CN214087376U - 浮吊吊物系统主动抑摆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浮吊吊物系统主动抑摆装置，通过设置纵移机构和横移机构双向驱动定滑车移动，从而改变在定滑轮上的起重绳的双向位置，形成主动双向阻尼，调节吊钩摆幅，通过设置耳板，起重绳还可随着转向轮、耳板自适应摆动，整个装置结构简单，安全性好，调节稳定性高。

Description

浮吊吊物系统主动抑摆装置

技术领域

本实用新型涉及海工作业浮吊装备控制设备技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种浮吊吊物系统主动抑摆装置。

背景技术

在中长周期浪涌海况水域环境中，采用船舶进行挂钩和重物吊装作业时，在风浪流荷载影响下，需要解决以下问题：在风浪流荷载影响下，船体受激运动，主要发生纵摇、纵荡、横摇、横荡和艏摇，当迎浪角在±30度以内时，船体主要以纵摇为主，当迎浪角超过±30度时，以纵摇+横摇为主。吊钩受船体运动而激励，在共振区域，会发生有害大幅摆动，降低了现场施工作业窗口期，极大影响人员设备的安全。为此需要研究吊物减摆方法和可行的结构系统，解决抑摆难题，目前，在船体上一般设置有吊臂，吊臂的末端的上表面设置有转向轮，起重绳从类似钢丝绳卷筒的装置引出后绕过转向轮后连接吊钩，通过吊钩钩住吊物，而目前的抑摆结构只在竖向上进行主动抑摆，不能解决在水平面内的摇摆问题，抑摆效率低、抑摆稳定性差，并且设备成本高，占用体积大。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种浮吊吊物系统主动抑摆装置，以解决现有技术抑摆效率低的技术问题。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供一种浮吊吊物系统主动抑摆装置，设置在吊臂上，吊臂的末端向外水平延伸形成鹰嘴部，鹰嘴部上靠近吊臂的一端竖向设置有转向轮，鹰嘴部上设置有调整机构，调整机构包括：

纵移机构，其包括一对沿鹰嘴部的长度方向水平设置且固定在鹰嘴部的上表面的纵向滑轨，每个纵向滑轨上分别滑动连接有纵向滑块，在每个纵向滑块的外侧分别沿纵向滑轨的延伸方向水平设置有一个纵向驱动缸，纵向驱动缸的缸体固定在鹰嘴部的上表面、伸缩端与对应的纵向滑块固定连接；

横移机构，其包括沿水平方向连接在相对的纵向滑块之间的横向滑轨和沿横向滑轨的延伸方向设置的横向驱动缸，横向滑轨与纵向滑轨相互垂直，横向滑轨上滑动连接有横向滑块，横向驱动缸的缸体固定在纵向滑块的内侧、伸缩端与横向滑块连接；

定滑车，其固定在横向滑块上，定滑车上通过一对轴承座水平连接有转轴，转轴上套设固定有定滑轮，起重绳依次绕过转向轮、定滑轮后向下延伸与吊钩连接。

优选的是，所述转向轮通过耳板设置在所述鹰嘴部上，耳板为C型结构且槽口方向向上，耳板的上端开设有一对销轴孔，一对销轴孔内共穿一根销轴，所述转向轮套设在销轴上且能相对于销轴自由转动，耳板的下端为圆柱形结构，所述鹰嘴部上对应所述耳板的位置开设有圆柱形的通孔，耳板的下端穿入通孔内且与通孔的侧壁之间设置有套筒，耳板的下端在所述通孔以上的部分与所述鹰嘴部的上表面之间连接设置有锥形轴承。

优选的是，所述横向滑轨、纵向滑轨均为轴辊式滑轨，所述纵向滑块套设在所述纵向滑轨上，所述横向滑块套设在所述横向滑轨上。

优选的是，所述纵向滑轨在远离所述转向轮的一端设置有纵向滑轨支座，所述纵向滑块的底部设置有支垫块，支垫块固定在所述鹰嘴部的上表面，所述鹰嘴部的上表面在所述纵向驱动缸的安装方向上还分别固定设置有纵向后支座和纵向前支座，所述纵向驱动缸的缸体与纵向后支座固定，所述纵向驱动缸的伸缩端穿过纵向前支座后，与所述纵向滑块之间通过设置联接板铰接固定。

优选的是，所述定滑车靠近所述转向轮的一端向上固定有起重绳限位器，起重绳绕过转向轮后，先穿入起重绳限位器，再绕过所述定滑轮。

优选的是，所述定滑轮上沿圆周设置有环形凹槽，所述起重绳绕过所述定滑轮时位于环形凹槽内，所述鹰嘴部在所述定滑轮的下方向上设置有竖向顶推缸，竖向顶推缸的伸缩端连接有竖向销轴，竖向销轴的上端与环形凹槽配合设置。

本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置通过设置纵移机构和横移机构双向驱动定滑车移动，从而改变在定滑轮上的起重绳的双向位置，形成主动双向阻尼，调节吊钩摆幅，整个装置结构简单，安全性好，调节稳定性高，通过设置耳板，起重绳还可随着转向轮、耳板自适应摆动。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置的俯视结构图；

图2为本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置的侧视结构图；

图3为本实用新型的一个实施例的转向轮在图2的A-A向的剖视结构图；

图4为本实用新型的一个实施例的浮吊吊摆示意图；

图5为本实用新型的实施例1与对比例1的吊钩摆角随时间变化的对比图。

说明书附图标记说明：1、吊臂，2、鹰嘴部，3、转向轮，4、纵向滑轨，5、纵向滑块，6、纵向驱动缸，7、横向滑轨，8、横向驱动缸，9、横向滑块，10、定滑车，11、轴承座，12、转轴，13、定滑轮，14、耳板，15、销轴，16、套筒，17、锥形轴承，18、纵向滑轨支座，19、支垫块，20、纵向后支座，21、纵向前支座，22、联接板，23、起重绳限位器，24、环形凹槽，25、竖向顶推缸，26、竖向销轴，27、起重绳。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

本实用新型提供了一种浮吊吊物系统主动抑摆装置，如图1-3所示，设置在吊臂1上，吊臂1的末端向外水平延伸形成鹰嘴部2，鹰嘴部2上靠近吊臂1的一端竖向设置有转向轮3，鹰嘴部2上设置有调整机构，调整机构包括：

纵移机构，其包括一对沿鹰嘴部2的长度方向水平设置且固定在鹰嘴部2的上表面的纵向滑轨4，每个纵向滑轨4上分别滑动连接有纵向滑块5，在每个纵向滑块5的外侧分别沿纵向滑轨4的延伸方向水平设置有一个纵向驱动缸6，纵向驱动缸6的缸体固定在鹰嘴部2的上表面、伸缩端与对应的纵向滑块5固定连接；

横移机构，其包括沿水平方向连接在相对的纵向滑块5之间的横向滑轨7和沿横向滑轨7的延伸方向设置的横向驱动缸8，横向滑轨7与纵向滑轨4相互垂直，横向滑轨7上滑动连接有横向滑块9，横向驱动缸8的缸体固定在纵向滑块5的内侧、伸缩端与横向滑块9连接；

定滑车10，其固定在横向滑块9上，定滑车10上通过一对轴承座11水平连接有转轴12，转轴12上套设固定有定滑轮13，起重绳27依次绕过转向轮3、定滑轮13后向下延伸与吊钩连接。

使用前，将调整机构整体安装在鹰嘴部2上，先使纵向滑轨4沿鹰嘴部2的长度方向固定在鹰嘴部2上且与如图1、图2所示的x轴方向一致，然后在纵向滑轨4上安装纵向滑块5，在纵向滑块5上安装横向滑轨7，在横向滑轨7上安装横向滑块9，使横向滑块9的运动方向与如图2所示的y轴方向一致，再在横移机构的横向滑块9上安装定滑车10，定滑车10上设置定滑轮13，起重绳27依次绕过转向轮3、定滑轮13后向下延伸与吊钩连接，定滑轮13与起重绳27之间在吊物的重力作用下具有一定的摩擦力使定滑轮13不会与起重绳27之间打滑。

使用时，启动纵向驱动缸6使纵向滑块5沿纵向滑轨4移动设定的位移，启动横向驱动缸8使横向滑块9沿横向滑轨7移动设定的位移，从而调整定滑车和定滑轮以及定滑轮上的起重绳的纵向和横向位移，根据设置的调整间隔，可以实时启动纵向驱动缸和横向驱动缸调整对应的位移，从而对吊钩的摆动可在x轴和y轴的两个方向上主动形成运动阻尼，调节吊钩摆幅，实现抑摆。

在另一种技术方案中，如图1-3所示，所述转向轮3通过耳板14设置在所述鹰嘴部2上，耳板14为C型结构且槽口方向向上，耳板14的上端开设有一对销轴15孔，一对销轴15孔内共穿一根销轴15，所述转向轮3套设在销轴15上且能相对于销轴15自由转动，耳板14的下端为圆柱形结构，所述鹰嘴部2上对应所述耳板14的位置开设有圆柱形的通孔，耳板14的下端穿入通孔内且与通孔的侧壁之间设置有套筒16，耳板14的下端在所述通孔以上的部分与所述鹰嘴部2的上表面之间连接设置有锥形轴承17。

通过在转向轮3的下方设置耳板14，耳板14的下端安装在鹰嘴部2的通孔内且与鹰嘴部2之间设置套筒16，对耳板14的下端进行保护和维持转动过程的均一性和稳定性，减少相互之间的磨损，通过设置锥形轴承17，使耳板14的下端穿入至锥形轴承17内圈中，锥形轴承17的外圈与鹰嘴部2的上表面固定，使耳板14能相对鹰嘴部2发生转动，再将转向轮3通过销轴15安装在耳板14上，转向轮3可以绕销轴15转动还能随耳板14整体沿通孔的圆周转动，这样在起重绳27发生晃动的过程中，起重绳27能随着转向轮3发生自适应的摆动，而不会在纵移机构、横移机构调整起重绳27位置时造成阻碍，提高抑摆的准确性。

在另一种技术方案中，如图1-2所示，所述横向滑轨7、纵向滑轨4均为轴辊式滑轨，所述纵向滑块5套设在所述纵向滑轨4上，所述横向滑块9套设在所述横向滑轨7上。

设置为轴辊式滑轨，结构简单，滑动稳定高效，且方便安装和固定。

在另一种技术方案中，如图1-2所示，所述纵向滑轨4在远离所述转向轮3的一端设置有纵向滑轨支座18，所述纵向滑块5的底部设置有支垫块19，支垫块19固定在所述鹰嘴部2的上表面，所述鹰嘴部2的上表面在所述纵向驱动缸6的安装方向上还分别固定设置有纵向后支座20和纵向前支座21，所述纵向驱动缸6的缸体与纵向后支座20固定，所述纵向驱动缸6的伸缩端穿过纵向前支座21后，与所述纵向滑块5之间通过设置联接板22铰接固定。

通过设置纵向后支座20、纵向前支座21给纵向驱动缸6提供支撑，使纵向驱动缸6在水平方向上移动平稳，设置支垫块19保证纵向滑块5移动平稳，避免纵向滑轨4和纵向滑块5在起重绳27的压力作用下产生向下的变形，通过设置联接板22方便拆卸和固定。

在另一种技术方案中，如图1-2所示，所述定滑车10靠近所述转向轮3的一端向上固定有起重绳限位器23，起重绳27绕过转向轮3后，先穿入起重绳限位器23，再绕过所述定滑轮13。

通过设置起重绳限位器23对起重绳27进行限位，使调整机构对起重绳27的移动更精准。

在另一种技术方案中，如图1-3所示，所述定滑轮13上沿圆周设置有环形凹槽24，所述起重绳27绕过所述定滑轮13时位于环形凹槽24内，所述鹰嘴部2在所述定滑轮13的下方向上设置有竖向顶推缸25，竖向顶推缸25的伸缩端连接有竖向销轴26，竖向销轴26的上端与环形凹槽24配合设置。

启动竖向顶推缸25向上顶推伸缩端进入环形凹槽24抵触定滑轮13，可实现竖向锁定定滑轮13，给调整机构提供保护机制，避免定滑轮13转动失控。

本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置可应用在海上某特定海况下对浮吊吊物的高精度主动抑摆作业中，下面结合一种浮吊吊物系统主动抑摆方法来具体说明。

实施例1：

一种浮吊吊物系统主动抑摆方法，如图4所示，主动抑摆时包括如下步骤：

S1、以船舶的重心为零点O，吊臂1顶点为q点，吊钩处为p点，实时监测吊钩的摆角和起重绳27在q点和p点之间的长度l，以竖直向上的方向作为z轴方向、以吊臂1的末端的延伸方向作为x轴方向构建三维坐标系，并实时监测零点O在三维坐标系上的位移值x_o(t)、y_o(t)。在实际作业过程中，q点取在起重绳27从吊钩开始第一次发生延伸方向改变的位置，如果起重绳27绕过定滑轮13后延伸一定长度与吊钩连接，则将起重绳27离开定滑轮13的临界点设为q点。

S2、将步骤S1得到的x_o(t)、y_o(t)、l及吊钩的摆角代入方程

其中，k为增益系数，β(t-τ)为吊钩的摆角在xoz投影面内的夹角、β'(t-τ)为吊钩的摆角在yoz投影面内的夹角，进行运算得到p点于时刻t时在x轴方向需要的位移x_p(t)和p点在y轴方向需要的位移y_p(t)。可通过在吊钩上设置陀螺仪测得吊钩的倾角，再进行投影换算，得到β(t-τ)和β'(t-τ)，起重绳27在q点和p点之间的长度可通过在收放起重绳27的卷筒的转动轴上安装编码器，安装编码器时采用现有技术即可，即可制作一个编码器支架，把编码器固定好，在编码器支架一端安装一个齿形带轮，再使用一个联轴器把编码器的轴与齿形带轮的轴连接好，在收放起重绳27的卷筒的转动轴上安装一个齿形带轮，用齿形带把收放起重绳27的卷筒的齿形带轮和支架一端的齿形带轮连接起来，事先测量好吊臂1顶点q和吊钩之间的长度l_o，编码器根据齿形带轮所转的圈数和角度算出实时起重绳27的变化长度，加上l_o即为l。

S3、在吊臂1的顶部设置本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置，浮吊吊物系统主动抑摆装置对起重绳27位于吊臂1的顶部的部分在x轴方向上按照x_p(t)的数值进行调整和/或在y轴方向上按照y_p(t)的数值进行调整，实现对吊物的主动抑摆。优选的，可提前通过设置智能控制芯片来与本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置电连接配合使用，通过智能控制芯片来控制对应的纵向驱动缸6和横向驱动缸8运动位移，使控制过程更智能更精确。

在船舶实际运行过程中，可通过RTK实时定位技术精确获取船舶重心在海上受到海浪影响而产生的位移值，再实时获取起重绳27的长度l和吊钩的摆角，代入方程内进行计算得到实时需要调整的长度，主动形成吊钩运动阻尼，进行抑摆，操作方法简单，抑摆效果好，而k、τ的值可自行通过数值仿真分析和试验验证，并结合调整机构可能行程和神经网络算法，先行取值代入计算抑摆效率，看是否达到理想的抑摆效率数值，不行则重新取值，从而确定最适宜的k、τ值，达到最优抑摆效率。

在另一种技术方案中，所述τ取值公式为：

其中，T_s为采样周期，T为波浪周期，N为常数。

τ与实时海况的参数有关，波浪周期越长则吊钩状态变化更慢，通过数值仿真分析和试验来验证取值是否理想，N为常数可取任意值，只需保证计算得到的τ的值代入方程

内能获得理想的抑摆效率数值即可。

在另一种技术方案中，所述k的取值范围为0.01-0.1，所述τ的数值范围为0.1-3s。

根据一般的海况的参数来设置，例如在波浪周期8s,有义波高0.2m的海况条件下，采样周期根据采样频率设置为0.02s，对N的取值保证τ在0.1-3s，k的建议取值范围在0.01-0.1之间，这样在应用过程中计算得到的抑摆效率更理想。

在另一种技术方案中，在步骤S3中，当船舶作业过程中迎浪角的绝对值≤30度时，调整机构对起重绳27位于吊臂1的顶部的部分在x轴方向上按照x_p(t)的数值进行调整或在y轴方向上按照y_p(t)的数值进行调整，当船舶作业过程中迎浪角的绝对值>30度时，调整机构对起重绳27位于吊臂1的顶部的部分在x轴和y轴方向上分别按照x_p(t)和y_p(t)的数值进行对应距离的调整，实现对吊物的主动抑摆。

对于船舶作业时，迎浪角在±30度以内时，船体主要以纵摇为主，可以仅一个方向主动形成吊钩运动阻尼，当迎浪角超过±30度时，以纵摇+横摇为主，因此在x轴和y轴向的这两个方向形成主动阻尼，这样整体而言提高工作效率，针对性的进行抑摆。

利用实施例1的浮吊吊物系统主动抑摆方法模拟海况进行抑摆效果验证，在海况的参数为波浪周期8s，有义波高0.2m的条件下，起重绳27的长度l设置为2米，取值τ为1s，取值k为0.05，代入方程

中，监测在80s的时间内的吊绳倾角随时间变化的曲线a。

对比例1：

在与实施例1相同的海况条件下试验，不采用实施例1的浮吊吊物系统主动抑摆方法，监测在80s的时间内的吊绳倾角随时间变化的曲线b。

将实施例1得到的吊绳倾角随时间变化的曲线a和对比例1得到的吊绳倾角随时间变化的曲线b绘制对比图，对比图如图5所示，从图5中可以看出实施例1相对于对比例1产生了显著的抑摆效果，将实施例1得到进行抑摆后的吊绳摆动的倾角数值相比于对比例1未进行抑摆控制时得到的吊绳摆动的倾角数值进行对比，并计算百分比得到抑摆效率的数值，抑摆效率达到70％以上，说明本实用新型的浮吊吊物系统主动抑摆装置具有良好的应用能力。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，设置在吊臂上，吊臂的末端向外水平延伸形成鹰嘴部，鹰嘴部上靠近吊臂的一端竖向设置有转向轮，鹰嘴部上设置有调整机构，调整机构包括：

纵移机构，其包括一对沿鹰嘴部的长度方向水平设置且固定在鹰嘴部的上表面的纵向滑轨，每个纵向滑轨上分别滑动连接有纵向滑块，在每个纵向滑块的外侧分别沿纵向滑轨的延伸方向水平设置有一个纵向驱动缸，纵向驱动缸的缸体固定在鹰嘴部的上表面、伸缩端与对应的纵向滑块固定连接；

横移机构，其包括沿水平方向连接在相对的纵向滑块之间的横向滑轨和沿横向滑轨的延伸方向设置的横向驱动缸，横向滑轨与纵向滑轨相互垂直，横向滑轨上滑动连接有横向滑块，横向驱动缸的缸体固定在纵向滑块的内侧、伸缩端与横向滑块连接；

定滑车，其固定在横向滑块上，定滑车上通过一对轴承座水平连接有转轴，转轴上套设固定有定滑轮，起重绳依次绕过转向轮、定滑轮后向下延伸与吊钩连接。

2.如权利要求1所述的浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，所述转向轮通过耳板设置在所述鹰嘴部上，耳板为C型结构且槽口方向向上，耳板的上端开设有一对销轴孔，一对销轴孔内共穿一根销轴，所述转向轮套设在销轴上且能相对于销轴自由转动，耳板的下端为圆柱形结构，所述鹰嘴部上对应所述耳板的位置开设有圆柱形的通孔，耳板的下端穿入通孔内且与通孔的侧壁之间设置有套筒，耳板的下端在所述通孔以上的部分与所述鹰嘴部的上表面之间连接设置有锥形轴承。

3.如权利要求1所述的浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，所述横向滑轨、纵向滑轨均为轴辊式滑轨，所述纵向滑块套设在所述纵向滑轨上，所述横向滑块套设在所述横向滑轨上。

4.如权利要求1所述的浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，所述纵向滑轨在远离所述转向轮的一端设置有纵向滑轨支座，所述纵向滑块的底部设置有支垫块，支垫块固定在所述鹰嘴部的上表面，所述鹰嘴部的上表面在所述纵向驱动缸的安装方向上还分别固定设置有纵向后支座和纵向前支座，所述纵向驱动缸的缸体与纵向后支座固定，所述纵向驱动缸的伸缩端穿过纵向前支座后，与所述纵向滑块之间通过设置联接板铰接固定。

5.如权利要求1所述的浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，所述定滑车靠近所述转向轮的一端向上固定有起重绳限位器，起重绳绕过转向轮后，先穿入起重绳限位器，再绕过所述定滑轮。

6.如权利要求1所述的浮吊吊物系统主动抑摆装置，其特征在于，所述定滑轮上沿圆周设置有环形凹槽，所述起重绳绕过所述定滑轮时位于环形凹槽内，所述鹰嘴部在所述定滑轮的下方向上设置有竖向顶推缸，竖向顶推缸的伸缩端连接有竖向销轴，竖向销轴的上端与环形凹槽配合设置。

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