CN113979333B - 一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车及方法 - Google Patents

Abstract

本方案属于航空救援及保障技术领域，涉及一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车及方法。本发明由水面平衡装置和吊车自平衡装置组成；水面平衡装置由扩充式浮筒、浮筒收扩及下潜装置等组成，负责载船和吊车的水面平衡，两台吊车在“主从模式”下工作时，除适应和增强复杂海况条件下的吊装稳定性时，还兼具有水上综合保障平台能力；吊车自平衡装置由塔式吊车和自平衡控制系统组成，具有水面吊车载重自动平衡能力。本发明可在轻型船舶上快卸安装，主从模式工作兼具的水面综合作业平台功能，可确保大型水上飞机得到水上及时救援和维修，填补了大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车技术的空白。

Description

一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车及方法

技术领域

本方案属于航空救援及保障技术领域，涉及一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车及方法。

背景技术

最接近的现有技术是水上吊装船，该技术比较成熟，广泛用于港口、海上重型设备的吊装，该技术载船、载重均比较大，航速低，行动迟缓，单次吊装重量在几吨到几十吨，体型庞大，购买成本和使用成本都比较高。对于需要低成本、小吨位、高效率要求的大型水上飞机救援工作来说，不适用，因此很少进行配置。

发明内容

本发明目的：发明一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，吊车采用模块化设计，体积小、重量轻、重量起吊比大、具有水面自平衡能力；两台吊车组合使用时，除吊装重量提升2倍外，抗海浪干扰能力明显增强，同时兼具水面综合保障平台能力，可以在平台上装备电源车、液压车，布置千斤顶、登机梯等飞机维修工装，在水面轻松可以完成飞机水面抢险、维修等工作，填补大型水上飞机水面专用快卸吊装技术的空白。

本发明技术方案：一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，采用快卸及模块化设计，由水面平衡装置和吊车自平衡装置组成，负责吊装过程中的载船和自平衡水上吊车的水面平衡，两台吊车“主从模式”工作时兼具水上综合保障平台功能；吊车自平衡装置由塔式吊车装置和自平衡控制系统组成，负责吊车吊载重量全过程的吊车自动平衡，消除载船在吊装过程中的吊车不平衡压力，保障水面吊装安全，最大限度提高载船的载重比；

自平衡水上吊车可以在两种模式下工作，即“常规模式”，该模式下自平衡水上吊车单独使用，行使水面平衡和吊装全部功能，适用于江河湖泊及简单海况情况下的水上救援工作；“主从模式”，该模式下两台吊车组合使用，除适合于比较复杂海况条件下的救援工作外，通过主从吊车上水面平衡装置相对一侧的浮筒及其附带机构(踏板、连接及控制机构等)，在扩展时可完成水面平台的搭建，配置必要的设备和工装，就可兼顾完成水面综合保障平台的功能；

依托主从吊车载船、平衡浮筒及其附带机构可迅速搭建起可供人员活动、装备机务设备及工装的水上综合保障平台，在平台上可以装备水面电源、水面液压源、布置千斤顶、登机梯等设备、工装等，为机务抢险、维修人员抵近飞机作业部位进行紧急维修、维护提供了便利，为飞机提供电源、液压源、气源、维修及顶升服务、吊装服务等诸多保障能力；

主从模式使用时，提供主从吊车对接和协同工作功能，除吊车通用配置外，主吊车在吊臂端头还含喇叭型对接导向滑轨，该滑轨安装在吊臂对接系统前端；同样，从吊车在吊臂端头还含臂式连接滑轨，滑轨端头设置有高清摄像头，用于对准主吊车的喇叭型对接导向滑轨，并与其稳定连接，从吊车的控制组件选择在“从属”功能时，受主吊车控制组件控制，从属完成既定功能；主从工作模式提高了复杂海况条件下大型水上飞机吊装过程中吊车、载船的水面稳定性，进而保证大型水上飞机水面吊装过程的稳定性和安全性，也为水上综合保障平台的快速搭建提供了可能条件。

1水面平衡装置

水面平衡装置硬件由扩充式浮筒、浮筒收扩及下潜装置、载船位置微调装置等组成。

1.1扩充式浮筒

扩充式浮筒一共四个，通过快卸装置与载船连接，分布在载船船身左、右侧各2个，常规模式下，受“水面平衡装置控制器”控制一起收扩、筒体展缩、下潜等运动，承担载船和自平衡水上吊车的水面平衡作用；在主从吊车协同工作模式，主吊车船身右侧和从吊车船身左侧浮筒伸缩装置上附带有快卸式或折叠式踏板，踏板铺开或展开状态可以兼顾水面综合保障平台的工作面功能，上面可以提供人员活动支撑和放置机务保障设备、工装，与踏板连接的浮筒兼具水面支撑作用；

扩充式浮筒采用橡胶气囊和折叠式金属框架式复合结构，内侧与船体结构外形一致，外侧为长方体形状，闲置时呈收缩状态，贴合在船体上，高长宽不大于1.25米×4米×0.5米，充气状态高长宽不低于1.25米×2米×1米，可以使载船在任意方向上抵抗住5吨以上来自水上吊车传导过来的倾斜力矩；

1.2浮筒收扩及下潜装置

浮筒收扩及下潜装置采用液电工作模式，浮筒收扩装置用于向外推出浮筒，将浮筒送到平衡就位位置；浮筒下潜装置用于向下推浮筒，使浮筒的三分之二部位或全部推到水线以下。

1.3筒体展缩装置

筒体展缩装置采用液电工作模式，主要由展缩步进电机、作动筒位置传感器和通气电子阀门等组成，用于浮筒筒体的涨开和收缩。

1.4水面平衡控制系统

水面平衡控制系统由水面平衡控制器、浮筒收扩控制系统、浮筒潜浮控制系统和筒体展缩控制系统组成，其中水面平衡控制器是核心控制部件，接收各控制系统的位置传感器信号，行使发出收扩、潜浮、筒体展缩等控制指令，给出各控制系统的工作状态信息等工作；

浮筒收扩控制系统由浮筒收扩伺服控制模块、浮筒收扩位置传感器、浮筒收扩位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的收扩指令，反馈浮筒收扩位置信息，浮筒收扩到位后的上锁和浮筒收回时的解锁等工作；

浮筒潜浮控制系统由浮筒潜浮伺服控制模块、浮筒潜浮位置传感器、浮筒潜浮位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的潜浮指令，反馈浮筒潜浮位置信息，浮筒下潜到位后的上锁和浮筒下潜结束时的解锁等工作；

筒体展缩控制系统由筒体展缩伺服控制模块、筒体展缩位置传感器、筒体展缩位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的筒体展缩指令，反馈筒体展缩位置信息，筒体扩展到位后的上锁和筒体回缩时的解锁等工作；浮筒展扩展方法：浮筒上的通气电子阀门打开，浮筒内的电液步进电机开始伸出动作，浮筒开始扩张，直到位置传感器给出伸出就位信号才停止，同时筒体扩展到位位置锁上锁，筒体通气电子阀门关闭。浮筒缩回方法：筒体上通气电子阀门打开，筒体扩展到位位置锁解锁，浮筒内的液电步进电机开始收回动作，浮筒开始压缩，直至位置传感器给出缩回就位信号才停止，同时通气电子阀门关闭。

2吊车自平衡装置

吊车自平衡装置由塔式吊车装置和自平衡控制系统组成，塔式吊车装置结构采用轻质铝合金框架材质，在保证吊装刚度和吊装载重的同时尽量减轻重量。

2.1塔式吊车装置

塔式吊车装置硬件由支柱、吊臂和平衡吊臂及平衡配重组成；支柱起支撑和承重作用，最低高度约1米左右，作业有效高度最大5米，使用时可操作塔式吊车升降开关使其升降至1-5米的任意合适作业高度，塔式吊车顶部有可左右180°旋转遥控装置，可以保证吊臂左右180°无障碍转动；吊臂和平衡吊臂均采用正三角蜂窝减重加强结构、平行式、可收缩式结构，由三节分段伸缩式吊臂组成，内三角铺设有吊臂伸缩驱动机构、吊臂滑轨和承重肋，保证吊臂及平衡吊臂可靠伸缩至作业区域，最长伸缩距离不小于10米。

吊臂用于吊装货物、飞机机翼等部件，在结构上与吊钩组件连接；平衡吊臂上悬挂有平衡配重，受自平衡控制器控制与吊臂及吊臂上吊钩吊起的重量按比例运动，消除吊车支柱上的因吊臂运动和吊挂重量的变化引起的不平衡力矩；

吊钩设计有3种模式，即常规吊钩，主模式吊钩和从模式吊钩，具体内容如下：

1)常规吊钩仅有吊钩、吊钩位置传感器、力传感器，不能用于主从吊车模式；

2)主模式吊钩除有常规模式所有配置外，在吊钩组件的最外端还有喇叭型对接导向滑轨；

3)从模式吊钩除有常规模式所有配置外，在吊钩组件的最外端还有含臂式连接滑轨，滑轨端头设置有高清摄像头，用于对准主吊车的喇叭型对接导向滑轨，并与其稳定连接；

4)适用范围：三种模式单独使用时，适用于江河胡泊、海况不太复杂的场所使用；主从模式协同工作时，适合于所有工况，特别适合复杂海况下救援使用；

2.2自平衡控制系统

自平衡控制系统由自平衡控制器、吊臂作动系统、平衡支臂作动系统组成，用于吊臂和吊挂重量的自动平衡控制，保证吊车和载船的水上平衡和吊挂物的水面安全。

自平衡控制器是自平衡水上吊车的平衡控制中心，接收来自吊臂作动系统的吊臂位置传感器信号、吊钩力传感器信号，接收来自平衡支臂作动系统的平衡配重位置传感器信号、平衡支臂位置传感器信号、伺服控制器反馈信号，输出信号至伺服控制器，控制平衡支臂和平衡配重协调运动；

吊臂作动系统由吊臂操作手柄、吊挂控制作动器、吊臂伸展作动及位置传感器、吊钩伸展作动及力传感器组成，用于操作吊臂吊挂货物、飞机机翼等部件，并将吊臂位置、吊钩吊挂的重量等信息输送给自平衡控制器；吊钩操作手柄可以控制吊臂的伸缩、旋转，吊钩的收放等操作；

平衡支臂作动系统由伺服控制器、平衡配重伺服作动器、平衡支臂伺服作动器、平衡配重位置传感器、平衡支臂位置传感器组成，用于接收自平衡控制器的指令，控制平衡支臂伸缩动作和平衡配重的运动。力传感器、吊钩位置传感器为正向激励数据反馈给自平衡处理器，经自平衡处理器处理后输出控制信号至伺服作动器，伺服作动器驱动平衡支臂、配重相应运动，平衡配重位置传感器实时输出信号至自平衡处理器，直至达到新的平衡点后停止运动。控制原理见图4所示。

自平衡工作过程：起吊吊臂伸缩运动的同时，平衡吊臂同步沿相反方向进行自动配平运动；当吊钩重量增加时(即大于0时)，随着起吊重量的增加，“自平衡控制器”会同步输出信号至伺服作动器，使平衡配重同步按比例移动，平衡掉起吊重量变化带来的不平衡力矩，使载船和自平衡吊车处于平衡状态，抵御海浪或浪涌的冲击带来的倾覆风险。

3载船位置微调装置(选装)

载船位置微调装置由气泵和设在船头、船尾和船左右侧的放气装置组成，通过不同位置的水下放气来微调载船的位置，以达到方便吊挂机翼的目的。该放气装置在水下0.5米左右，放气口为单向阀门设计，只有在气压达到一定的程度才能打开放气，外面的水压会使阀门及时关闭，防止水流入管道。

载船位置微调的控制是通过一个四方向控制手柄来完成，该手柄在前后、左右每个方向上都设置为3档调效档位，内为最小，由内向外分别为小、中、大，分别控制不同位置的反向位置放气阀门放气，达到使载船位置微调的目标。

发明的优点：

该发明产生的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，具有水面平衡和吊车自平衡能力，在吊装重量一定的情况下，可以最大限度节约载船吨位，提升载船速度优化空间，从而降低载船成本，在主从吊车协同工作模式下，还可提供水上综合保障平台功能，满足江河、胡泊以及复杂海况条件下大型水上飞机的救援需求，极大提升了大型水上飞机水上飞行的运行保障能力。填补了大型水上飞机水面救援专用吊车技术的空白。

附图说明

图1是系统结构示意图；

图2是自平衡吊车与载船结构示意图；

图3是水面平衡装置原理框图；

图4是自平衡控制系统原理框图。

其中：

1.吊臂，为三节吊车结构，承重不小于5吨；

2.左前平衡浮筒；

3.左后平衡浮筒；

4.左前即左后下潜作动器；

5.吊车支柱及转轴；

6.平衡配重；

7.右前及右后下潜作动器；

8.右前平衡浮筒；

9.右后平衡浮筒；

10.位置微调气泵；

11.平衡吊臂，为三节吊车结构，承重不小于5吨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，采用快卸及模块化设计，由水面平衡装置和吊车自平衡装置组成；自平衡水上吊车可以单独使用时称为“常规模式”，行使水面平衡和吊装全部功能；为适应和增强复杂海况条件下的吊装稳定性、安全性，可将两台吊车组合使用，称为“主从模式”，主从模式使用时，除适合于比较复杂海况条件下的救援工作外，还兼具水面综合保障平台功能，即依靠主从吊车自身的水面平衡装置，附加必要的快卸式或折叠式踏板，迅速搭建起可供人员活动、装备机务设备及工装的水上综合保障平台，在平台上可以装备水面电源、水面液压源、布置千斤顶、登机梯等设备、工装等，为机务抢险、维修人员抵近飞机作业部位进行紧急维修、维护，为飞机提供电源、液压源、气源等诸多能源供给；

主从模式使用时，主吊车除吊车通用配置外，在吊臂端头还含喇叭型对接导向滑轨，该滑轨安装在吊臂对接系统前端；同样，从吊车除吊车通用配置外，在吊臂端头还含臂式连接滑轨，滑轨端头设置有高清摄像头，用于对准主吊车的喇叭型对接导向滑轨，并与其稳定连接，从吊车的控制组件选择在“从属”功能时，受主吊车控制组件控制，从属完成既定功能；

水面平衡装置负责吊装过程中的载船和自平衡水上吊车的水面平衡，在主从吊车工作模式时，通过主从吊车相对一侧的浮筒及其附带机构(踏板、连接及控制机构等)，在扩展时可完成水面平台的搭建，配置必要的设备和工装，就可兼顾完成水面综合保障平台的功能；

吊车自平衡装置负责吊车吊载重量全过程的吊车自动平衡，消除载船在吊装过程中的吊车不平衡压力，保障水面吊装安全，最大限度提高载船的载重比；在主从吊车模式工作时，提供主从吊车对接和协同工作功能，提高复杂海况条件下大型水上飞机吊装过程中吊车、载船的水面稳定性，进而保证大型水上飞机水面吊装过程的稳定性和安全性。

1水面平衡装置

水面平衡装置硬件由扩充式浮筒、浮筒收扩及下潜装置、吊车位置微调装置等组成。

1.1扩充式浮筒

扩充式浮筒一共四个，通过快卸装置与载船连接，分布在载船船身左、右侧各2个，常规模式下，受“水面平衡装置控制器”控制一起收扩、筒体展缩、下潜等运动，承担载船和自平衡水上吊车的水面平衡作用；在主从吊车协同工作模式，主吊车船身右侧和从吊车船身左侧浮筒伸缩装置上附带有快卸式或折叠式踏板，踏板铺开或展开状态可以兼顾水面综合保障平台的工作面功能，上面可以提供人员活动支撑和放置机务保障设备、工装，与踏板连接的浮筒兼具水面支撑作用；

扩充式浮筒采用橡胶气囊和折叠式金属框架式复合结构，内侧与船体结构外形一致，外侧为长方体形状，闲置时呈收缩状态，贴合在船体上，高长宽不大于1.25米×4米×0.5米，充气状态高长宽不低于1.25米×2米×1米，可以使载船在任意方向上抵抗住5吨以上来自水上吊车传导过来的倾斜力矩；

1.2浮筒收扩及下潜装置

浮筒收扩及下潜装置采用液电工作模式，浮筒收扩装置用于向外推出浮筒，将浮筒送到平衡就位位置；浮筒下潜装置用于向下推浮筒，使浮筒的三分之二部位或全部推到水线以下。

1.3筒体展缩装置

筒体展缩装置采用液电工作模式，主要由展缩步进电机、作动筒位置传感器和通气电子阀门等组成，用于浮筒筒体的涨开和收缩。

1.4水面平衡装置控制系统

水面平衡装置控制系统由水面平衡控制器、浮筒收扩控制系统、浮筒潜浮控制系统和筒体展缩控制系统组成，其中水面平衡控制器是核心控制部件，接收各控制系统的位置传感器信号，行使发出收扩、潜浮、筒体展缩等控制指令，给出各控制系统的工作状态信息等工作；

浮筒收扩控制系统由浮筒收扩伺服控制模块、浮筒收扩位置传感器、浮筒收扩位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的收扩指令，反馈浮筒收扩位置信息，浮筒收扩到位后的上锁和浮筒收回时的解锁等工作；

浮筒潜浮控制系统由浮筒潜浮伺服控制模块、浮筒潜浮位置传感器、浮筒潜浮位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的潜浮指令，反馈浮筒潜浮位置信息，浮筒下潜到位后的上锁和浮筒下潜结束时的解锁等工作；

筒体展缩控制系统由筒体展缩伺服控制模块、筒体展缩位置传感器、筒体展缩位置锁组成，负责接收水面平衡装置控制器的筒体展缩指令，反馈筒体展缩位置信息，筒体扩展到位后的上锁和筒体回缩时的解锁等工作；浮筒展扩展方法：浮筒上的通气电子阀门打开，浮筒内的电液步进电机开始伸出动作，浮筒开始扩张，直到位置传感器给出伸出就位信号才停止，同时筒体扩展到位位置锁上锁，筒体通气电子阀门关闭。浮筒缩回方法：筒体上通气电子阀门打开，筒体扩展到位位置锁解锁，浮筒内的液电步进电机开始收回动作，浮筒开始压缩，直至位置传感器给出缩回就位信号才停止，同时通气电子阀门关闭。

2吊车自平衡装置

吊车自平衡装置由塔式吊车装置和自平衡控制系统组成，塔式吊车装置结构采用轻质铝合金框架材质，在保证吊装刚度和吊装载重的同时尽量减轻重量。

2.1塔式吊车装置

塔式吊车装置硬件由支柱、吊臂和平衡吊臂及平衡配重组成；支柱起支撑和承重作用，最低高度约1米左右，作业有效高度最大5米，使用时可操作塔式吊车升降开关使其升降至1-5米的任意合适作业高度，塔式吊车顶部有可左右180°旋转遥控装置，可以保证吊臂左右180°无障碍转动；吊臂和平衡吊臂均采用正三角蜂窝减重加强结构、平行式、可收缩式结构，由三节分段伸缩式吊臂组成，内三角铺设有吊臂伸缩驱动机构、吊臂滑轨和承重肋，保证吊臂及平衡吊臂可靠伸缩至作业区域，最长伸缩距离不小于10米。

吊臂用于吊装货物、飞机机翼等部件，在结构上与吊钩组件连接；平衡吊臂上悬挂有平衡配重，受自平衡控制器控制与吊臂及吊臂上吊钩吊起的重量按比例运动，消除吊车支柱上的因吊臂运动和吊挂重量的变化引起的不平衡力矩；

吊钩设计有3种模式，即常规吊钩，主模式吊钩和从模式吊钩，具体内容如下：

1)常规吊钩仅有吊钩、吊钩位置传感器、力传感器，不能用于主从吊车模式；

2)主模式吊钩除有常规模式所有配置外，在吊钩组件的最外端还有喇叭型对接导向滑轨；

3)从模式吊钩除有常规模式所有配置外，在吊钩组件的最外端还有含臂式连接滑轨，滑轨端头设置有高清摄像头，用于对准主吊车的喇叭型对接导向滑轨，并与其稳定连接；

4)适用范围：三种模式单独使用时，适用于江河胡泊、海况不太复杂的场所使用；主从模式协同工作时，适合于所有工况，特别适合复杂海况下救援使用；

2.2自平衡控制系统

自平衡控制系统由自平衡控制器、吊臂作动系统、平衡支臂作动系统组成，用于吊臂和吊挂重量的自动平衡控制，保证吊车和载船的水上平衡和吊挂物的水面安全。

自平衡控制器是自平衡水上吊车的平衡控制中心，接收来自吊臂作动系统的吊臂位置传感器信号、吊钩力传感器信号，接收来自平衡支臂作动系统的平衡配重位置传感器信号、平衡支臂位置传感器信号、伺服控制器反馈信号，输出信号至伺服控制器，控制平衡支臂和平衡配重协调运动；

吊臂作动系统由吊臂操作手柄、吊臂控制作动器、吊臂位置传感器、吊钩力传感器组成，用于操作吊臂吊挂货物、飞机机翼等部件，并将吊臂位置、吊钩吊挂的重量等信息输送给自平衡控制器；吊钩操作手柄可以控制吊臂的伸缩、旋转，吊钩的收放等操作；

平衡支臂作动系统由伺服控制器、平衡配重伺服作动器、平衡支臂伺服作动器、平衡配重位置传感器、平衡支臂位置传感器组成，用于接收自平衡控制器的指令，控制平衡支臂伸缩动作和平衡配重的运动。力传感器、吊钩位置传感器为正向激励数据反馈给自平衡处理器，经自平衡处理器处理后输出控制信号至伺服作动器，伺服作动器驱动平衡支臂、配重相应运动，平衡配重位置传感器实时输出信号至自平衡处理器，直至达到新的平衡点后停止运动。控制原理见图4所示。

自平衡工作过程：起吊吊臂伸缩运动的同时，平衡吊臂同步沿相反方向进行自动配平运动；当吊钩重量增加时(即大于0时)，随着起吊重量的增加，“自平衡控制器”会同步输出信号至伺服作动器，使平衡配重同步按比例移动，平衡掉起吊重量变化带来的不平衡力矩，使载船和自平衡吊车处于平衡状态，抵御海浪或浪涌的冲击带来的倾覆风险。

3载船位置微调装置

载船位置微调装置由气泵和设在船头、船尾和船左右侧的放气装置组成，通过不同位置的水下放气来微调载船的位置，以达到方便吊挂机翼的目的。该放气装置在水下0.5米左右，放气口为单向阀门设计，只有在气压达到一定的程度才能打开放气，外面的水压会使阀门及时关闭，防止水流入管道。

载船位置微调的控制是通过一个四方向控制手柄来完成，该手柄在前后、左右每个方向上都设置为3档调效档位，内为最小，由内向外分别为小、中、大，分别控制不同位置的反向位置放气阀门放气，达到使载船位置微调的目标。

本发明的最大起吊重量为5吨，平衡配重重量为2吨，布置在平衡支臂上，由平衡配重伺服作动器控制，在平衡支臂滑轨上进行横向运动，吊挂重量增加，平衡配重按比例向外移动，吊挂重量减少，平衡重量向内按比例移动，平衡起吊过程中的吊挂重量，保持吊车的绕性不平衡力矩。在机翼吊平以后，由于起吊重量会迅速减小，平衡配重会运动到初始位置附近。

吊挂处设有吊挂收放控制机构、重量传感器和位置传感器，重量传感器量程为0-10吨，精度0.1％，位置传感器精度0.1mm；收放控制机构受吊挂收放控制开关独立控制。传感器的信号均直接输送至自平衡处理器，用于自平衡吊车的启动激励和动态平衡控制。平衡支臂为起吊支臂长度一致，最长伸缩距离为10米。

自平衡控制系统的自平衡处理器对起吊点位置、拉力，平衡支臂位置、平衡配重位置等参数进行解算，解算出平衡所需的条件，输出信号至伺服机构，伺服机构输出信号至各伺服作动器驱动平衡配重运动，最后达到平衡点位置，然后系统维持相对稳定状态，平衡方程式为：

G1×L1＝G2×L2，由此得出：

L2＝(L1/G2)G1

其中，G1为吊挂重量

L1为吊臂长度

G2为平衡配重重量

L2为平衡伺服吊臂伸缩距离

从上述公式可以看出：

1)当起吊重量为0即G1吊挂＝0时，L2为0，平衡伺服吊臂在平衡原位不动；

2)当起吊重量不为0时，L2＝G1*L1/G2，即平衡伺服机构拖动平衡配重块向外移动G1*L1/G2长度，使塔式吊车在吊挂重物时达到新的平衡；

3)起吊吊臂与平衡吊臂按1比1的比例同步伸缩，自动平衡吊臂的自然重量。

上述平衡过程直到有参数打破平衡，系统就会自动启动新的解算和启动平衡过程。

5、本发明的操作方法

5.1常规模式使用方法

自平衡吊车常规模式使用时，可以承担江、湖(水库)、简单海况条件下的水面作业区域的吊装工作，缺点是水上综合保障平台功能由于作业面有限因素影响，不能发挥最佳效能，其操作步骤如下：

5.1.1水面平衡装置操作

1)将自平衡吊车开到飞机水面吊装的一侧，预留出水面平衡装置的工作空间，调整好吊车位置；

2)打开自平衡吊车控制系统电源，控制系统上电自检、初始化完成后，吊车吊臂自动上升到准备高度(2米左右高度)；

3)将自平衡吊车控制系统上的“主从”吊车控制开关置于“主”位，选择“常规模式”；

4)按下水面平衡装置控制板上“水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

a四个扩充式浮筒向外扩展，直到扩展到位后停止，扩展到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒扩到位灯”燃亮；

b四个扩充式浮筒通气阀门打开，筒体同步扩涨，直至到扩涨到位后停止，扩涨到位锁上锁，水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”燃亮；

c扩充式浮筒下潜至水下预定位置，下潜到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”燃亮；

5.1.2自平衡吊车起吊操作

1)水面平衡装置操作结束后，根据飞机倾斜机翼的高度，操作“吊臂操作手柄”，将吊车升降至2-5米内的合适作业高度；

2)操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到作业区域附近(机翼或机身其它位置)时，在上面进行吊耳的安装；

3)吊耳安装完成后，操作“吊臂操作手柄”，伸出或旋转吊臂，进行吊钩位置调整，吊钩位置合适后，进行吊钩与吊耳的连接，连接完成后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，使操作人员返回载船；

4)操纵“吊臂操作手柄”，缓缓吊起飞机机翼，当机翼达到水平位置时，停止操作，按程序进行其它相关救援工作。

5.1.3吊装结束操作

a吊装结束后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到作业区域附近(机翼或机身其它位置)时，在上面进行吊耳与吊钩的分离，并拆除吊耳；

b操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，操作人员撤回载船安全部位；

c操作“吊臂操作手柄”，收回吊臂，吊臂到原始位置后，停止操作；

5.1.4水面平衡装置收回操作

按下水面平衡装置控制板上“撤销水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

1)四个扩充式浮筒下潜到位锁开锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”熄灭，四个扩充式浮筒上潜至水上预定位置；

2)水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”熄灭，四个扩充式浮筒筒体同步收缩，直至到收缩到位后停止；

3)水面平衡控制板上“浮筒扩到位灯”熄灭，扩充式浮筒开始向内收回，直到收回到位后停止；

5.2主从模式使用方法

主从模式可以提高吊装过程中吊车的抗干扰性，特别适合复杂海况条件下的吊装工作；同时具备水上综合保障能力，即除水面吊装功能外，还可提供水面综合保障平台功能，可以提供飞机电源供电、飞机液压系统供压、气源供气等能源供应，同时还可提供千斤顶、登机梯、机务维修活动依托等诸多保障服务，操作步骤如下：

5.2.1主从吊车协同操作

1)主从吊车载船按航向左主、右从方式进入救援现场，在救援现场附近减速、停泊；

2)分别打开主、从吊车控制系统，将主从自平衡吊车控制系统上的“主从”吊车控制开关分别置于“主从”位，选择“主从模式”主从吊车会自动识别系统的控制模式，并分别进入各自的主从模式工作状态；主从吊车控制系统自检、初始化完成后，自动进行控制系统无线联接，联接成功后，主从吊车吊臂同步上升到对接高度(2米左右高度)；

3)吊臂上升到设定高度后，主吊车吊臂上的喇叭型导向滑轨自动张开，并转向至从吊车方向，与主吊车载船航向垂直；从吊车吊臂同时自动转动搜索，其吊臂上的微型观瞄装置自动观测、捕捉并计算主吊车喇叭型导向滑轨的喇叭口的方位，然后锁定，并自动伸出，当吊臂接触到主吊车喇叭型导向滑轨后，靠导向滑轨的导向功作用继续前伸，直到达到锁定位置，触发闭合机构，喇叭型导向滑轨闭合，主从吊车吊臂锁定；

4)主从吊车吊臂连接完成后，从吊车的控制完全受主吊车控制系统控制，吊车升降操作、吊车自平衡系统动作都由主吊车控制系统控制、联动，此时，主从模式吊车已具有一定的水面平衡能力；

5)完成主从吊车载船对接后，主从吊车载船协同进入救援区域，停泊；

5.2.2水面平衡装置操作

因主从模式下的自平衡水上吊车已经具有一定的水面平衡能力，具体操作如下：

1)搬动水面平衡装置控制板上“状态”开关从“默认”位置扳动到“主从”；

2)按下水面平衡装置控制板上“水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

a主从吊车的四个扩充式浮筒向外扩展，直到扩展到“中位”后停止，扩展到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒扩到中位”灯燃亮；

b主从吊车的四个扩充式浮筒通气阀门打开，筒体同步扩涨，直至到扩涨到位后停止，扩涨到位锁上锁，水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”燃亮；

c主从吊车的扩充式浮筒下潜至水下预定位置，下潜到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”燃亮；

5.2.3自平衡吊车吊装操作

1)水面平衡装置操作结束后，根据飞机倾斜机翼的高度，操作“吊臂操作手柄”，将吊车升降至2-5米内的合适作业高度；

2)操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到作业区域附近(机翼或机身其它位置)时，在上面进行吊耳的安装；

3)吊耳安装完成后，操作“吊臂操作手柄”，伸出或旋转吊臂，进行吊钩位置调整，吊钩位置合适后，进行吊钩与吊耳的连接，连接完成后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，使操作人员返回载船；

4)操纵“吊臂操作手柄”，缓缓吊起飞机机翼，当机翼达到水平位置时，停止操作，按程序进行其它相关救援工作。

5.2.4水面综合保障平台操作

飞机机翼吊起后，飞机机翼及飞机系统需要紧急进行水上救援或抢修工作，因此需要水上综合保障平台提供机务维修保障，具体操作如下：

1)操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台准备”按钮，水面综合保障平台系统会进行系统自检测，确认平台各部件的功能完好性，自检测完成后，显示“平台准备好”字样；

2)操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台就位”按钮，主从吊车水面平衡相对一侧浮筒上附带的踏板装置沿浮筒支撑装置相向运动，直到附带踏板装置接触、锁定；此时，踏板、主从载船、浮筒在主从吊车间形成一个完整、稳定的工作台面，完成水上综合作业平台的搭建；

3)人员可以在平台上自由行动，在平台上可以进行飞机损伤部位(如机翼下表面、浮筒脱落结构损伤等)进行检查、紧急维修，也可利用平台放置千斤顶顶升机翼，完成应急浮筒安装等工作，或为飞机提供紧急电源供给、为飞机提供液压源供给、飞机部件(机翼、尾翼、发动机及其部件等)吊装等诸多水上综合保障工作；

4)平台使用完成后，操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台回位”按钮，主从吊车相对一侧的浮筒附带踏板解锁，浮筒及其附带装置同步向各自载船运动，直到各自运动到位后停止；

5.2.5自平衡吊车收回操作

吊装过程结束后，拆下吊钩上的机翼吊耳，收回吊钩；按下主从吊车解锁按钮，主从吊车吊臂脱开，并各自收收回至原始位置，同时主从吊车吊臂同步下降至安全高度。

5.2.6水面平衡装置收回操作

操作步骤同常规模式，不同之处是主从牵引船同步动作。

Claims (8)

1.一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：由水面平衡装置和吊车自平衡装置组成；水面平衡装置由水面平衡控制器、扩充式浮筒、浮筒收扩装置及下潜装置组成，吊车自平衡装置由塔式吊车装置和自平衡控制系统组成；扩充式浮筒分别与下潜装置和水面平衡控制器连接，下潜装置与浮筒收扩装置和水面平衡控制器连接，浮筒收扩装置与载船和水面平衡控制器连接；塔式吊车装置与载船和自平衡控制系统连接；

扩充式浮筒包括左前平衡浮筒（2）、左后平衡浮筒（3）、右前平衡浮筒（8）、右后平衡浮筒（9）：左前平衡浮筒（2）、左后平衡浮筒（3）、右前平衡浮筒（8）、右后平衡浮筒（9）布置在载船四周，采用橡胶气囊和折叠式金属框架式复合结构，通过快卸装置与载船连接；

浮筒收扩装置由浮筒收扩伺服控制模块、浮筒收扩位置传感器、浮筒收扩位置锁组成；浮筒收扩伺服控制模块分别与水面平衡控制器、浮筒收扩位置传感器、浮筒收扩位置锁连接，浮筒收扩位置传感器与浮筒收扩伺服控制模块连接，浮筒收扩位置传感器与浮筒收扩伺服控制模块连接；

下潜装置由浮筒潜浮伺服控制模块、浮筒潜浮位置传感器、浮筒潜浮位置锁组成；浮筒潜浮伺服控制模块分别与水面平衡控制器、浮筒潜浮位置传感器、浮筒潜浮位置锁连接，浮筒潜浮位置传感器与浮筒潜浮伺服控制模块连接，浮筒潜浮位置锁与浮筒潜浮伺服控制模块连接。

2.如权利要求1所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：筒体展缩控制系统由筒体展缩伺服控制模块、筒体展缩位置传感器、筒体展缩位置锁组成；筒体展缩伺服控制模块分别与水面平衡控制器、筒体展缩位置传感器、筒体展缩位置锁连接，筒体展缩位置传感器与筒体展缩伺服控制模块连接，筒体展缩位置锁与筒体展缩伺服控制模块连接。

3.如权利要求2所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：塔式吊车装置由支柱（5）、吊臂（1）、平衡吊臂（11）及平衡配重（6）组成；该塔式吊车装置采用支柱塔式吊车结构，吊车顶部有可左右180°旋转遥控装置，支柱（5）有效高度1-5米，可以自由调节；支柱（5）与载船、吊臂（1）、平衡吊臂（11）快卸连接，与自平衡控制系统连接；吊臂（1）与自平衡控制系统连接；平衡吊臂（11）与自平衡控制系统连接，平衡配重与自平衡控制系统连接。

4.如权利要求3所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：自平衡控制系统由自平衡控制器、吊臂作动系统、平衡支臂作动系统组成；自平衡控制器分别与吊臂作动系统、平衡支臂作动系统连接。

5.如权利要求4所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：吊臂作动系统由吊臂操作手柄、吊挂控制作动器、吊臂伸展作动及位置传感器、吊钩伸展作动及力传感器、吊臂转动传感器组成；吊臂操作手柄与吊挂控制作动器连接；吊挂控制作动器分别与自平衡控制器、吊臂伸展作动及位置传感器、吊钩伸展作动及力传感器、吊臂转动传感器连接；吊臂伸展作动及位置传感器分别与自平衡控制器、吊挂控制作动器连接；吊钩伸展作动及力传感器分别与自平衡控制器、吊挂控制作动器连接；吊臂转动传感器连接分别与自平衡控制器、吊挂控制作动器连接。

6.如权利要求5所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车，其特征在于：平衡支臂作动系统由伺服控制器、平衡配重伺服作动器、平衡支臂伺服作动器、平衡配重位置传感器、平衡支臂位置传感器组成；伺服控制器分别与自平衡控制器、平衡配重伺服作动器、平衡支臂伺服作动器连接；平衡配重伺服作动器与伺服控制器连接；平衡配重位置传感器与自平衡控制器连接；平衡支臂位置传感器与自平衡控制器连接。

7.如权利要求6所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车操作方法，其特征在于，具体方法如下：

步骤1水面平衡装置操作

1）将自平衡吊车开到飞机水面吊装的一侧，预留出水面平衡装置的工作空间，调整好吊车位置；

2）打开自平衡吊车控制系统电源，控制系统上电自检、初始化完成后，吊车吊臂自动上升到准备高度；

3）将自平衡吊车控制系统上的“主从”吊车控制开关置于“主”位，选择“常规模式”；

4）按下水面平衡装置控制板上“水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

a四个扩充式浮筒向外扩展，直到扩展到位后停止，扩展到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒扩到位灯”燃亮；

b四个扩充式浮筒通气阀门打开，筒体同步扩涨，直至到扩涨到位后停止，扩涨到位锁上锁，水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”燃亮；

c扩充式浮筒下潜至水下预定位置，下潜到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”燃亮；

步骤2自平衡吊车起吊操作

1）水面平衡装置操作结束后，根据飞机倾斜机翼的高度，操作“吊臂操作手柄”，将吊车升降至2-5米内的合适作业高度；

2）操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到机翼或机身的侧面时，在上面进行吊耳的安装；

3）吊耳安装完成后，操作“吊臂操作手柄”，伸出或旋转吊臂，进行吊钩位置调整，吊钩与吊耳位置对准后，进行吊钩与吊耳的连接，连接完成后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，使操作人员返回载船；

4）操纵“吊臂操作手柄”，缓缓吊起飞机机翼，当机翼达到水平位置时，停止操作，按程序进行其它相关救援工作；

步骤3吊装结束操作

a吊装结束后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到机翼或机身的侧面时，在上面进行吊耳与吊钩的分离，并拆除吊耳；

b操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，操作人员撤回载船安全部位；

c操作“吊臂操作手柄”，收回吊臂，吊臂到原始位置后，停止操作；

步骤4水面平衡装置收回操作

按下水面平衡装置控制板上“撤销水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

1）四个扩充式浮筒下潜到位锁开锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”熄灭，四个扩充式浮筒上潜至水上预定位置；

2）水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”熄灭，四个扩充式浮筒筒体同步收缩，直至到收缩到位后停止；

3）水面平衡控制板上“浮筒扩到位灯” 熄灭，扩充式浮筒开始向内收回，直到收回到位后停止。

8.如权利要求6所述的一种大型水上飞机救援用船载自平衡水上吊车操作方法，其特征在于，具体方法如下：当两台自平衡水上吊车同时使用时，采用主从模式的使用方法，操作步骤如下：

步骤1主从吊车协同操作

1）主从吊车载船按航向左主、右从方式进入救援现场，在救援现场附近减速、停泊；

2）分别打开主、从吊车控制系统，将主从自平衡吊车控制系统上的“主从”吊车控制开关分别置于“主从”位，选择“主从模式”主从吊车会自动识别系统的控制模式，并分别进入各自的主从模式工作状态；主、从吊车控制系统自检、初始化完成后，自动进行控制系统无线联接，联接成功后，主从吊车吊臂同步上升到对接高度；

3）吊臂上升到设定高度后，主吊车吊臂上的喇叭型导向滑轨自动张开，并转向至从吊车方向，与主吊车载船航向垂直；从吊车吊臂同时自动转动搜索，其吊臂上的微型观瞄装置自动观测、捕捉并计算主吊车喇叭型导向滑轨的喇叭口的方位，然后锁定，并自动伸出，当吊臂接触到主吊车喇叭型导向滑轨后，靠导向滑轨的导向功作用继续前伸，直到达到锁定位置，触发闭合机构，喇叭型导向滑轨闭合，主从吊车吊臂锁定；

4）主从吊车吊臂连接完成后，从吊车的控制完全受主吊车控制系统控制，吊车升降操作、吊车自平衡系统动作都由主吊车控制系统控制、联动，此时，主从模式吊车已具有一定的水面平衡能力；

5）完成主从吊车载船对接后，主从吊车载船协同进入救援区域，停泊；

步骤2水面平衡装置操作

因主从模式下的自平衡水上吊车已经具有一定的水面平衡能力，具体操作如下：

1）搬动水面平衡装置控制板上“状态”开关从“默认”位置扳动到“主从”；

2）按下水面平衡装置控制板上“水面平衡”按钮，水面平衡装置动作如下：

a主从吊车的四个扩充式浮筒向外扩展，直到扩展到“中位”后停止，扩展到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒扩到中位”灯燃亮；

b主从吊车的四个扩充式浮筒通气阀门打开，筒体同步扩涨，直至到扩涨到位后停止，扩涨到位锁上锁，水面平衡控制板上“筒体扩到位灯”燃亮；

c主从吊车的扩充式浮筒下潜至水下预定位置，下潜到位锁上锁，水面平衡控制板上“浮筒下潜到位灯”燃亮；

步骤3自平衡吊车吊装操作

1）水面平衡装置操作结束后，根据飞机倾斜机翼的高度，操作“吊臂操作手柄”，将吊车升降至2-5米内的合适作业高度；

2）操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台向前伸出，达到作业区域附近时，在上面进行吊耳的安装；

3）吊耳安装完成后，操作“吊臂操作手柄”，伸出或旋转吊臂，进行吊钩位置调整，吊钩位置合适后，进行吊钩与吊耳的连接，连接完成后，操作“移动作业平台”手控杆，使吊车翼面移动作业平台收回，使操作人员返回载船；

4）操纵“吊臂操作手柄”，缓缓吊起飞机机翼，当机翼达到水平位置时，停止操作，按程序进行其它相关救援工作；

步骤4水面综合保障平台操作

飞机机翼吊起后，飞机机翼及飞机系统需要紧急进行水上救援或抢修工作，因此需要水上综合保障平台提供机务维修保障，具体操作如下：

1）操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台准备”按钮，水面综合保障平台系统会进行系统自检测，确认平台各部件的功能完好性，自检测完成后，显示“平台准备好”字样；

2）操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台就位”按钮，主从吊车水面平衡相对一侧浮筒上附带的踏板装置沿浮筒支撑装置相向运动，直到附带踏板装置接触、锁定；此时，踏板、主从载船、浮筒在主从吊车间形成一个完整、稳定的工作台面，完成水上综合作业平台的搭建；

3）人员可以在平台上自由行动，在平台上进行飞机损伤部位检查、紧急维修，利用平台放置千斤顶顶升机翼，完成应急浮筒安装工作，飞机提供紧急电源供给、为飞机提供液压源供给、飞机部件吊装诸多水上综合保障工作；

4）平台使用完成后，操作主吊车上水面平衡装置控制板上的“平台回位”按钮，主从吊车相对一侧的浮筒附带踏板解锁，浮筒及其附带装置同步向各自载船运动，直到各自运动到位后停止；

步骤5自平衡吊车收回操作

吊装过程结束后，拆下吊钩上的机翼吊耳，收回吊钩；按下主从吊车解锁按钮，主从吊车吊臂脱开，并各自收回至原始位置，同时主从吊车吊臂同步下降至安全高度；

步骤6水面平衡装置收回操作

操作步骤同常规模式，不同之处是主从牵引船同步动作。