CN114604783A - 一种倒六面体构型吊重减摇装置 - Google Patents

一种倒六面体构型吊重减摇装置 Download PDF

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CN114604783A CN202210146245.XA CN202210146245A CN114604783A CN 114604783 A CN114604783 A CN 114604783A CN 202210146245 A CN202210146245 A CN 202210146245A CN 114604783 A CN114604783 A CN 114604783A
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王生海
赵庭祺
刘可心
韩广冬
陈海泉
任昭鹏
靳国良
孙茂凱
陈羿宗
李建
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Abstract

本发明提供一种倒六面体构型吊重减摇装置，包括回转电机，所述回转电机上方通过回转轴承连接有支撑平台，所述支撑平台内部设置有起升电机和变幅电机，所述主吊臂的两侧对称设置有两个侧臂，所述前臂的前端与第一减摇索相连，两个所述侧臂各与一条第二减摇索相连，所述主吊臂的下部与第三减摇索相连，所述主吊臂的前端下方设置有角度传感单元，所述角度传感单元连接主吊索。相对于传统起重机，该起重机配有四条减摇索，四条减摇索分别位于主吊索的前后左右四个方位，对主吊索形成了一个四边形的拉力，进而抑制主吊索的摆动。因为主吊索的四周都被限制，所以主吊索受到的控制更加稳定，该起重机的减摇功能也得到了进一步的提高。

Description

一种倒六面体构型吊重减摇装置
技术领域
本发明涉及起重机技术领域，尤其涉及一种倒六面体构型吊重减摇装置
背景技术
船舶起重机是一种重要的海上作业工具，随着货物运输船舶、大型海洋工程船舶的发展，利用船舶起重机进行货物搬运已经成为船舶的常规作业内容。对于船用起重机这种在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机，主要用于舰船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务。
但是海上特殊的应用环境给船用起重机的控制带来了很大的挑战性。一方面，类似陆上各种欠驱动吊车设备，需要控制负载运输过程中产生的摆动，保证其定位精度与运输效率；另一方面，由于这种起重机固定于船舶等运动平台上，平台本身的运动会对负载运动产生强烈的影响，且很多情况下，负载起吊与降落点处的运动情况与吊车本身的运动不一致。具体而言，在工作过程中，吊车船与接收船会受到海浪纵摇、横摇与升沉这些运动，从而导致负载发生摆动；特别是在升降过程中，船舶的此类运动易导致已吊起的负载再次与甲板相撞，或使已放下但尚未脱离吊钩的负载再次悬空，这些都会威胁作业的安全。除此之外，当货物与吊臂出现幅度较大的摆动时，起重机受到的载荷也会成倍增加，甚至会导致起重机吊臂断裂等严重的失效形式。因此，在这个时代背景下，为了让船用起重机可以安全高效的进行起重作业，需要设计并且研发一种可以减小吊重系统摇摆幅度的装置。但是因为船用起重机的种类、工作级别和机械结构等因素会和所应用的船舶种类、外部环境和作业要求等有关，因此，所研发的减摇装置对“通用性”的要求就显得十分重要，在机械结构的设计方面，不能影响起重机原有的机械结构，不能影响原有起重机的起升范围和起升重量等。此外，“通用性”还要求既能直接研发具有减摇功能的新型起重机，也能够对现有的旧起重机进行快速升级改造，使其具备防止吊重摇摆的功能。但是现在很多船用起重机基本不配置减摇系统，所以在没有风浪的海况条件下可以正常的进行起吊作业，但是有海浪影响时特别是遇到比较大的海浪影响的时候，这些没有配备减摇装置的起重机就难以正常的进行起吊作业。综上所述，有待发明一种具有通用性减摇设备的船舶起重机。
发明内容
本发明提供一种倒六面体构型吊重减摇装置，解决了现有船舶起重机不具备通用性减摇设备的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种倒六面体构型吊重减摇装置，包括回转电机，所述回转电机上方通过回转轴承连接有支撑平台，所述支撑平台内部设置有起升电机和变幅电机，所述支撑平台上表面上设置有塔筒、主吊臂和减摇电机，所述主吊臂的两侧对称设置有两个侧臂，所述主吊臂的顶端连接有前臂，所述前臂的前端与第一减摇索相连，两个所述侧臂各与一条第二减摇索相连，所述主吊臂的下部与第三减摇索相连，所述主吊臂的前端下方设置有角度传感单元，所述角度传感单元连接主吊索。
优选地，所述主吊臂包括两根通过连接板相连的主臂。
优选地，所述前臂、侧臂、主吊臂下部和支撑平台内设置有张力传感器，所述主吊臂前端下方设置有角度传感单元。
优选地，所述第一减摇索由塔筒后端的减摇电机引出，穿过塔筒上的滑轮后再穿过前臂上的张力传感器，最后从前臂前端引出与被吊重物相连，两条所述第二减摇索分别从塔筒前端的两个减摇电机上引出，穿过位于侧臂上的张力传感器后从侧臂前端引出与被吊重物相连，所述第三减摇索从支撑平台内部的减摇电机上引出，接着穿过塔筒上的滑轮，再穿过主吊臂下部的张力传感器后直接从张力传感器处引出与被吊重物相连。
优选地，所述减摇电机上设置有编码器。
优选地，所述前臂和侧臂的顶端设置有臂头出绳万向管，所述臂头出绳万向管包括内部装有回转轴承的轴套套筒，所述轴套套筒与导轮支架相连，所述导轮支架内部设置有导轮，所述导轮支架通过第一旋转孔与导线夹爪支架的一端相连，所述导线夹爪支架的另一端通过第二旋转孔与臂头导向管夹持器相连，所述臂头导向管夹持器上设置有臂头万向导向管。
优选地，所述主吊臂下部设置有电动缸。
优选地，所述角度传感单元包括十字形状的角度固定板，所述角度固定板的四端分别连接有一个角度传感器固定片，其中两个相邻角度传感器固定片的侧面上固定有角度传感器，所述角度传感器固定片与对位的角度传感器固定片间通过角度传感器外径条连接，所述角度传感器外径条的外表面上设置有外径夹缝。
本发明的有益效果在于：
本发明相对于传统起重机，配有四条减摇索，四条减摇索分别位于主吊索的前后左右四个方位，对主吊索形成了一个四边形的拉力，拉力相当于阻尼力，消耗吊重摆动的能量，进而抑制主吊索的摆动。因为主吊索的四周都被限制，所以主吊索受到的控制更加稳定，该起重机的减摇功能也得到了进一步的提高；
本发明的减摇索配有张力传感器，当减摇索发生张力变化时，减摇索的张力变化会传给减摇电机的编码器，编码器将张力信号传给PID控制器，PID控制器会根据张力误差实时控制减摇索的收放绳动作，进而实时实现减摇功能；
本发明通过安装塔筒，使得主吊索和减摇索在使用的过程中有一个过渡作用，在一定程度上减小了主吊索和减摇索的使用负荷，提高了主吊索和减摇索在使用中的安全性；
本发明的前臂和侧臂装有出绳万向管，如果不安装此装置，从前臂、侧臂以及主吊臂下方引出的减摇索的方向不易控制，当装有此装置时，可以更好的控制减摇索的方向。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，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为本发明主视图。
图2为本发明立体图。
图3为本发明臂头出绳万向管结构图。
图4为本发明张力传感器示意图。
图5为本发明角度传感模块示意图。
图6为货物移动前减摇索和主吊索的位置关系图。
图7为货物移动后减摇索和主吊索的位置关系图。
图8为本发明倒六面体构型示意图。
附图标号说明：
1、回转电机；2、支撑平台；3、主吊臂；4、前臂；5、塔筒；6、臂头出绳万向管；7、电动缸；8、侧臂；9、减摇电机；10、编码器；11、张力传感器；12、角度传感单元；13、轴套套筒；14、导轮支架；15、导轮；16、导线夹爪支架；17、臂头万向导向管；18、第一旋转孔；19、第二旋转孔；20、臂头导向管夹持器；21、角度传感器；22、角度传感器固定片；23、角度传感器外径条；24、外径夹缝。
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。
本发明提供一种技术方案：一种倒六面体构型吊重减摇装置，如图1-5所示，包括回转电机1，回转电机1负责整个起重机的回转运动，回转电机1带动回转轴承共同完成起重机的回转运动。所述回转电机1上方通过回转轴承连接有支撑平台2，所述支撑平台2内部设置有起升电机和变幅电机，所述支撑平台2上表面上设置有塔筒5、主吊臂3和减摇电机9，所述主吊臂3包括两根通过连接板相连的主臂，主要负责与重物的连接。位于支撑平台2内部的起升电机、变幅电机、减摇电机9处的绳索通过塔筒5分别与主吊臂3下方相连。第一减摇索由塔筒5后的减摇电机9通过塔筒5引出。所述主吊臂3下部设置有电动缸7。当进行货物起升作业时，电动缸7通过控制前臂4的变幅，使得第一减摇索和第三减摇索之间形成的角度保持一致。所述减摇电机9上设置有编码器10。编码器10主要实现信号的转换功能，因为编码器10安装在减摇电机9上，当减摇索穿过减摇电机9时，编码器10会检测到相应的张力信号，进而将其转换为电信号传到控制系统。所述主吊臂3的两侧对称设置有两个侧臂8，所述主吊臂3的顶端连接有前臂4，所述前臂4的前端与第一减摇索相连，而且前臂4引出的第一减摇索可以通过前臂4的变幅作用与主吊臂3下方的第三减摇索形成一个固定的角度。两个所述侧臂8各与一条第二减摇索相连，所述主吊臂3的下部与第三减摇索相连，所述主吊臂3的前端下方设置有角度传感单元12，所述角度传感单元12包括十字形状的角度固定板，所述角度固定板的四端分别连接有一个角度传感器固定片22，其中两个相邻角度传感器固定片22的侧面上固定有角度传感器21，所述角度传感器固定片22与对位的角度传感器固定片22间通过角度传感器外径条23连接，所述角度传感器外径条23的外表面上设置有外径夹缝24。所述角度传感单元12连接主吊索。从主吊臂引出的主吊索会穿过外径夹缝24，因此，当主吊索发生角度偏移时，角度传感器外径条23也会发生相应的偏移，这时，与角度传感器外径条23相连的角度传感器21便可以检测到主吊索的角度变化。
所述第一减摇索由塔筒5后端的减摇电机9引出，穿过塔筒5上的滑轮后再穿过前臂4上的张力传感器11，最后从前臂4前端引出与被吊重物相连，两条所述第二减摇索分别从塔筒5前端的两个减摇电机9上引出，穿过位于侧臂8上的张力传感器11后从侧臂8前端引出与被吊重物相连，所述第三减摇索从支撑平台2内部的减摇电机9上引出，接着穿过塔筒5上的滑轮，再穿过主吊臂3下部的张力传感器11后直接从张力传感器11处引出与被吊重物相连。
所述前臂4、侧臂8、主吊臂3下部和支撑平台2内设置有张力传感器11，每个减摇索都配有张力传感器11，张力传感器11的滑轮处有减摇索穿过，因此可以检测减摇索的张力。当减摇索发生张力变化时，减摇索的张力变化会传给减摇电机9的编码器10，编码器10将张力信号传给支撑平台2内的PID控制器，PID控制器会根据张力误差实时控制减摇索的收放绳动作，进而实时实现减摇功能。所述主吊臂3下部设置有角度传感单元12。所述前臂4和侧臂8的顶端设置有臂头出绳万向管6，因为减摇索直接从臂头引出的话，减摇索的方向不会得到很好的控制，当加上万向管时，减摇索从万向管里伸出，可以进一步控制减摇索的方向。所述臂头出绳万向管6包括内部装有回转轴承的轴套套筒13，所述轴套套筒13与导轮支架14相连，所述导轮支架14内部设置有导轮15，所述导轮支架14通过第一旋转孔18与导线夹爪支架16的一端相连，所述导线夹爪支架16的另一端通过第二旋转孔19与臂头导向管夹持器17相连，所述臂头导向管夹持器17上设置有臂头万向导向管20。轴套套筒13可以在水平方向360度旋转，导线夹爪支架16可以绕着第一旋转孔18上下转动，臂头导向管夹持器17可以绕着第二旋转孔19在导线夹爪支架16间实现360度的转动。因此，当减摇索穿过导轮15以及臂头万向导向管20时，可以通过控制轴套套筒13、导线夹爪支架16或者臂头导向管夹持器17的转动，使得出绳角的角度随着绳索的变化而变化。
如图6所示，本发明相对传统的减摇起重机，最大的特点就是装有四条减摇索，所述前臂4的前端与第一减摇索相连，两个所述侧臂8各与一条第二减摇索相连，所述主吊臂3的下部与第三减摇索相连，这四条减摇索分别位于主吊索的前后左右，对主吊索进行一个加固作用。当主吊索进行货物起升动作时，货物通常会受到外部激励发生晃动，此时四条减摇索的张力也会随着货物的晃动而发生变化。张力增大的减摇索会进行收绳运动，张力减小的减摇索会进行放绳运动，通过减摇索的收放绳运动控制减摇索的张力保持恒定，并且使得四根减摇索的合力始终与吊重摆动的方向相反，进而维持主吊索的稳定，以此抑制货物的摆动，从而实现减摇功能。
本发明的六面体构型如图8所示，四条箭头分别代表相邻减摇索之间形成的四个面，如图8中标号a，b，c，d所示；标号e，f代表上表面和下表面；即该起重机的四条减摇索会形成一种倒六面体构型吊重减摇装置。这种四条减摇索形成的六面体构型会在一定程度上增加减摇索工作时的稳定性。当起重机受到外部激励时，两条相对的第二减摇索或者第一、第三减摇索会同时进行相应的收放绳动作，减少了绳索在减摇过程中发生的耦合。
当主吊索带着货物进行起升运动时，作用于主吊索四周的减摇索的位置也要跟随着发生相应的变化。通过控制四根减摇索的长度去限制吊重系统的空间位置。在起重机进行起升或者变幅动作时，四根减摇索就会进行同步的跟随动作，保证起升吊索在起重机动作的过程中始终保持竖直方向且张力的大小不变。因为四条减摇索分别位于主吊索的四周，所以对于传统的减摇起重机来说，该起重机所配备的四条减摇索对于主吊索可以实现更好的控制。因此除了减摇功能以外，还可以实现货物转移的功能。主要过程如下：
如图7所示，进行货物转移的过程主要由四条减摇索执行，在前臂下端的减摇索进行收放绳动作时，其余三根减摇索也配合着进行相应的收放绳动作。以此使得四根减摇索的合力始终保持竖直方向，并且成功的实现货物的转移功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种倒六面体构型吊重减摇装置，其特征在于：包括回转电机(1)，所述回转电机(1)上方通过回转轴承连接有支撑平台(2)，所述支撑平台(2)内部设置有起升电机、变幅电机和一个减摇电机(9)，所述支撑平台(2)上表面上设置有塔筒(5)、主吊臂(3)和三个减摇电机(9)，所述主吊臂(3)的两侧对称设置有两个侧臂(8)，所述主吊臂(3)的顶端连接有前臂(4)，所述前臂(4)的前端与第一减摇索相连，两个所述侧臂(8)各与一条第二减摇索相连，所述主吊臂(3)的下部与第三减摇索相连，所述主吊臂(3)的前端下方设置有角度传感单元(12)，所述角度传感单元(12)连接主吊索。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述主吊臂(3)包括两根通过连接板相连的主臂。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述前臂(4)、侧臂(8)、主吊臂(3)下部和支撑平台(2)内设置有张力传感器(11)，所述主吊臂(3)前端下方设置有角度传感单元(12)。
4.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述第一减摇索由塔筒(5)后端的减摇电机(9)引出，穿过塔筒(5)上的滑轮后再穿过前臂(4)上的张力传感器(11)，最后从前臂(4)前端引出与被吊重物相连，两条所述第二减摇索分别从塔筒(5)前端的两个减摇电机(9)上引出，穿过位于侧臂(8)上的张力传感器(11)后从侧臂(8)前端引出与被吊重物相连，所述第三减摇索从支撑平台(2)内部的减摇电机(9)上引出，接着穿过塔筒(5)上的滑轮，再穿过主吊臂(3)下部的张力传感器(11)后直接从张力传感器(11)处引出与被吊重物相连。
5.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述减摇电机(9)上设置有编码器(10)。
6.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述前臂(4)和侧臂(8)的顶端设置有臂头出绳万向管(6)，所述臂头出绳万向管(6)包括内部装有回转轴承的轴套套筒(13)，所述轴套套筒(13)与导轮支架(14)相连，所述导轮支架(14)内部设置有导轮(15)，所述导轮支架(14)通过第一旋转孔(18)与导线夹爪支架(16)的一端相连，所述导线夹爪支架(16)的另一端通过第二旋转孔(19)与臂头导向管夹持器(17)相连，所述臂头导向管夹持器(17)上设置有臂头万向导向管(20)。
7.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述主吊臂(3)下部设置有电动缸(7)。
8.根据权利要求1所述的，其特征在于：所述角度传感单元(12)包括十字形状的角度固定板，所述角度固定板的四端分别连接有一个角度传感器固定片(22)，其中两个相邻角度传感器固定片(22)的侧面上固定有角度传感器(21)，所述角度传感器固定片(22)与对位的角度传感器固定片(22)间通过角度传感器外径条(23)连接，所述角度传感器外径条(23)的外表面上设置有外径夹缝(24)。
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