）呈“工”字型，并且顶部形成圆弧结构，所述起重轨道（1.5）底部设三组起重轨道压力传感器(1.6)，所述起重轨道（1.5）两端设有两组起重机位移传感器（1.7），所述甲板（1.1）四周及前后位置设有六组倾角传感器（1.4），所述轨道压力传感器(1.6)、起重机位移传感器（1.7）及倾角传感器（1.4）均连接到PLC控制系统（6）。
3.根据权利要求1所述的一种高效的起重船舶平衡系统，其特征在于：所述自平衡起重机（5）包括起重机架（5.1）、吊臂（5.2）和平衡臂（5.3），所述起重机架（5.1）底部设有四组移动装置（5.12），所述起重机架（5.1）顶部设有旋转工作台（5.6），所述旋转工作台（5.6）上固定设有操作仓（5.4），所述旋转工作台（5.6）上设有起重机回转角度传感器（5.11），所述吊臂（5.2）固定在旋转工作台（5.6）上，所述吊臂（5.2）上设有起吊小车（5.5），所述起吊小车（5.5）与吊臂（5.2）滑动连接，述起吊小车（5.5）上设有起重重量传感器（5.10），所述吊臂（5.2）尾部设有起吊小车位移传感器(5.9)；所述平衡臂（5.3）固定在旋转工作台（5.6）上，所述平衡臂（5.3）与吊臂（5.2）对应形成一条直线并对接在一起，所述平衡臂（5.3）上设有固定配重块（5.7）和可变配重水箱装置（5.8），所述可变配重水箱装置（5.8）设在固定配重块（5.7）右侧，所述可变配重水箱装置（5.8）包括多组水箱（5.81）、配重水箱调节泵（5.86）和配重水箱补水泵（5.88），所述多组水箱（5.81）至少设有两组，所述多组水箱（5.81）顶部设有配重水箱进水阀（5.82），所述多组水箱（5.81）底部设有配重水箱出水阀（5.83），所述多组水箱（5.81）顶部设有配重水箱液位传感器（5.89），所述配重水箱出水阀（5.83）连接到回流管（5.84），所述回流管（5.84）上设有配重水箱调节泵（5.86） ，所述回流管（5.84）连接到配重水箱进水阀（5.82），所述回流管（5.84）连接到配重水箱排水阀（5.85），所述配重水箱补水泵（5.88）上设有配重水箱补水管（5.810），所述配重水箱补水管（5.810）一端连接到配重水箱补水阀（5.87）另一端连接到水域中，所述配重水箱补水阀（5.87）出口与回流管（5.84）连接；所述起吊小车位移传感器(5.9)、起重重量传感器（5.10）、起重机回转角度传感器（5.11）、配重水箱进水阀（5.82）、配重水箱出水阀（5.83）、配重水箱排水阀（5.85）、配重水箱液位传感器（5.89）、配重水箱补水阀（5.87）、 配重水箱调节泵（5.86） 及配重水箱补水泵（5.88）均连接到PLC控制系统（6）。
4.根据权利要求3所述的一种高效的起重船舶平衡系统，其特征在于：所述移动装置（5.12）为底部设有缺口正方形结构，所述移动装置（5.12）缺口位置与“工”型起重轨道（1.5）中部位置对应，并且设有滚棍（5.14），所述滚棍（5.14）同时与移动装置（5.12）及起重轨道（1.5）滚动连接，所述移动装置（5.12）内设有内凹的滚轮（5.13），所述滚轮（5.13）与起重轨道（1.5）顶部滚动连接，所述滚轮（5.13）连接有起重机移动电机（5.15），所述起重机移动电机（5.15）连接到PLC控制系统（6）。
5.根据权利要求1-4所述的一种高效的起重船舶平衡系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）起吊货物前，PLC控制系统（6）启动自检程序，检测数据采集端、执行工作端信号正常，进入工作准备状态；
2）起吊较轻货物时，船体（1）两侧的液压伸缩臂（2.2）顶出带动槽体（2.1）下降到水面，下降的同时，伸展液压缸（2.3）支撑液压伸缩臂（2.2）向两边扩展，此时两侧的槽体（2.1）提供向上的浮力，使船体（1）在水面上保持稳定，不会出现倾斜；自平衡起重机（5）转动吊臂（5.2）到需要起吊的货物上方，起吊小车（5.5）加载货物，起重重量传感器（5.10）检测出货物重量，起吊小车位移传感器(5.9)检测出力臂，起重机回转角度传感器（5.11）检测转动的角度位置并反馈到PLC控制系统（6）计算得出力矩平衡参数，PLC控制系统（6）控制平衡臂（5.3）上的可变配重水箱装置（5.8）工作，启动配重水箱调节泵（5.86）调节多组水箱（5.81）内的水量以及选择需要注水的箱体，配重水箱液位传感器(5.89)检测出水量达到要求后反馈信号到PLC控制系统（6）停止调节，此时利用重心到平衡支点距离的变化和重力变化量调节到平衡状态，同时起重机架（5.1）底部的移动装置（5.12）由于与工”型起重轨道（1.5）相扣滚动连接在一起，确保了自平衡起重机（5）不会出现脱轨翻车；
3）起吊较重货物时，系统执行步骤2）工作流程后，自平衡起重机（5）工作达到初步平衡状态，但由于加载重物，船舶受到起重外力矩的作用出现倾斜，甲板（1.1）上的起重轨道压力传感器(1.6)检测出施加的外力，起重机位移传感器（1.7）检测出施加外力的距离，倾角传感器（1.4）检测出船舶倾斜角度并反馈到PLC控制系统（6）, PLC控制系统（6）计算出反方向补偿回复力矩后，倾斜反方向侧翻转液压缸(2.4)动作带动槽体（2.1）向下翻转使槽体（2.1）中装入水，槽体（2.1）装满水后翻转液压缸(2.4)带动槽体（2.1）回正，伸展液压缸（2.3）顶出，使槽体（2.1）离开水面，此时槽体（2.1）中装满水提供向下的反倾斜重力拉动船舶回正；同时调谐平衡水箱（3）上主水箱（3.1）两端可调液压阻尼器（3.8）变大，使主水箱（3.1）无法左右移动，倾斜反方向端的伺服液压缸（3.7）动作，顶着活塞板（3.2）向倾斜方向移动，转换水道（3.3）上的转换水阀（3.4）打开，主水箱（3.1）内倾斜侧的水通过转换水道（3.3）流到倾斜反方向侧后关闭转换水阀（3.4），倾斜侧伺服液压缸（3.7）顶着活塞板向倾斜反方向侧压缩，主水箱（3.1）侧面上的平衡水箱液位传感器(3.6)检测到高液位信号后停止压缩，此时主水箱（3.1）内的水储存到倾斜反方向侧，并向下提供反倾斜重力压着船舶回正；同时设在船体（1）甲板（1.1）上倾斜方向侧的升力风扇（4）通过主传动轴（4.8）的多级传动，从船舶动力系统输出的动力传动进自动变速器（4.2），PLC控制系统（6）控制倾斜方向侧连接自动变速器（4.2）的升力风扇（4）高速转动，提供向上使船舶回正的升力；当船体（1）发生左右方向倾斜时，压载传送装置（7）上的横向传送电机（7.2）可快速启动，传动链条（7.3）带动横向传送轮（7.1）往倾斜的反方向进行转动，放置在传送台（7.4）上的压载货物（7.11）在横向传送轮（7.1）的带动下快速的往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体（1）回正；当船体（1）发生前后方向倾斜时，升降液压缸（7.8）启动，顶着升降台（7.7）向上升使纵向传送轮（7.5）顶起压载货物（7.11）脱离横向传送轮（7.1），纵向传送电机（7.9）带动纵向传送轮（7.5）往倾斜的反方向进行转动，使压载货物（7.11）同时往倾斜反方向移动，在倾斜反方向提供向下的压力使船体（1）回正；
4）船舶运输航行时，调谐平衡水箱（3）上主水箱（3.1）两端的可调液压阻尼器（3.8）变小，主水箱（3.1）两侧水位一致，船舶航行左右摇动时主水箱（3.1）随着船舶上的横向水箱支座（3.9）上的滚棍（3.10）左右摇动，主水箱（3.1）内的水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体（1）上，起到抑制左右摇动目的，摆动时甲板（1.1）上的倾角传感器（1.4）检测出船舶摆动频率，PLC控制系统（6）计算出调谐频率，控制可调液压阻尼器（3.8）和伺服液压缸（3.7）调整主水箱（3.1）摆动频率和水晃动频率，同时步进电机（3.14）正反转控制副水箱（3.11）沿着滑动轨道（3.12）前后移动频率，光栅尺（3.16）实时反馈副水箱（3.11）移动位置，实现抑制船舶运输航行时前后左右晃动的目的。
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