本發(fā)明涉及一種海洋工程裝備的自升式平臺(tái)電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)，尤其是一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)普遍應(yīng)用于三角桁架樁腿自升式平臺(tái)，每個(gè)樁腿一般裝有18套升降單元，即每個(gè)主弦管上裝有6套升降單元。在進(jìn)行平臺(tái)升降時(shí)，每個(gè)主弦管上的6個(gè)升降單元爬升齒輪會(huì)與主弦管上的齒條進(jìn)行嚙合運(yùn)動(dòng)。但是，由于裝配誤差、加工誤差、齒面磨損、外力干擾等因素影響，每個(gè)主弦管上的6個(gè)升降單元爬升齒輪很難同時(shí)與齒條嚙合或者嚙合時(shí)不同步，這就產(chǎn)生了載荷不均勻現(xiàn)象。即每個(gè)主弦管上的6個(gè)升降單元爬升齒輪，承載不一致，這將會(huì)引起安全問題。所以升降系統(tǒng)的控制系統(tǒng)一個(gè)必不可少的功能就是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)載荷能在不同升降單元之間進(jìn)行重新分配，在一定范圍內(nèi)達(dá)到均衡。

目前實(shí)際應(yīng)用的或者在文獻(xiàn)中提到的載荷再分配技術(shù)主要有以下兩種：

①在升降系統(tǒng)爬升齒輪處安裝扭矩傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爬升齒輪受載，若檢測(cè)到某爬升齒輪載荷超過設(shè)定值，升降系統(tǒng)將停止；操作人員啟動(dòng)中控臺(tái)上的“載荷再分配”按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)安裝于電機(jī)輸出軸上的步進(jìn)式盤式剎車裝置松緊程度來控制輸出扭矩，從而實(shí)現(xiàn)載荷再分配；也可由操作人員到對(duì)應(yīng)的升降單元處，依照操作說明書手動(dòng)調(diào)節(jié)剎車裝置松緊程度實(shí)現(xiàn)載荷再分配。

②通過變頻器監(jiān)測(cè)變頻電機(jī)輸出扭矩判斷爬升齒輪受載狀況，當(dāng)檢測(cè)到某一爬升齒輪載荷超過設(shè)定值時(shí)，升降系統(tǒng)停止；操作人員啟用備用變頻器，對(duì)該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的電機(jī)進(jìn)行頻率調(diào)整，降低其輸出扭矩實(shí)現(xiàn)載荷再分配。

現(xiàn)有技術(shù)中，第一種屬于目前升降系統(tǒng)設(shè)備商普遍采用的方法，技術(shù)比較成熟。但是，在實(shí)現(xiàn)載荷再分配時(shí)，需要停止升降系統(tǒng)。當(dāng)按下“停止”按鈕到升降系統(tǒng)停止，爬升齒輪與齒條的接觸狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化。此時(shí)，再進(jìn)行載荷再分配已經(jīng)失去調(diào)節(jié)的依據(jù)了。因此這種載荷再分配方式是一種粗調(diào)，很難比較精確地控制爬升齒輪受載。另外，在爬升齒輪處安裝扭矩傳感器，需要在爬升齒輪中心加工通孔，這對(duì)爬升齒輪的強(qiáng)度不利。

第二種屬于公開發(fā)表的技術(shù)，未見在產(chǎn)品上使用過。但這種載荷調(diào)節(jié)方法對(duì)扭矩調(diào)節(jié)效果不佳，因?yàn)槠涔ぷ鬟^程與第一種方式相似：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某一爬升齒輪載荷超過設(shè)定值后，升降系統(tǒng)停止，然后再對(duì)對(duì)應(yīng)的升降單元電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。須知，在升降系統(tǒng)停止過程中，爬升齒輪與樁腿齒條的嚙合狀態(tài)同樣已經(jīng)改變。當(dāng)啟動(dòng)備用變頻器對(duì)該升降單元對(duì)應(yīng)的變頻電機(jī)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)時(shí)，載荷再分配效果也會(huì)大打折扣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)方法，該技術(shù)方法通過采用變頻控制技術(shù)，在線檢測(cè)升降系統(tǒng)爬升齒輪載荷，在不需要停止升降系統(tǒng)狀態(tài)下在線對(duì)過載的升降單元輸出扭矩進(jìn)行精確控制，快速地將同一主弦管上的爬升齒輪載荷進(jìn)行載荷再分配，確保升降系統(tǒng)工作安全。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)，用于電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)，該電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)包括中央控制單元、電機(jī)控制單元、樁邊控制單元和升降單元。桁架樁腿自升式平臺(tái)的一個(gè)樁腿主弦管配備一個(gè)固樁單元，一個(gè)固樁單元上安裝多套升降單元，每個(gè)升降單元配置變頻電機(jī)，變頻電機(jī)通過減速箱驅(qū)動(dòng)爬升齒輪，電機(jī)控制單元為每個(gè)變頻電機(jī)配置獨(dú)立的變頻器；中央控制單元以安全為原則，以平臺(tái)傾斜程度為約束條件，以調(diào)節(jié)爬升齒輪載荷為目標(biāo)； 所述中央控制單元實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)所有爬升齒輪受載程度和平臺(tái)傾斜程度，當(dāng)爬升齒輪所受載荷超過載荷預(yù)警值且滿足平臺(tái)傾斜程度時(shí)，所述中央控制單元輸出控制信號(hào)給該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制單元的變頻器，對(duì)該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的變頻電機(jī)進(jìn)行載荷在線再分配，使同一個(gè)樁腿主弦管上的所有爬升齒輪受載荷均在設(shè)定范圍內(nèi)。

所述爬升齒輪受載荷程度包括載荷停機(jī)值和載荷預(yù)警值；當(dāng)多個(gè)爬升齒輪中至少一個(gè)爬升齒輪的載荷超過載荷停機(jī)值時(shí)，中央控制單元發(fā)出報(bào)警并使電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)停機(jī)；操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的變頻器頻率，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)載荷再分配，然后再次啟動(dòng)電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)。

所述桁架樁腿自升式平臺(tái)傾斜程度包括平臺(tái)傾斜停機(jī)值、平臺(tái)傾斜報(bào)警值和平臺(tái)傾斜預(yù)警值，傾斜程度作為實(shí)施載荷再分配的約束條件；當(dāng)桁架樁腿自升式平臺(tái)傾斜角超過平臺(tái)傾斜停機(jī)值，中央控制單元自動(dòng)報(bào)警并使電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)停機(jī)；操作人員進(jìn)行越控調(diào)平，即在忽略傾斜報(bào)警功能狀態(tài)下，手動(dòng)對(duì)單樁進(jìn)行升降，達(dá)到水平要求；當(dāng)桁架樁腿自升式平臺(tái)傾斜角超過平臺(tái)傾斜報(bào)警值未達(dá)到停機(jī)值，操作人員進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)行單樁升降，達(dá)到水平要求；當(dāng)桁架樁腿自升式平臺(tái)傾斜角超過平臺(tái)傾斜預(yù)警值未達(dá)到報(bào)警值，中央控制單元運(yùn)行自動(dòng)調(diào)平程序，達(dá)到水平要求；

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)方法能使同一主弦管所有爬升齒輪受載均在設(shè)定范圍。該技術(shù)以安全為原則，以平臺(tái)傾斜程度為約束條件，以調(diào)節(jié)爬升齒輪受載為目標(biāo)。將爬升齒輪所受載荷程度分為載荷停機(jī)值和載荷預(yù)警值；載荷停機(jī)值表征該爬升齒輪處于危險(xiǎn)狀態(tài)，必須停止升降系統(tǒng)工作；載荷預(yù)警值是控制系統(tǒng)對(duì)該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的變頻電機(jī)進(jìn)行載荷在線再分配的必要條件。將平臺(tái)傾斜程度分為平臺(tái)傾斜停機(jī)值、平臺(tái)傾斜報(bào)警值和平臺(tái)傾斜預(yù)警值，傾斜程度作為實(shí)施載荷再分配的約束條件

本發(fā)明體現(xiàn)在速度快和精準(zhǔn)度高。由于系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線對(duì)爬升齒輪所受載荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，不需要停機(jī)，故載荷再分配速度快；再者，載荷調(diào)節(jié)的依據(jù)就是當(dāng)前的接觸狀態(tài)，故載荷再分配精準(zhǔn)度高。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中升降單元配置變頻電機(jī)與變頻器連接對(duì)應(yīng)圖；

圖2為實(shí)施例中載荷再分配系統(tǒng)流程圖；

圖3為升降單元在主弦管上布置圖；

圖4為升降單元組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，3，4所示，一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)方法，用于電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)。該電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)主要包括中央控制單元、電機(jī)控制單元（包含變頻器14）、樁邊控制單元、升降單元等。桁架樁腿自升式平臺(tái)的一個(gè)樁腿主弦管3配備一個(gè)固樁單元2，一個(gè)固樁單元2上安裝多套升降單元，此處以安裝六個(gè)升降單元為例。

如圖4所示，升降單元包含變頻電機(jī)13、減速機(jī)構(gòu)12、爬升齒輪11。六個(gè)升降單元A1、B1、C1、A2、B2、C2在樁腿主弦管3上進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，六個(gè)爬升齒輪所受載荷不盡相同，且實(shí)時(shí)變化。以該主弦管為例，系統(tǒng)對(duì)所有主弦管的控制方式均一致。

本發(fā)明的升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)，每個(gè)升降單元配置變頻電機(jī)13，每個(gè)變頻電機(jī)配置獨(dú)立變頻器14，見圖1。

所述一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)，將爬升齒輪所受載荷分檔，分界點(diǎn)分別定義為載荷停機(jī)值與載荷預(yù)警值。載荷停機(jī)值表征該爬升齒輪處于危險(xiǎn)狀態(tài)，必須停止升降系統(tǒng)工作；載荷預(yù)警值是控制系統(tǒng)對(duì)該爬升齒輪對(duì)應(yīng)的變頻電機(jī)進(jìn)行載荷在線再分配的必要條件。

所述一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)，將平臺(tái)傾斜程度分檔，分界點(diǎn)分別定義為平臺(tái)傾斜停機(jī)值、平臺(tái)傾斜報(bào)警值和平臺(tái)傾斜預(yù)警值。平臺(tái)傾斜停機(jī)值表征平臺(tái)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，必須停止升降系統(tǒng)工作；平臺(tái)傾斜報(bào)警值表征平臺(tái)處于傾斜狀態(tài)并且自動(dòng)調(diào)平程序還未將其調(diào)平，但還不至于出現(xiàn)危險(xiǎn)，操作人員可以進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)，也可以繼續(xù)運(yùn)行升降系統(tǒng)；平臺(tái)傾斜預(yù)警值表征平臺(tái)處于傾斜狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)平程序開始運(yùn)行。

所述一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)，通過變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與調(diào)節(jié)功能，使同一主弦管所有爬升齒輪受載均在設(shè)定范圍。該技術(shù)以安全為原則，以平臺(tái)傾斜程度為約束條件，以調(diào)節(jié)爬升齒輪受載為目標(biāo)。本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)方法，具體技術(shù)方案見圖2。

實(shí)施例：

如圖1，2所示，以一個(gè)主弦管安裝六個(gè)升降單元為例，分別為A1、B1、C1、A2、B2、C3；每個(gè)升降單元配置變頻電機(jī)，每個(gè)變頻電機(jī)配置獨(dú)立變頻器。

（1）中央控制單元的PLC實(shí)時(shí)發(fā)出指令，檢測(cè)六個(gè)升降單元A1、B1、C1、A2、B2、C2中的爬升齒輪受載程度。

（2）若六個(gè)爬升齒輪中某個(gè)或者多個(gè)載荷超過載荷停機(jī)值且持續(xù)設(shè)定時(shí)間時(shí)，中央控制單元發(fā)出報(bào)警并使電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)停機(jī)；此時(shí)，操作人員可以手動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的變頻器頻率，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)載荷再分配，然后再次啟動(dòng)電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)。若該樁腿主弦管上所有爬升齒輪載荷均未超過載荷停機(jī)值，系統(tǒng)將判斷平臺(tái)傾斜角是否超過載荷停機(jī)值。

注：若六個(gè)爬升齒輪載荷均超過載荷停機(jī)值且持續(xù)設(shè)定時(shí)間時(shí)，中央控制單元發(fā)出報(bào)警并使電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)停機(jī)；此時(shí)應(yīng)該檢查該樁腿導(dǎo)向處、齒輪與齒條嚙合處是否有異物導(dǎo)致卡滯。

（3）若平臺(tái)傾斜角超過載荷停機(jī)值，中央控制單元發(fā)出報(bào)警并使電動(dòng)齒輪齒條式升降系統(tǒng)停機(jī)；此時(shí)，操作人員進(jìn)行越控調(diào)平，即在忽略傾斜報(bào)警功能狀態(tài)下，手動(dòng)對(duì)單樁進(jìn)行升降，達(dá)到水平要求。若平臺(tái)傾斜角未超過停機(jī)值，系統(tǒng)判斷傾斜角是否超過報(bào)警值。

（4）若平臺(tái)傾斜角超過載荷報(bào)警值，中央控制單元自動(dòng)報(bào)警，但不停機(jī)，系統(tǒng)正在運(yùn)行調(diào)平程序。此時(shí)，操作人員可以手動(dòng)使其停機(jī)；或者靜觀其變，系統(tǒng)可能能夠調(diào)整到正常狀態(tài)，也可能由于某些原因無法調(diào)平直至傾斜超過停機(jī)值使得系統(tǒng)停機(jī)。若操作人員手動(dòng)使升降系統(tǒng)停止工作，可以手動(dòng)單樁升降對(duì)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)平；若操作人員不理會(huì)傾斜報(bào)警，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行。若平臺(tái)傾斜角未超過載荷報(bào)警值，系統(tǒng)判斷是否超過載荷預(yù)警值。

（5）若平臺(tái)傾斜角超過載荷預(yù)警值，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入調(diào)平程序，同時(shí)檢測(cè)爬升齒輪受載。若平臺(tái)傾斜角未超過載荷預(yù)警值，系統(tǒng)判斷爬升齒輪受載是否超過載荷預(yù)警值。

（6）若爬升齒輪受載超過載荷預(yù)警值，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)變頻器頻率，實(shí)現(xiàn)載荷在線再分配。同時(shí)，系統(tǒng)將檢測(cè)爬升齒輪再分配后的受載情況。若爬升齒輪載荷未超過載荷報(bào)警值，系統(tǒng)運(yùn)行同步程序，同時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)判斷爬升齒輪受載情況。

總之，一種升降系統(tǒng)載荷在線再分配技術(shù)方法，最終使同一個(gè)樁腿主弦管上的六個(gè)升降單元A1、B1、C1、A2、B2、C2中的六個(gè)爬升齒輪載荷趨于均等且均低于預(yù)警值。