CN204383722U

CN204383722U - 一种船舶升沉运动模拟系统

Info

Publication number: CN204383722U
Application number: CN201420694478.4U
Authority: CN
Inventors: 陈良路; 刘文龙; 朱林; 吕慧轩; 薛浩
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2024-11-18

Abstract

本实用新型公开了一种船舶升沉运动模拟系统，包括底板，在所述的底板上安装一个底座，在所述的底座上安装有一个步进电机和一个与其垂直的直线滑台，所述的步进电机的输出端驱动一个与直线滑台相平行的滚珠丝杠，在滚珠丝杠上设有一个滑块，所述的滑块上连接一个与直线滑台垂直的甲板，甲板与底板之间连接有测量甲板位移的直线位移传感器；所述的滑块在滚珠丝杠的驱动下能沿着直线滑台上下移动。

Description

一种船舶升沉运动模拟系统

技术领域

本实用新型公开了一种船舶升沉运动模拟系统。

背景技术

在海上进行吊装作业时，由于在波浪的影响下船舶甲板会不断地升沉运动，给安全将货物卸放到甲板上带来巨大挑战,但是由于受外在条件的限制,在对海上进行吊装作业进行研究时,无法在真实的环境下进行长期研究,因此,急切需要设计一种在实验室条件下模拟研究海上升沉补偿吊机吊装作业过程的模拟系统。

实用新型内容

在为了能够方便完善地在实验室条件下模拟研究海上升沉补偿吊机吊装作业过程，本实用新型公开了一种船舶升沉运动模拟系统，用来模拟船舶甲板在不同波浪情况下的升沉运动，从而实现多种环境工况的吊装作业模拟。

本实用新型采用的技术方案如下：

船舶升沉运动模拟系统，包括底板，在所述的底板上安装一个底座，在所述的底座上安装有一个步进电机III和一个与其垂直的直线滑台，所述的步进电机III的输出端驱动一个与直线滑台相平行的滚珠丝杠II，在滚珠丝杠II上设有一个滑块，所述的滑块上连接一个与直线滑台垂直的甲板，甲板与底板之间连接有测量甲板位移的直线位移传感器；所述的滑块在滚珠丝杠II的驱动下能沿着直线滑台上下移动。

所述甲板采用薄木板制作，并用方形钢管对薄木板加固。

所述的薄木板与直线滑台的滑块用螺栓固定。

所述的直线位移传感器的拉杆与木板连接，所述的传感器与底座用螺栓连接。

本实用新型产生的有益效果如下：

1)船舶升沉运动模拟装置，可以方便地模拟不同波浪条件下船甲板的升沉运动。

2)针对规则波和不规则波，均能够实现在船甲板运动至最高位置附近时，自动将货物平稳地卸放于船甲板。3)适合在实验室环境下模拟吊机吊装作业。

附图说明

图1本实用新型应用的海上起重机升沉补偿系统；

图2为图1中执行系统整体结构图；

图3为图1中运动调节机构结构图；

图4图1中起重机结构图；

图5图4中绞车结构图；

图6本实用新型的主视图；

图7本实用新型的侧视图；

图中：101—起重装置；102—绞车；103—升沉补偿执行装置；104—控制装置；105—船舶升沉模拟系统；201—步进电机I；202—外部框架；203—矩形铝管；204—螺栓；205—电磁铁；206—声波传感器；207—联轴器；208—滚珠丝杠I；209—运动转换刚片；210—立式轴支座I；211—螺纹杆；212—圆锥滚子轴承；213—滑块轴承；214—光杠；301—定滑轮；302—立柱；303—底座；304—立式轴支座II；305—吊臂；401—步进电机II；402—刚性联轴器；403—卷筒；404—凸缘；405—轴承座；406—卷筒支座；407—光杠；408—电机支架；501—直线滑台；502—滚珠丝杠II；503—甲板；504—直线位移传感器；505—底座；506—底板；507—滑块；508—步进电机III。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，整体的海上起重机升沉补偿系统，包括一个起重装置101、绞车102、升沉补偿执行装置103、控制装置104和船舶升沉模拟系统105，升沉补偿执行装置103吊装在起重装置上,船舶升沉运动模拟系统安装在升沉补偿执行装置的下方，通过控制器控制起重装置101、升沉补偿执行装置103、船舶升沉模拟系统105，实现升沉补偿执行装置和船舶升沉模拟系统105的相互配合。

升沉补偿系统执行装置结构如下：包括一个连接在起重机钢丝绳端部的外部框架202，在所述的外部框架顶部固定一个步进电机I201，所述的步进电机I201的输出端通过联轴器207驱动一个滚珠丝杠I208，在滚珠丝杠208上设有一个与其相配合滑块，滑块上安装两个与滚珠丝杠I208相平行的螺纹杆211，两个所述的螺纹杆211的端部与同一个矩形铝管203相连，在所述的矩形铝管203的底部安装有一个声波传感器206和电磁铁205。

声波传感器206采用5V电源供电，输出信号为数字信号，输出信号线SDA、SCL分别与控制装置单片机的P3.6、P3.7管脚相接，进行I2C通信。

接收单片机输出信号的元件有两个步进电机驱动器和电磁铁。

方形钢管(20*20*1，下同)和角钢(30*30*2.0，下同)作为外部框架202，连接方式均采用螺栓204(M3)连接；所用滚珠丝杠I208直径为16mm,导程为10mm；滚珠丝杠I208两端用圆锥滚子轴承212(30201型)、铝板(90*30*3)进行固定；采用光杠(下同)、滑块轴承213(SMA10)、立式轴支座210(立式SK10)对运动转换刚片209进行周向固定；采用螺纹杆211(M6)将矩形铝管(50*25*2，下同)与运动转换刚片209相连接；采用梅花联轴器207(L50D12，内径10-12)连接两相混合式步进电机I201与滚珠丝杠208；为了便于演示货物的卸放，采用电磁铁205连接货物，在矩形铝管下端开一个直径为4mm小孔，用4cm长细绳将电磁铁205悬挂在此小孔下方；在矩形铝管一端用螺栓(M2)将声波传感器206固定。

海上起重机结构具体如下：包括一个底座303,在所述的底座303上安装一个绞车102和与其垂直的立柱302，在所述的立柱302上安装有立式轴支座II304，所述的立式轴支座II304上安装有一个吊臂305；在所述的吊臂305的末端和立柱302的末端安装有定滑轮301，所述的吊臂305能沿着立式轴支座II304上下摆动。

绞车102包括步进电机II401，所述的步进电机II401通过一个刚性联轴器402连接一个卷筒403，所述的两端为凸缘404状，且该卷筒403在轴线方向上通过轴承座405安装在卷筒403支座上。卷筒403安装在卷筒支座406上，使用时，在卷筒403上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的另一端绕过立式轴支座和吊臂305的末端的定滑轮与升沉补偿执行装置的外部框架相连。

步进电机安装电机支架408上，光杆407两端穿过电机支架408。

使用Solidworks对起重机进行三维建模，模型如图2所示。起重机能进行货物吊起与下放，吊臂305的变幅控制与立柱的回转控制不在本研究范围内。起重机主体使用矩形铝管(50*25*2)制作，并用角钢、光杠、立式轴支座(立式SK10)、螺栓(M6，M4)进行固定。起重机使用的滑轮型号为HO:XBD，起重机底座与立柱302、吊臂305与立柱302使用钢丝绳(下同)进行牵拉，使用钢丝绳卡子固定钢丝绳。

绞车采用2对30*30*2.0型角钢作为卷筒支座，支座与吊机底座使用光杠进行连接。卷筒与卷筒凸缘分别使用光杠、铁质圆形挡板制作。光杠407通过过轴承座(卧式KFL000内径10)进行径向固定，用螺栓(M4)将轴承座固定在卷筒支座上。步进电机(57BYGH250-112)使用电机支架(步进电机支架)固定在吊机底座上。使用刚性联轴器(D25L35，内径8-10)将电机轴与卷筒连接。

船舶升沉运动模拟系统，包括底板506，在所述的底板506上安装一个底座505，在所述的底座505上安装有一个步进电机III508和一个与其垂直的直线滑台501，所述的步进电机III508的输出端驱动一个与直线滑台501相平行的滚珠丝杠II502，在滚珠丝杠II502上设有一个滑块507，所述的滑块507上连接一个与直线滑台垂直的甲板503，甲板503与底板506之间连接有测量甲板位移的直线位移传感器504；所述的滑块507在滚珠丝杠II502的驱动下能沿着直线滑台上下移动。

滚珠丝杠II502总长为270mm，丝杠螺距8mm，有效行程为210mm，步进电机III508为42型步进电机(42BYGH4812)；为增加滑台稳定性，采用矩形铝管(50*25*2)和方形钢管(19*19*1.0)以及厚木板(380*300*16)制作结构底座对直线滑台进行四周固定，连接方式采用螺栓(M3，M5)连接；模拟船甲板503的平板采用薄木板(300*300*3)制作，并用方形钢管对薄木板加固，薄木板与直线滑台的滑块507用螺栓(M3)固定，再将直线位移传感器504的拉杆与木板连接，传感器与结构底座用螺栓(M5)连接，加入直线位移传感器504的作用是记录木板的初始位置，通过程序控制使木板在演示过程最后复位。

上述系统的补偿方法如下：

步骤1对声波传感器和甲板距离初始化；

步骤2启动绞车，将货物提升到设定的高度；

步骤3货物悬停4秒，启动升沉运动模拟装置；

步骤4启动绞车，将货物下放至目测安全位置；

步骤5停止绞车，启动升沉补偿系统；

步骤6每隔1.5s使甲板与货物距离减少1mm；

步骤7当货物与甲板接触时，控制滚珠丝杠I下降1.5cm；

步骤8再次启动升沉补偿执行装置，使货物与甲板保持接触；

步骤91s后卸放货物；

步骤10启动绞车，将升沉补偿装置提升，滚珠丝杠I复位；

步骤11升沉运动模拟装置复位。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种船舶升沉运动模拟系统，其特征在于：包括底板，在所述的底板上安装一个底座，在所述的底座上安装有一个步进电机和一个与其垂直的直线滑台，所述的步进电机的输出端驱动一个与直线滑台相平行的滚珠丝杠，在滚珠丝杠上设有一个滑块，所述的滑块上连接一个与直线滑台垂直的甲板，甲板与底板之间连接有测量甲板位移的直线位移传感器；所述的滑块在滚珠丝杠II的驱动下能沿着直线滑台上下移动。

2.如权利要求1所述的船舶升沉运动模拟系统，其特征在于：所述甲板采用薄木板制作，并用方形钢管对薄木板加固。

3.如权利要求2所述的船舶升沉运动模拟系统，其特征在于：所述的薄木板与直线滑台的滑块用螺栓固定。

4.如权利要求1所述的船舶升沉运动模拟系统，其特征在于：所述的直线位移传感器的拉杆与木板连接，所述的传感器与底座用螺栓连接。