CN114212704A - 用于船用起重机减摇防摆的辅助臂 - Google Patents

用于船用起重机减摇防摆的辅助臂 Download PDF

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Abstract

本发明用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，涉及船用起重设备技术领域，尤其涉及用于船用起重机上的辅助装置。本发明基座固定连接在船用起重机的起重臂末端；旋转基座的尾端与基座铰轴连接，并可以铰轴为圆心做横向转动；旋转基座与基座之间装有偏载液压缸；伸缩臂的底端与旋转基座通过铰轴连接，并可以铰轴为圆心作俯仰转动；旋转基座与伸缩臂之间装有俯仰液压缸，为伸缩臂提供俯仰运动的动力；定滑轮装于伸缩臂的顶端；吊钩通过钢丝绳缠绕在定滑轮上，并与船用起重机的卷筒相连接。本发明的技术方案解决了现有技术中的当母船发生船体晃动时，船用起重机随船体运动，进而导致吊臂末端的运动，最后导致货物的摆动的问题。

Description

用于船用起重机减摇防摆的辅助臂
技术领域
本发明用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，涉及船用起重设备技术领域，尤其涉及用于船用起重机上的辅助装置。
背景技术
深海起重机在起重机作业中要实现货物快速的、准确的以及安全的转移，需要一个控制器来解决吊钩摆动的问题。上个世纪末期，消摆控制的研究重心便从开环控制转到了闭环控制的研究，如最优控制、经典控制和自适应控制等方法。由于实际应用中起重机工况和类型的不同，基于上述控制方法科研人员发展出来各种具有特殊性的起重机补偿方案。起重机根据结构类型，作业方式及驱动能源的不同，分为不同类型的起重机。各种类型的起重机为了满足实际生产的需要，都需要满足以下一些基本要求：具有足够的功率；具有起升、回转和变幅的能力；能够调速和限速，并且能有效的制动，以确保安全。
起重机主要包括三个运动：回转运动、变幅运动和起升运动。大臂和小臂均能够实现大范围的回转运动、变幅运动。其中，大臂回转运动，是通过回转马达实现起重机吊重由一个水平位置旋转到另一位置；大臂变幅运动是利用两段变幅液压缸来改变吊重与起重机中心的距离，使得变幅范围增大。小臂回转运动通过变幅液压缸改变吊重的侧摆、俯仰角度，此外小臂的伸缩自由度改变了小臂调节的范围。起升运动则是通过起重机的起升马达实现卷筒对绳子的收放从而改变吊重的垂直位置。当母船发生横摇、纵摇、艏摇及升沉运动时，因为起重机基座与船体相连，船体运动会引起起重机的运动，进而又会导致吊臂末端的运动，最后导致货物的摆动。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术提出的当母船发生船体晃动时，船用起重机随船体运动，进而导致吊臂末端的运动，最后导致货物的摆动的技术问题，而提供一种用于船用起重机减摇防摆的辅助臂。本发明主要通过在起重机三自由度的起重臂上增设一个三自由度的辅助臂，通过辅助臂的水平和俯仰移动，对起重臂的对位补偿，从而满足恶劣海况下货物的转运需要。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于船用起重机减摇防摆的辅助臂包括：基座、旋转基座、偏载液压缸、俯仰液压缸、伸缩臂、定滑轮和吊钩；
进一步地，基座固定连接在船用起重机的起重臂末端；
进一步地，旋转基座的尾端与基座铰轴连接，并可以铰轴为圆心做横向转动；
进一步地，旋转基座与基座之间装有偏载液压缸；
进一步地，伸缩臂的底端与旋转基座通过铰轴连接，并可以铰轴为圆心作俯仰转动；
进一步地，旋转基座与伸缩臂之间装有俯仰液压缸，为伸缩臂提供俯仰运动的动力；
进一步地，定滑轮装于伸缩臂的顶端；
进一步地，吊钩通过钢丝绳缠绕在定滑轮上，并与船用起重机的卷筒相连接。
进一步地，基座为L型结构；
进一步地，基座的L型侧壁固定装于船用起重机的起重臂侧部，为辅助臂起到支撑作用。
进一步地，偏载液压缸的底部与基座L型侧壁的顶端铰轴连接；
进一步地，偏载液压缸的偏载液压杆的端头与旋转基座的首端内侧铰轴连接。
进一步地，伸缩臂包括：第一伸缩臂和第二伸缩臂；
进一步地，第一伸缩臂的底端与旋转基座首端的顶部铰轴连接；
进一步地，第二伸缩臂通过滑轨装于第一伸缩臂的内部，并可在第一伸缩臂的内部滑动伸缩。
进一步地，俯仰液压缸的底部与旋转基座的首端下部铰轴连接；
进一步地，俯仰液压缸的俯仰液压杆的端头与第一伸缩臂中部下端相铰接。
进一步地，船用起重机快速到达指定区域后，通过控制偏载液压缸的伸缩调整伸缩臂的方向补偿水平方向误差，再控制俯仰液压缸和伸缩臂来补偿垂直方向误差。
本发明针对传统船用起重机控制设备结构复杂、本体惯性重、响应频响慢的问题，设计了新型的3自由度主臂串联3自由度辅臂的起重机模型，起到可增大补偿起重机工作范围及小范围的高精度响应快的补偿效果。
起重机消摆通过主臂加辅臂的结构设计，实现主臂约束、辅臂跟踪的分级补偿控制。主臂采用基于PID控制控制的补偿方案，利用转盘回转运动及臂架变幅运动来调节吊重位置，增大了调节范围。辅臂采用基于速度补偿技术，通过变幅液压缸改变辅臂的侧摆、俯仰角度及伸缩长度实现吊重调节，具有响应快，实时精度高的优点。
结合设计的主辅臂起重机系统，实现恶劣海况下的吊物补偿，基于虚拟约束的方式实现主臂缩小补偿范围，辅臂精准补偿，提高跟踪频响，减小误差。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，能够对起重机执行机构的空间运动起到有效引导和约束，使大臂执行系统具有快速到达指定区域的能力，大幅度提高起重机系统对于控制信号输入的反应时间；同时辅助臂的执行系统具有精确到达确切位置的能力，大幅度提高起重机系统对于精确位置控制的准确度。
2、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，无需构建复杂的几何模型，虚拟约束的定义方便快捷，减少海上作业安全隐患的同时，能够更好地辅助起重机操作员操作
3、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，通过在起重机大臂上设置L型结构，实现固定辅助臂的目的；
4、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，通过在旋转基座上设置顶部铰轴结构，达到辅助臂垂直平面内旋转的效果；
5、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，通过在旋转基座上设置下部铰轴结构，达到辅助臂垂直平面内旋转的效果；
6、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，通过在旋转基座内侧上设置侧边铰轴结构，达到辅助臂水平平面内旋转的效果；
7、本发明提供的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，通过在第一伸缩臂内侧上设置滑轨结构，达到辅助臂可以在平面内伸缩的效果。
综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的当母船发生船体晃动时，船用起重机随船体运动，进而导致吊臂末端的运动，最后导致货物的摆动的问题。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明立体图；
图4为本发明与船用起重机的装配示意图；
图5为本发明与船用起重机装配的仰视图；
图6为图5的A部放大示意图。
图中：1、基座 2、旋转基座 3、偏载液压缸 4、偏载液压杆 5、俯仰液压缸 6、俯仰液压杆 7、第一伸缩臂 8、第二伸缩臂 9、定滑轮10、吊钩。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图所示，本发明提供了一种用于船用起重机减摇防摆的辅助臂包括：基座1、旋转基座2、偏载液压缸3、俯仰液压缸5、伸缩臂、定滑轮9和吊钩10；基座1固定连接在船用起重机的起重臂末端；旋转基座2的尾端与基座1铰轴连接，并可以铰轴为圆心做横向转动；旋转基座2与基座1之间装有偏载液压缸3；伸缩臂的底端与旋转基座2通过铰轴连接，并可以铰轴为圆心作俯仰转动；旋转基座2与伸缩臂之间装有俯仰液压缸5，为伸缩臂提供俯仰运动的动力；定滑轮9装于伸缩臂的顶端；吊钩10通过钢丝绳缠绕在定滑轮9上，并与船用起重机的卷筒相连接。
基座1为L型结构；基座1的L型侧壁固定装于船用起重机的起重臂侧部，为辅助臂起到支撑作用。
偏载液压缸3的底部与基座1L型侧壁的顶端铰轴连接；偏载液压缸3的偏载液压杆4的端头与旋转基座2的首端内侧铰轴连接。
伸缩臂包括：第一伸缩臂7和第二伸缩臂8；第一伸缩臂7的底端与旋转基座2首端的顶部铰轴连接；第二伸缩臂8通过滑轨装于第一伸缩臂7的内部，并可在第一伸缩臂7的内部滑动伸缩。
俯仰液压缸5的底部与旋转基座2的首端下部铰轴连接；俯仰液压缸5的俯仰液压杆6的端头与第一伸缩臂7中部下端相铰接。
船用起重机快速到达指定区域后，通过控制偏载液压缸3的伸缩调整伸缩臂的方向补偿水平方向误差，再控制俯仰液压缸5和伸缩臂来补偿垂直方向误差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于，所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂包括：基座(1)、旋转基座(2)、偏载液压缸(3)、俯仰液压缸(5)、伸缩臂、定滑轮(9)和吊钩(10)；
所述的基座(1)固定连接在船用起重机的起重臂末端；
所述的旋转基座(2)的尾端与基座(1)铰轴连接，并可以铰轴为圆心做横向转动；
所述的旋转基座(2)与基座(1)之间装有偏载液压缸(3)；
所述的伸缩臂的底端与旋转基座(2)通过铰轴连接，并可以铰轴为圆心作俯仰转动；
所述的旋转基座(2)与伸缩臂之间装有俯仰液压缸(5)，为伸缩臂提供俯仰运动的动力；
所述的定滑轮(9)装于伸缩臂的顶端；
所述的吊钩(10)通过钢丝绳缠绕在定滑轮(9)上，并与船用起重机的卷筒相连接。
2.根据权利要求1所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于：
所述的基座(1)为L型结构；
所述的基座(1)的L型侧壁固定装于船用起重机的起重臂侧部，为辅助臂起到支撑作用。
3.根据权利要求1所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于：
所述的偏载液压缸(3)的底部与基座(1)L型侧壁的顶端铰轴连接；
所述的偏载液压缸(3)的偏载液压杆(4)的端头与旋转基座(2)的首端内侧铰轴连接。
4.根据权利要求1所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于：
所述的伸缩臂包括：第一伸缩臂(7)和第二伸缩臂(8)；
所述的第一伸缩臂(7)的底端与旋转基座(2)首端的顶部铰轴连接；
所述的第二伸缩臂(8)通过滑轨装于第一伸缩臂(7)的内部，并可在第一伸缩臂(7)的内部滑动伸缩。
5.根据权利要求1所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于：
所述的俯仰液压缸(5)的底部与旋转基座(2)的首端下部铰轴连接；
所述的俯仰液压缸(5)的俯仰液压杆(6)的端头与第一伸缩臂(7)中部下端相铰接。
6.根据权利要求1所述的用于船用起重机减摇防摆的辅助臂，其特征在于：
所述的船用起重机快速到达指定区域后，通过控制偏载液压缸的伸缩调整伸缩臂的方向补偿水平方向误差，再控制俯仰液压缸和伸缩臂来补偿垂直方向误差。
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