CN113386908B - 一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，包括补偿基座、登乘栈桥和搭接机构，所述登乘栈桥通过补偿基座与船头连接，所述登乘栈桥通过搭接机构与桩柱连接，所述搭接机构包括固定部和钩头部，所述固定部设于登乘栈桥上，所述钩头部与固定部铰接且可在其末端与固定部共同围合成一容置桩柱的钳口，所述钩头部与桩柱接触的外弧线是一段渐开线，以方便桩柱自钳口外卡入至钳口内，所述钩头部与桩柱接触的内弧线是一段渐开线，以防止钳口内的桩柱脱出。本发明结构设计精巧、搭接方便、生产制造成本低且补偿性能优良，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及船舶工程设备技术领域，具体为一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置。
背景技术
海上作业中经常需要在船舶和海洋平台间进行人员输送和物资补给，登乘栈桥是连接船舶与海洋平台的重要配套设备，但是海洋环境恶劣，船舶等浮体平台在风浪作用下会发生横摇、纵摇和升沉等无规律运动，登乘栈桥会随着一起运动，严重影响了工作人员在进行登乘时的安全性，当海上风浪较大时，工作人员将无法进行安全有效的作业。传统的登乘栈桥采用搭接的方式与船舶或海洋平台连接，适应性差且安全风险高。现有技术中也有可在多个自由度上进行主动或被动补偿的登乘栈桥装置，但往往体量大，对轻型船舶来说不适用，且生产制造成本高，不利于推广应用。
发明内容
本发明公开了一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，它解决了现有技术中登乘栈桥装置补偿性能差、适应差、且结构复杂生产制造成本高的技术问题，具有结构精巧、补偿性能优良、搭接方便且生产制造成本低的技术效果。所采用的技术方案如下：
一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，包括补偿基座、登乘栈桥和搭接机构，所述登乘栈桥通过补偿基座与船头连接，所述登乘栈桥通过搭接机构与桩柱连接，所述搭接机构包括固定部和钩头部，所述固定部设于登乘栈桥上，所述钩头部与固定部铰接且可在其末端与固定部共同围合成一容置桩柱的钳口，所述钩头部与桩柱接触的外弧线是一段渐开线，以方便桩柱自钳口外卡入至钳口内，所述钩头部与桩柱接触的内弧线是一段渐开线，以防止钳口内的桩柱脱出。
在上述技术方案的基础之上，所述钩头部的两端分别设有配重，且可在钩头部与固定部铰接处力矩平衡。
在上述技术方案的基础之上，所述登乘栈桥靠近补偿基座的一端转动连接有踏步，且所述登乘栈桥与踏步转动连接处设有止挡板，所述止挡板可防止所述踏步向下回转。
在上述技术方案的基础之上，所述补偿基座包括水平回转机构、轴向回转机构和变幅机构，用以对船体六自由度上运动进行实时补偿；所述水平回转机构包括与船头转动连接的机座和用于驱动机座回转的第一驱动单元，所述轴向回转机构包括与登乘栈桥轴线平行的转动连接部和第一复位弹簧组，所述机座向上与转动连接部铰接且通过转动连接部与登乘栈桥转动连接，且在所述第一复位弹簧组的作用下登乘栈桥可相对机座轴向复位回转，所述变幅机构包括设于机座上的第二驱动单元，所述第二驱动单元的活塞杆端与转动连接部铰接用于驱动转动连接部俯仰调节。
在上述技术方案的基础之上，所述机座通过回转支撑轴承与船头转动连接，所述转动连接部包括套筒和与套筒转动连接的轴杆，所述套筒与机座连接，所述轴杆与登乘栈桥连接；所述第一复位弹簧组包括两第一弹簧，两所述第一弹簧对称地分设于转动连接部两侧，且所述第一弹簧分别与套筒及登乘栈桥抵接。
在上述技术方案的基础之上，所述第一弹簧包括弧口朝下的弧形板簧，所述弧形板簧向上与登乘栈桥抵接，所述弧形板簧的两自由端向内水平延伸形成与套筒抵接的两耳板。
在上述技术方案的基础之上，还包括第二复位弹簧组，所述轴杆的两端伸出至套筒外与登乘栈桥连接，所述第二复位弹簧组包括套设在所述轴杆与套筒间的第二弹簧，且所述第二弹簧的两端轴向的分别与套筒和轴杆抵接。
在上述技术方案的基础之上，还包括第三复位弹簧组，所述登乘栈桥包括第一走廊和第二走廊，所述第一走廊通过补偿基座与船头连接，所述第二走廊的第一端与第一走廊铰接，所述第二走廊可在第三复位弹簧组的作用下水平复位回转，以与第一走廊轴线平行，所述第二走廊的第二端与搭接机构连接。
在上述技术方案的基础之上，所述第三复位弹簧组包括两第三弹簧，两所述第三弹簧对称地分设于第一走廊和第二走廊转动连接处的两侧，且所述第一弹簧的两端分别与第一走廊和第二走廊铰接。
在上述技术方案的基础之上，所述补偿基座、登乘栈桥和搭接机构的轴线共平面。
有益效果
本发明中搭接机构设计合理搭接方便，其中，钩头部可对登乘栈桥的升沉运动自动补偿，具体为，钩头部两端配重在钩头部与固定部铰接处力矩平衡，即钩头部能始终保持水平状态，且钩头部的与桩柱接触的外弧线和内弧线均包括一段渐开线，方便桩柱卡入钳口不易脱出，如此可方便搭接时对准操作，迅速实现搭接。
本发明中补偿基座设计精巧，可对船体横摇、纵摇和升沉等无规律运动实时补偿，即在六自由度上提供位置补偿，有利于减小登乘栈桥与船体连接处的载荷，保持登乘栈桥稳定性，此外，补偿基座中用于提供轴向回转补偿的轴向回转机构还包括第一复位弹簧组，第一复位弹簧组可在登乘栈桥左右摇摆偏移后提供复位回转力避免登乘栈桥倾覆，再者，设于套筒与轴杆间的第二复位弹簧组可柔性缓冲登乘栈桥与补偿基座间的前后冲击力，起到减振功能，有利于提高登乘栈桥的平衡稳定度，降低使用风险。
本发明中登乘栈桥包括相铰接的第一走廊和第二走廊，即登乘栈桥可对船体的水平回转进行自动补偿，同时第一走廊与第二走廊间还连接有第三复位弹簧组，第三复位弹簧组不仅可轴向的向前扶正第二走廊，方便搭接机构进行抱桩操作，同时在第二走廊相对第一走廊偏转后可及时扶正使复位。
本发明结构简单、设计合理，有利于实现轻型化设计，有利于降低生产制造成本，可适用于多种体量的船舶；同时本发明可适应各种海况要求，能够对船体横摇、纵摇和升沉等无规律运动进行主动或被动补偿，有利于提高使用安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1：本发明使用安装示意图；
图2：本发明中登乘栈桥装置正视图的结构示意图；
图3：本发明中登乘栈桥装置仰视图的结构示意图；
图4：本发明中固定部及第二走廊的结构示意图；
图5：本发明中钩头部的结构示意图；
图6：本发明中补偿基座的结构示意图；
图7：本发明中转动连接部俯视图的剖面结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
为描述方便，本申请中将登乘栈桥装置在水平面上的回转定义为水平回转，将登乘栈桥装置在第一走廊21轴线的垂直面上的回转定义为轴向回转，将登乘栈桥装置在第一走廊21轴线与补偿基座1轴线共同确定的平面上的回转定义为变幅回转。
如图1所示的一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，包括补偿基座1、登乘栈桥2和搭接机构3，所述登乘栈桥2通过补偿基座1与船头连接，所述登乘栈桥2通过搭接机构3与海洋平台上的桩柱连接，其中，桩柱包括一横杆，该横杆可拆装地连接在海洋平台上的两竖杆间。
如图2～3所示，所述登乘栈桥2包括第一走廊21和第二走廊22，所述第一走廊21通过补偿基座1与船头连接，第一走廊21靠近船头的一端还连接有阶梯状踏板，所述第二走廊22的第一端与第一走廊21铰接，且所述第二走廊22的第一端与第一走廊21间还连接有第三复位弹簧组23，所述第三复位弹簧组23包括两第三弹簧，两所述第三弹簧对称地分设于第一走廊21和第二走廊22转动连接处的两侧，具体为，所述第三弹簧的第一端通过连接筒与第一走廊21铰接，第三弹簧的第二端通过连接杆与第二走廊22铰接，且连接杆的末端可套设于连接筒内，如此当第三弹簧被拉伸或压缩时，连接杆和连接筒可对第三弹簧起到导向、扶正的作用，提高设备复位性能。
在使用过程中，受风浪等因素影响，当第二走廊22相对第一走廊21发生偏转时，第三复位弹簧组23一方面可起到阻尼减震的功效，避免第二走廊22相对第一走廊21偏转角度过大；另一方面可驱使第二走廊22回转复位，使其与第一走廊21轴线平行，即当风浪驱动船体在水平面上发生位移时，第三复位弹簧组23可实现自动补偿，保证登乘栈桥2的使用安全性。
如图4～5所示，所述第二走廊22的第二端与搭接机构3连接；所述搭接机构3包括固定部31和钩头部32，所述固定部31包括对称设置的两固定板，两固定板向上固设于第二走廊22底面，两固定板的对称轴线与第二走廊22的轴线平行，且固定板的末端形成有叉形槽口。
所述钩头部32嵌设于两固定板之间且与两固定板铰接，所述第二走廊22的底面上设有可容置钩头部的长孔。所述钩头部32的两端设有配重，且可在钩头部32与固定部31铰接处力矩平衡，即无论第二走廊33如何随船舶升沉，钩头部32可始终处于力矩平衡的状态，如此可对船体升沉自动进行位置补偿。本实施例中，钩头部32上设有通孔，所述通孔用以和固定部31铰接，前述配重即为该通孔两侧的钩头部32自重，且通孔两侧的钩头部32自重关于该通孔中心力矩平衡。其中，钩头部32的钩形末端与固定板上的叉形槽口可共同围合成一容置桩柱的钳口33；且所述钩头部32与桩柱接触的外弧线是一段渐开线，以方便桩柱自钳口33外卡入至钳口33内，所述钩头部32与桩柱接触的内弧线是一段渐开线，以防止钳口33内的桩柱脱出。即，桩柱可碰撞并推动钩头部32转动以卡入至钳口32，卡入至钳口32内后，钳口33内弧线处的渐开线设计可防止脱出。上述结构设计可使搭接操作简单易行，快速实现搭接，对操作人员的技术要求不高，有利于推广应用。此外，为避免不使用状态下钩头部32相对固定部31俯仰晃动，还设置有限位机构(未示出)，所述限位机构包括销钉，该销钉可垂直穿经两固定板和钩头部32实现固定部31和钩头部32的相对固定。
所述登乘栈桥2靠近补偿基座1的一端转动连接有踏步24，且所述登乘栈桥2与踏步24转动连接处设有止挡板，所述止挡板可向前且向上支撑踏步24，避免所述踏步24向下回转。当在风浪驱动船舶与踏步24碰撞时，踏步24可向上回转，避免发生刚性撞击损毁设备。
如图6～7所示，所述补偿基座1包括水平回转机构、轴向回转机构和变幅机构，用以对船体的六自由度上的运动进行实时补偿，即，当风浪驱动船体发生横摇、纵摇或升沉等无规律运动，补偿基座1可主动或被动地进行实时补偿。所述水平回转机构包括与船头甲板转动连接的机座11和用于驱动机座11回转的第一驱动单元12，且所述机座11与船头甲板转动连接处套设有回转支撑轴承，第一驱动单元12包括马达和减速机，第一驱动单元12可将回转运动传递至机座11，即在搭接前，当风浪驱动船体无规律运动时，第一驱动单元12动作并驱动机座11回转，主动补偿船体的水平回转运动；在登乘装置使用过程中，当风浪驱动船体无规律运动时，第一驱动单元12关停，因机座11与船头甲板转动连接，可被动补偿船体的水平回转。
所述轴向回转机构包括与登乘栈桥2轴线平行的转动连接部13和第一复位弹簧组14，所述转动连接部13包括套筒131和与套筒131转动连接的轴杆132，所述套筒131的第一端与机座11铰接，且套筒131中段处对称地连接有两水平翼板，所述轴杆132的两端伸出至套筒131外且向上与第一走廊21底面固接，即当风浪驱动船体无规律运动时，所述轴向回转机构可对船体轴向回转进行被动补偿；
所述第一复位弹簧组14包括两第一弹簧，两所述第一弹簧对称地分设于转动连接部13两侧，所述第一弹簧包括弧口朝下的弧形板簧，所述弧形板簧向上与第一走廊21底面抵接，所述弧形板簧的两自由端向内水平延伸形成与两翼板抵接或固接的两耳板。如此当套筒131在船体带动下左右摇摆、轴向回转时，该第一复位弹簧组14一方面可对套筒131左右摇摆冲击力起到减震消能的作用，另一方面可提供轴向复位回转力，避免套筒131左右摇摆幅度过大、第一走廊21第二走廊22倾覆的情况出现。
如图7所示，还包括第二复位弹簧组16，第二复位弹簧组16包括套设在所述轴杆132与套筒131间套设有两第二弹簧，两第二弹簧轴向前后设置，且均处于压缩状态，两第二弹簧的两端分别与套筒131和轴杆132的内环面抵接。如此，当套筒131在船体带动下轴向地前后摇摆时，该第二弹簧可对套筒131前后摇摆冲击力起到减震消能的作用，避免登乘栈桥2与补偿基座1间的发生刚性碰撞，有利于提高登乘栈桥2的平衡稳定度，降低使用风险，即当风浪驱动船体沿登乘栈桥2轴向发生位移时，第二复位弹簧组16可通过伸缩进行自动位置补偿。在本发明的其他实施例中，第二弹簧可以是能提供轴向减震消能作用的其他弹性体，如橡胶筒。
所述变幅机构包括设于机座11上的第二驱动单元15，所述第二驱动单元15包括变幅油缸，变幅油缸铰接于机座11上，且变幅油缸的活塞杆端与套筒131底面铰接，驱动变幅油缸伸缩可调整登乘栈桥2的俯仰角度。即在搭接前，当风浪驱动船体无规律运动时，所述第二驱动单元15动作，对船体升沉运动进行主动补偿；在登乘装置使用过程中，当风浪驱动船体无规律运动时，第二驱动单元15关停，对船体升沉运动进行被动补偿。所述补偿基座1、登乘栈桥2和搭接机构3的轴线共平面。
工作原理
1)搭接前
船体靠近海洋平台上的桩柱后，通过第一驱动单元12、第二驱动单元15主动补偿以调整搭接机构3的姿态，使搭接机构3的钳口抵靠桩柱，之后第二驱动单元15继续动作，使桩柱碰撞并驱使钩头部32顺时针转动(如图3所示)，钩头部32顺时针转动张开钳口33，使桩柱进入至钳口33内，之后钩头部32在其自身力矩平衡的驱使下逆时针回转使钳口33闭合，如此可将桩柱牢靠地抱合在钳口33内。在上述搭接机构3抱合桩柱的过程中，因第一走廊21和第二走廊22间为铰接，可对船体水平回转进行自动位置补偿，避免第一走廊21在搭接过程中产生偏转，影响搭接操作；当驱动第一走廊21和第二走廊22偏转的外力减弱时，第三复位弹簧组23可驱动第一走廊21和第二走廊22回转复位，保持轴线平行，提高登乘栈桥的稳定性。
2)使用过程中
当搭接完成后，第一驱动单元12和第二驱动单元15关停，补偿基座开始被动补偿模式，如此有利于减小各连接位置点的载荷，有利于提高设备使用安全性。
3)搭接解除
当解除搭接机构3与桩柱的连接时，工作人员可驱动钩头部32顺时针回转使钳口33张开，之后驱动第二驱动单元15动作使第二走廊22缩回，桩柱从钳口33中脱出，搭接解除。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，包括补偿基座(1)、登乘栈桥(2)和搭接机构(3)，所述登乘栈桥(2)通过补偿基座(1)与船头连接，所述登乘栈桥(2)通过搭接机构(3)与桩柱连接，所述搭接机构(3)包括固定部(31)和钩头部(32)，所述固定部(31)设于登乘栈桥(2)上，所述钩头部(32)与固定部(31)铰接且能够在钩头部(32)的末端与固定部(31)共同围合成一容置桩柱的钳口(33)，所述钩头部(32)与桩柱接触的外弧线是一段渐开线，以方便桩柱自钳口(33)外卡入至钳口(33)内，所述钩头部(32)与桩柱接触的内弧线是一段渐开线，以防止钳口(33)内的桩柱脱出；
所述补偿基座(1)包括水平回转机构、轴向回转机构和变幅机构，用以对船体六自由度运动进行实时补偿；所述水平回转机构包括与船头转动连接的机座(11)和用于驱动机座(11)水平回转的第一驱动单元(12)；所述轴向回转机构包括与登乘栈桥(2)轴线平行的转动连接部(13)和第一复位弹簧组(14)，所述机座(11)向上与转动连接部(13)铰接且通过转动连接部(13)与登乘栈桥(2)转动连接，且在所述第一复位弹簧组(14)的作用下登乘栈桥(2)能够相对机座(11)沿登乘栈桥(2)的轴向复位回转；所述变幅机构包括设于机座(11)上的第二驱动单元(15)，所述第二驱动单元(15)的活塞杆端与转动连接部(13)铰接用于驱动转动连接部(13)俯仰调节；
所述转动连接部(13)包括套筒(131)和与套筒(131)转动连接的轴杆(132)，所述套筒(131)与机座(11)铰接，所述轴杆(132)与登乘栈桥(2)连接。
2.根据权利要求1所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述钩头部(32)的两端分别设有配重，以保证在钩头部(32)与固定部(31)铰接处力矩平衡。
3.根据权利要求1所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述登乘栈桥(2)靠近补偿基座(1)的一端转动连接有踏步(24)，且所述登乘栈桥(2)与踏步(24)转动连接处设有止挡板，所述止挡板可防止所述踏步(24)向下回转。
4.根据权利要求1所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述机座(11)通过回转支撑轴承与船头转动连接；所述第一复位弹簧组(14)包括两第一弹簧，两所述第一弹簧对称地分设于转动连接部(13)两侧，且所述第一弹簧分别与套筒(131)及登乘栈桥(2)抵接。
5.根据权利要求4所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述第一弹簧包括弧口朝下的弧形板簧，所述弧形板簧向上与登乘栈桥抵接，所述弧形板簧的两自由端向内水平延伸形成与套筒(131)抵接的两耳板。
6.根据权利要求4所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，还包括第二复位弹簧组(16)，所述轴杆(132)的两端伸出至套筒(131)外与登乘栈桥(2)连接，所述第二复位弹簧组(16)包括套设在所述轴杆(132)与套筒(131)间的第二弹簧，且所述第二弹簧的两端分别轴向的与套筒(131)和轴杆(132)抵接以实现轴向减震消能。
7.根据权利要求1～3中任一所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，还包括第三复位弹簧组(23)，所述登乘栈桥(2)包括第一走廊(21)和第二走廊(22)，所述第一走廊(21)通过补偿基座(1)与船头连接，所述第二走廊(22)的第一端与第一走廊(21)铰接，所述第二走廊(22)能够在第三复位弹簧组(23)的作用下水平复位回转以与第一走廊(21)轴线平行，所述第二走廊(22)的第二端与固定部(31)连接。
8.根据权利要求7所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述第三复位弹簧组(23)包括两第三弹簧，两所述第三弹簧对称地分设于第一走廊(21)和第二走廊(22)铰接处的两侧，且所述第三弹簧的两端分别与第一走廊(21)和第二走廊(22)铰接。
9.根据权利要求7所述的具备波浪补偿功能的船用登乘栈桥装置，其特征在于，所述补偿基座(1)、登乘栈桥(2)和搭接机构(3)的轴线共平面。
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