CN113233356A - 一种船用起重机升沉补偿系统、补偿方法及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用起重机升沉补偿系统、补偿方法及操作方法，包括补给船和被补给船，所述的补给船上安装有基座，基座上安装有吊臂，所述吊臂的一侧安装有测量绞车，另一侧安装有补偿绞车，吊臂的端部安装有第一导向轮和第二导向轮，第一导向轮与补偿绞车之间连接有第一钢丝绳，第一钢丝绳穿过第一导向轮，其末端设有吊钩，所述的第二导向轮与测量绞车之间连接有第二钢丝绳，所述的第二钢丝绳穿过第二导向轮，其末端连接有测量钩。本发明采用编码器对两船的相对升沉运动速度和加速度进行测量，通过补偿绞车对货物吊钩进行主动升沉补偿运动，能够在恶劣的海况下，在两船体摇摆不定的状态下，保证精确及时的升沉补偿运动，造价成本低，适合推广。

Description

一种船用起重机升沉补偿系统、补偿方法及操作方法
技术领域
本发明涉及一种升沉补偿系统、补偿方法及操作方法，尤其涉及一种船用起重机升沉补偿系统、补偿方法及操作方法。
背景技术
随着现在海洋资源的不断开发，船用起重机是海上补给、海上打捞、救助必不可少的重要工具。在船舶上吊机海上作业时，由于受到风浪的影响及两船间的水动力干扰，会产生比单船时更剧烈的摇荡运动，影响作业安全性和效率。现有具有波浪升沉补偿的船用吊机可以在在恶劣的海况条件下，实现船与海上固定平台(海工平台)或者海上固定平台之间的货物运输，并保证高效、安全的完成货物转运任务，但是，不适用于在海上船与船之间实施补给作业。
市场上已有的船与船之间靠帮吊运补给的吊机为被动补偿装置，是通过液压油缸带动导向滑轮运动实现升沉补偿，但测量系统拉力和负载等重，增加了钢丝绳的摩擦和缠绕次数，钢丝绳易磨损，增加了装置的维护成本。同时，被动式升沉补偿依靠船舶的上升和下降来压缩和释放储能器里的空气，储能器作为空气弹簧吸收冲击力，减少钢丝绳的张力。但是被动式深沉补偿存在严重的滞后性，补偿精度较低。
市场上还未有的成熟的主动升沉补偿装置，用于在海上船与船之间实施补给作业。有的设计想法是实现船船之间的升沉补偿需要两个MRU(motionreferenceunit)测量两船的各自姿态，再通过位姿计算，计算出吊钩在垂直方向的位移，通过控制执行机构对钢丝绳进行实时收放。虽然这种主动波浪补偿方法可以实现两船之间精确的升沉补偿，但成本较高，实际使用中还存在困难，工程化推广还未普及。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种船用起重机升沉补偿系统、补偿方法及操作方法，解决了船用起重机升沉补偿滞后、补偿精度低和成本高的问题，实现了船与船之间货物吊放补给的升沉补偿。
技术方案：本发明包括补给船和被补给船，所述的补给船上安装有基座，基座上安装有吊臂，所述吊臂的一侧安装有测量绞车，另一侧安装有补偿绞车，吊臂的端部安装有第一导向轮和第二导向轮，所述的第一导向轮与补偿绞车之间连接有第一钢丝绳，第一钢丝绳穿过第一导向轮，其末端设有吊钩，所述的第二导向轮与测量绞车之间连接有第二钢丝绳，所述的第二钢丝绳穿过第二导向轮，其末端连接有测量钩。
所述的测量绞车包括编码器和第二卷筒，所述的第二卷筒通过第二马达与编码器连接。
所述的第二卷筒上绕有第二钢丝绳。
所述的第二钢丝绳为恒力钢丝绳，在升沉补偿时第二钢丝绳由于恒拉力的作用，一直处于张紧状态，可以时刻随两船的相对升沉而快速伸缩，测量绞车的滚筒随着恒力绳转动，可以精确的测量出两船相对的升沉速度和加速度。
所述的补偿绞车包括第一卷筒，所述的第一卷筒上绕有第一钢丝绳。
所述的被补给船上设有地令，所述的地令与测量钩连接，用来测量两船之间的相对升沉速度和加速度。
所述吊臂的端部安装有吊机头部，所述的吊机头部安装有第一导向轮和第二导向轮。
一种船用起重机升沉补偿系统的补偿方法，根据测量绞车测出的两船相对升沉速度，控制补偿绞车进行升沉补偿，具体为：
(1)当主动升沉补偿未启动时，补给船的升沉速度为V1，被补给船的升沉速度为V2，货物与被补给船的相对升沉速度V3＝V1-V2,相对速度V3不为0；
(2)当主动升沉补偿启动时，补给船的升沉速度为V1，被补给船的升沉速度为V2，补偿速度V4＝-(V1-V2),货物与被补给船的相对升沉速度V5＝(V1-V2)-(V1-V2)，此时相对速度V5为0。
一种船用起重机升沉补偿系统的操作方法，包括以下步骤：
(1)将补给船起重机的吊钩吊上货物；
(2)同步下放吊钩和测量钩，当货物距离吊机头部和被补给船甲板的距离都大于补偿行程后，停止吊钩下降；
(3)下放测量钩至被补给船甲板，将测量钩挂在被补给船甲板的地令上；
(4)启动测量绞车的恒张力控制，张紧测量钩上的第二钢丝绳；
(5)通过测量绞车上的编码器测量第二钢丝绳的运动位移，计算出两船相对运动速度和加速度；
(6)启动升沉补偿系统，控制器控制补偿绞车按照经计算出的相对运动速度控制货物同步跟随被补给船运动；
(7)以经补偿后的速度下放货物，直至第一钢丝绳弯曲不受力，停止下放货物；
(8)脱掉测量钩，并关闭升沉补偿系统。
有益效果：
(1)本发明采用编码器对两船的相对升沉运动速度和加速度进行测量，通过补偿绞车对货物吊钩进行主动升沉补偿运动，能够在恶劣的海况下，在两船体摇摆不定的状态下，保证精确及时的升沉补偿运动，有效的解决了当前升沉补偿滞后的问题，使吊机安全、灵活、高效的吊放货物，造价成本更低，适合推广；
(2)本发明测量装置中使用的钢丝绳为恒力绳，补偿的过程中一直处于张紧状态，保证了补偿的及时性和精确性；
(3)本发明可以实现船与船之间的升沉补偿，可以保证补给船与被补给船之间稳定、高效的进行货物转运，和船与岸的升沉补偿有本质的区别，船船靠帮可以减少船与船之间的相对横荡、纵荡，使升沉补偿更加精确；
(4)本发明测量和补偿装置集中于起重机上，不需要两船之间测量装置的通讯，适应性更强。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的起重机升沉补偿装置总体结构示意图；
图3为本发明的测量绞车结构示意图；
图4为本发明的补偿绞车结构示意图；
图5为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括补给船101和被补给船113，补给船101的甲板上安装有起重机基座106，起重机可以实现较大的作业范围，便于完成船船之间的货物补给，节省补给船101的甲板面积。基座106上安装有吊臂107，吊臂107通过铰链与基座106转动连接，吊臂107的另一端安装有吊机头部201，如图2所示，吊机头部201上安装有第一导向轮104和第二导向轮109。
如图1所示，吊臂107一侧安装有测量绞车108，另一侧安装有补偿绞车105，如图3所示，测量绞车108包括编码器301、第二马达302和第二卷筒303，第二卷筒303通过第二马达302与编码器301连接；如图4所示，补偿绞车105包括第一马达402和第一卷筒401。
第一导向轮104与补偿绞车105之间通过第一钢丝绳103连接，第一钢丝绳103一端缠绕在补偿绞车105的第一卷筒401上，另一端穿过吊机头部201的第一导向轮104与吊钩202相连，用于起吊货物102。补偿绞车105主要用于收放吊钩202上的第一钢丝绳103，完成货物102的吊装。补偿绞车105使用液压马达驱动，具有升沉补偿功能，能够补偿补给船101和被补给船113的相对升沉运动，避免在吊装货物102时货物102与被补给船113碰撞。
第二导向轮109与测量绞车108之间通过第二钢丝绳110连接，第二钢丝绳110为恒力钢丝绳，在升沉补偿时第二钢丝绳110由于恒拉力的作用，一直处于张紧状态，可以时刻随两船的相对升沉而快速伸缩，测量绞车108的滚筒随着恒力绳转动，可以精确的测量出两船相对的升沉速度和加速度。第二钢丝绳110一端缠绕在测量绞车108的第二卷筒303上，另一端穿过吊机头部201的第二导向轮109与测量钩111相连，测量钩111与被补给船113上的地令112连接，用来测量两船之间的相对升沉速度和加速度。测量钩111工作时挂在被补给船113甲板上的地令112上，通过恒力钢丝绳与测量绞车108相连，完成升沉运动的测量，测量绞车108设有编码器301，编码器301可以测量第二卷筒303的转速，从而求得补给船101与被补给船113的相对升沉运动速度。
当测量钩111挂在被补给船113甲板的地令112上并张紧时，测量钩111会随着被补给船113的升沉运动而随动。因测量钩111的第二钢丝绳110受到恒拉力，所以当测量钩110随被补给船113升沉运动时，测量绞车108会随着转动，通过与绞车连接的编码器301将脉冲信号传递给控制器，通过控制器计算出补给船101与被补给船113的相对升沉速度和加速度。根据测量值，控制器控制补偿绞车105对吊钩202上的货物102进行反向主动升沉补偿运动，保持货物102与被补给船113相对平稳状态，并通过手动操作柄将货物102平稳的放在被补给船113上的目标位置，完成转运任务。
编码器301是一种数字角度传感器，它可以将角位移转换成与之对应的电脉冲，“M法”测速，通过测量一段固定时间间隔内的编码器脉冲数来计算转速。设定在固定时间T内测得的编码器脉冲数为M,编码器每转脉冲数为P,则转速为：
Figure BDA0003059899160000051
线速度V＝N*2πR，R为第二卷筒303的半径；通过测得的相邻两个速度点的速度差ΔV及其时间间隔ΔT可以计算出加速度
Figure BDA0003059899160000052
本发明的补偿方法为：根据测量绞车108测出的两船相对升沉速度，控制补偿绞车105进行升沉补偿；当主动升沉补偿未启动时，补给船101的升沉速度为V1，被补给船113的升沉速度为V2，货物102与被补给船113的相对升沉速度V3＝V1-V2,相对速度V3不为0，在下放货物102的过程中，货物102与被补给船113容易发生碰撞；当主动升沉补偿启动时，补给船101的升沉速度为V1，被补给船113的升沉速度为V2，补偿速度V4＝-(V1-V2),货物102与被补给船113的相对升沉速度V5＝(V1-V2)-(V1-V2)，两船之间的相对升沉速度被补偿，此时相对速度V5为0，可安全的将货物102转运到被补给船113的目标位置。
本发明的操作方法包括以下步骤：
(1)将补给船起重机的吊钩吊上货物；
(2)同步下放吊钩和测量钩，使货物距离被补给船甲板处于设定范围之内，停止吊钩下降，由于本实施例的补偿行程为±1.5m，所以货物距离吊机头部和被补给船甲板的距离都要大于1.5m；
(3)下放测量钩至被补给船甲板，将测量钩挂在被补给船甲板的地令上；
(4)启动测量绞车的恒张力控制，张紧测量钩上的第二钢丝绳，第二钢丝绳在两船相对运动时一直保持恒定张力(拉力＞测量钩重力，即可保证钢丝绳随时张紧)；
(5)通过测量绞车上的编码器测量第二钢丝绳的运动位移，计算出两船相对运动速度和加速度；
(6)启动升沉补偿系统，控制器控制补偿绞车按照经计算出的相对运动速度控制货物同步跟随被补给船运动，跟随一个周期，使货物与被补给船保持相对平稳；
(7)操作手柄，以经补偿后的速度下放货物，使货物平稳地在被补给船甲板上着陆，直至第一钢丝绳弯曲不受力，停止下放货物，此时货物一直跟随被补给船运动，脱掉吊钩；
(8)取消测量钩张紧，下降测量钩，以放松第二钢丝绳，脱掉测量钩，并关闭升沉补偿系统；
(9)回收吊钩和测量钩。

Claims (9)

1.一种船用起重机升沉补偿系统，包括补给船(101)和被补给船(113)，所述的补给船(101)上安装有基座(106)，基座(106)上安装有吊臂(107)，其特征在于，所述吊臂(107)的一侧安装有测量绞车(108)，另一侧安装有补偿绞车(105)，吊臂(107)的端部安装有第一导向轮(104)和第二导向轮(109)，所述的第一导向轮(104)与补偿绞车(105)之间连接有第一钢丝绳(103)，第一钢丝绳(103)穿过第一导向轮(104)，其末端设有吊钩(202)，所述的第二导向轮(109)与测量绞车(108)之间连接有第二钢丝绳(110)，所述的第二钢丝绳(110)穿过第二导向轮(109)，其末端连接有测量钩(111)。
2.根据权利要求1所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述的测量绞车(108)包括编码器(301)和第二卷筒(303)，所述的第二卷筒(303)通过第二马达(302)与编码器(301)连接。
3.根据权利要求2所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述的第二卷筒(303)上绕有第二钢丝绳(110)。
4.根据权利要求1或3所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述的第二钢丝绳(110)为恒力钢丝绳。
5.根据权利要求1所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述的补偿绞车(105)包括第一卷筒(401)，所述的第一卷筒(401)上绕有第一钢丝绳(103)。
6.根据权利要求1所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述的被补给船(113)上设有地令(112)，所述的地令(112)与测量钩(111)连接。
7.根据权利要求1所述的船用起重机升沉补偿系统，其特征在于，所述吊臂(107)的端部安装有吊机头部(201)，所述的吊机头部(201)安装有第一导向轮(104)和第二导向轮(109)。
8.一种船用起重机升沉补偿系统的补偿方法，其特征在于，根据测量绞车测出的两船相对升沉速度，控制补偿绞车进行升沉补偿，具体为：
(1)当主动升沉补偿未启动时，补给船的升沉速度为V1，被补给船的升沉速度为V2，货物与被补给船的相对升沉速度V3＝V1-V2,相对速度V3不为0；
(2)当主动升沉补偿启动时，补给船的升沉速度为V1，被补给船的升沉速度为V2，补偿速度V4＝-(V1-V2),货物与被补给船的相对升沉速度V5＝(V1-V2)-(V1-V2)，此时相对速度V5为0。
9.一种船用起重机升沉补偿系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将补给船起重机的吊钩吊上货物；
(2)同步下放吊钩和测量钩，当货物距离吊机头部和被补给船甲板的距离都大于补偿行程后，停止吊钩下降；
(3)下放测量钩至被补给船甲板，将测量钩挂在被补给船甲板的地令上；
(4)启动测量绞车的恒张力控制，张紧测量钩上的第二钢丝绳；
(5)通过测量绞车上的编码器测量第二钢丝绳的运动位移，计算出两船相对运动速度和加速度；
(6)启动升沉补偿系统，控制器控制补偿绞车按照经计算出的相对运动速度控制货物同步跟随被补给船运动；
(7)以经补偿后的速度下放货物，直至第一钢丝绳弯曲不受力，停止下放货物；
(8)脱掉测量钩，并关闭升沉补偿系统。
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