本發(fā)明涉及一種系靠泊系統(tǒng)，特別涉及一種可代替纜繩兼具護(hù)舷功能的智能化輕型系靠泊系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多年來，船、岸上的水手們一直在重復(fù)著解纜-系纜-調(diào)纜-固定船舶這樣的動(dòng)作，雖然纜繩的材質(zhì)從原始的植物纖維發(fā)展到了現(xiàn)代的高科技材料，但是船舶系泊的方式卻幾乎沒有發(fā)生較大的改變。近年來隨著國際貿(mào)易的發(fā)展與國際航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，海上運(yùn)輸需求越來越大，相應(yīng)的船舶大型化、裝卸效率提升、頻繁的系靠泊等成為了未來發(fā)展的一種趨勢。這對(duì)船舶設(shè)計(jì)、制造、碼頭管理等方面均提出了更高的要求，特別是對(duì)多船舶在碼頭的系泊安全提出考驗(yàn)。進(jìn)港靠泊系纜通常是在氣候良好、風(fēng)平浪靜、潮水平穩(wěn)的情況下，船舶能安全停泊于泊位上，但是這種理想的氣候和環(huán)境并非一直存在，惡劣氣候和環(huán)境的變化一旦出現(xiàn)，就會(huì)給船舶靠泊期間的系纜帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。隨著造船業(yè)，航運(yùn)業(yè)突飛猛進(jìn)，港口設(shè)施也越來越發(fā)達(dá)，相應(yīng)的船舶噸位越來越大，纜繩也越來越粗，帶纜作業(yè)變得越來越困難，越來越危險(xiǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年都有上百起人身傷亡事故是在帶纜作業(yè)時(shí)發(fā)生的。如何保證系泊船舶的安全日益引起國內(nèi)外的關(guān)注與重視，并通過大量的理論和試驗(yàn)研究得到了一定安全保證和優(yōu)化，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的效果。全球經(jīng)濟(jì)一體化要求船舶周轉(zhuǎn)加快，激烈的競爭也要求船舶營運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效率更高、更安全。因此，采用何種系泊方式、初始力設(shè)置多少合理、如何及時(shí)調(diào)整系泊纜力分配以及采用何種高效的碼頭系泊管理，才能保證船舶與系泊設(shè)備的安全以及什么時(shí)候必須要離崗拋錨避風(fēng)，都是港口碼頭設(shè)計(jì)與運(yùn)營管理中日益重視和急需解決的問題。同時(shí)，我們也應(yīng)看到，現(xiàn)有國內(nèi)、外規(guī)范對(duì)于系泊安全的具體規(guī)定相對(duì)較少，一般都是以環(huán)境條件中的一些影響因素來確定，對(duì)于船舶系泊的具體操作而言較為粗糙。一般情況下，現(xiàn)有規(guī)范對(duì)于船舶僅規(guī)定了所配備纜繩的規(guī)格、數(shù)量以及不同波高、運(yùn)動(dòng)量限制推薦值等，而沒有關(guān)于在何種風(fēng)浪流組合情況下應(yīng)采用何種系泊方式的建議或者參考，僅僅規(guī)定了系泊船舶必須采用的最少系泊纜繩數(shù)量，而未考慮纜繩規(guī)格、性能、長度等，特別是應(yīng)對(duì)極端情況的措施建議等，都是有欠缺的。

綜上所述，隨著海運(yùn)事業(yè)的發(fā)展和適應(yīng)不斷提升的安全標(biāo)準(zhǔn)要求，碼頭系泊系統(tǒng)的可靠性將變得越來越重要，尤其對(duì)于一些重要碼頭，如油船碼頭、液化天然氣(LNG/LPG)碼頭、化學(xué)品碼頭等。同時(shí)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得實(shí)時(shí)監(jiān)控、自主調(diào)整的新型智能化碼頭系泊系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，利用高新技術(shù)保證船舶系泊安全以代替多年來傳統(tǒng)的帶纜方式已經(jīng)成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種可代替纜繩兼具護(hù)舷功能的智能化輕型系靠泊系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種可代替纜繩兼具護(hù)舷功能的智能化輕型系靠泊系統(tǒng)，包括檢測系統(tǒng)、真空吸附盤、碼頭安裝固定底座以及均布在所述真空吸附盤和所述碼頭安裝固定底座之間的每兩個(gè)一組的至少三組電動(dòng)缸和至少三個(gè)承載彈簧，所述電動(dòng)缸成組沿周向均布在所有所述承載彈簧的周圍；每組內(nèi)的兩個(gè)所述電動(dòng)缸的輸出端集中且各通過一個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)Ⅰ與所述真空吸附盤連接，每組內(nèi)的兩個(gè)所述電動(dòng)缸分開且各通過一個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)Ⅱ與所述碼頭安裝固定底座連接；所有所述承載彈簧的上端分開均布在所述真空吸附盤的下表面上，所有所述承載彈簧的下端集中均布在所述碼頭安裝固定底座的上表面上；所述檢測系統(tǒng)根據(jù)系泊船舶的六維姿態(tài)對(duì)所述真空吸附盤和所述電動(dòng)缸進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定系泊。

所述真空吸附盤采用正方形結(jié)構(gòu)，所述電動(dòng)缸有四組，所述承載彈簧有四個(gè)，每組所述電動(dòng)缸的輸出端與正方形真空吸附盤的一個(gè)角部連接，每個(gè)所述承載彈簧的上端與所述正方形真空吸附盤的一個(gè)角部連接。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

一)依靠真空吸盤產(chǎn)生的吸附力來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的纜繩拉力，其吸附力可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要定制(如20t，40t、80t等)來適應(yīng)不同類型和大小的船舶，其形狀和材質(zhì)可適用于不同船舶船舷側(cè)不規(guī)則的平面。

二)真空吸附盤有6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，可以在橫向、縱向和垂直方向上自動(dòng)拉伸和扭轉(zhuǎn)，以調(diào)整位置適應(yīng)船舶?？?。

三)無纜繩，減少了船舶對(duì)纜繩的需求，縮短了系靠泊帶纜作業(yè)的周期，提高了碼頭作業(yè)的效率，使碼頭的自動(dòng)化程度得到提高。

四)在一定程度上減少了系泊時(shí)船舶移動(dòng)造成的船殼油漆刮落現(xiàn)象，節(jié)省了維護(hù)保養(yǎng)船殼的費(fèi)用。

五)可六自由度智能調(diào)整穩(wěn)定系泊，能夠在感知纜力的同時(shí)，根據(jù)波、流等運(yùn)動(dòng)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整系泊力的均勻分配，改善系泊期間的泊穩(wěn)條件，可為船-岸間的碼頭作業(yè)提供更穩(wěn)定的裝卸作業(yè)平臺(tái)。

六)隨著停泊期間碼頭潮位、波浪、水流等變化，傳統(tǒng)系纜的船舶必須不斷調(diào)整纜繩長度，以保證船舶良好的靠泊，這不僅增大了船員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且增大了事故發(fā)生的幾率和風(fēng)險(xiǎn)。特別是在涌浪比較大的海域，船舶前后左右不斷地晃動(dòng)，纜繩常常因磨損而繃斷，傳統(tǒng)系泊方式又很難克服劇烈運(yùn)動(dòng)，從而危及船舶和人員安全。因此，在這些港口裝上這類智能系泊系統(tǒng)可以在很大程度上減少事故的發(fā)生，保障生命財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提升港口安全。

綜上所述，本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)風(fēng)浪流環(huán)境變化調(diào)整系泊狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)了無纜繩化系泊作業(yè)，在提升碼頭作業(yè)效率的同時(shí)，可減少事故的發(fā)生，提升港口安全。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的主視圖；

圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖；

圖4a～圖4b是船舶系靠泊期間系統(tǒng)工作過程平面示意圖；

圖5a～圖5c是船舶不同姿態(tài)系泊控制示意圖。

圖中：1、真空吸附盤(兼護(hù)舷碰撞墊)，2、運(yùn)動(dòng)球關(guān)節(jié)Ⅰ，3、電動(dòng)缸，4、運(yùn)動(dòng)球關(guān)節(jié)Ⅱ，5、承載彈簧，6、安裝固定底座。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請(qǐng)參見圖1～圖3，一種可代替纜繩兼具護(hù)舷功能的智能化輕型系靠泊系統(tǒng)，包括檢測系統(tǒng)、真空吸附盤1、安裝固定底座6以及均布在所述真空吸附盤1和所述碼頭安裝固定底座6之間的每兩個(gè)一組的至少三組電動(dòng)缸3和至少三個(gè)承載彈簧5，所述電動(dòng)缸3成組沿周向均布在所有所述承載彈簧5的周圍。

每組內(nèi)的兩個(gè)所述電動(dòng)缸3的輸出端集中且各通過一個(gè)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)球關(guān)節(jié)Ⅰ2與所述真空吸附盤1連接，每組內(nèi)的兩個(gè)所述電動(dòng)缸3分開且各通過一個(gè)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)球關(guān)節(jié)Ⅱ4與所述固定底座6連接。

所有所述承載彈簧5的上端分開均布在所述真空吸附盤1的下表面上，所有所述承載彈簧5的下端集中均布在所述碼頭安裝固定底座6的上表面上。

所述檢測系統(tǒng)借鑒成熟的六維并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，即應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，經(jīng)過對(duì)風(fēng)浪流等作用形式的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可對(duì)系泊系統(tǒng)在風(fēng)浪流作用下調(diào)整運(yùn)動(dòng)響應(yīng)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測的系泊船舶六維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)對(duì)所述真空吸附盤1和所述伺服電機(jī)電動(dòng)缸3進(jìn)行控制，通過調(diào)整系泊系統(tǒng)的伸縮和扭轉(zhuǎn)幅度以適應(yīng)船舶運(yùn)動(dòng)，并在系泊系統(tǒng)承載能力范圍內(nèi)適時(shí)限制較大的運(yùn)動(dòng)以滿足船舶的運(yùn)動(dòng)量滿足系泊或作業(yè)要求，從而實(shí)現(xiàn)船-岸間的穩(wěn)定系泊。

本發(fā)明的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)自由度為六個(gè)，檢測系統(tǒng)用以計(jì)算真空吸附盤1的六維姿態(tài)，可實(shí)時(shí)根據(jù)系泊船舶在風(fēng)浪流作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)幅值，從而通過與電動(dòng)缸相連接的真空吸附盤1控制船身運(yùn)動(dòng)幅值，實(shí)現(xiàn)系泊狀態(tài)的穩(wěn)定。

在本實(shí)施例中，為了兼做傳統(tǒng)形式的護(hù)舷碰墊，所述真空吸附盤1采用正方形結(jié)構(gòu)，所述電動(dòng)缸3有四組，所述承載彈簧5有四個(gè)，每組所述電動(dòng)缸3的輸出端與正方形真空吸附盤的一個(gè)角部連接，每個(gè)所述承載彈簧5的上端與所述正方形真空吸附盤的一個(gè)角部連接。

在本實(shí)施例中，真空吸附盤1兼顧纜力固定與護(hù)舷碰墊功能，運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)Ⅰ2和運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)Ⅱ4采用高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，8個(gè)電動(dòng)缸采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，支持六維運(yùn)動(dòng)，承載彈簧5是大負(fù)載高動(dòng)態(tài)承載彈簧。

請(qǐng)參見圖4a～圖4b，采用四組智能系泊系統(tǒng)組成一個(gè)簡單的碼頭智能系泊系統(tǒng)，四組智能系泊系統(tǒng)從前至后依次命名為：#1系統(tǒng)、#2系統(tǒng)、#3系統(tǒng)和#4系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)港船舶在自身動(dòng)力或者拖輪輔助下以一定靠泊角度和速度靠泊時(shí)，船艏最先與#1系統(tǒng)碰撞接觸，此時(shí)#1系統(tǒng)的真空吸附盤1與船艏外側(cè)接觸，由于受撞擊力，承載彈簧5同時(shí)壓縮，船艏外側(cè)為曲面，真空吸附盤為保持100％貼附船身在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)缸的配合下出現(xiàn)一定傾斜，以配合船舶運(yùn)動(dòng)。

隨著整個(gè)船身逐漸完成靠泊動(dòng)作，四組智能系泊系統(tǒng)同時(shí)吸附住船身，吸附力隨著船舶噸位大小和保持系泊穩(wěn)定而調(diào)整，承載彈簧5呈現(xiàn)一定程度的壓縮狀態(tài)。船艏和船艉處的#1和#4系統(tǒng)為適應(yīng)船身曲面從而有效吸附固定，其吸附盤通過電動(dòng)缸伸縮扭轉(zhuǎn)來呈現(xiàn)不同程度的傾角與之適應(yīng)，各個(gè)系泊系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，整個(gè)系泊系統(tǒng)的靠泊作業(yè)完成。

此后，在該船舶?？看a頭的整個(gè)作業(yè)系泊期間，四組系泊系統(tǒng)將隨時(shí)根據(jù)潮位變化以及風(fēng)浪流對(duì)伺服電機(jī)帶動(dòng)的電動(dòng)缸做調(diào)整，以滿足各組系統(tǒng)的系泊運(yùn)動(dòng)量與受力均衡，請(qǐng)參見圖5a～圖5c，在整個(gè)由船-碼頭岸組成的系泊環(huán)境下，當(dāng)船舶分別發(fā)生橫搖、橫移和升沉?xí)r，該智能系泊系統(tǒng)將隨之發(fā)生調(diào)整以在允許的范圍內(nèi)適應(yīng)船舶運(yùn)動(dòng)。

該智能化系泊系統(tǒng)的具體控制方案如下：

一)船舶六自由度運(yùn)動(dòng)量：根據(jù)不同船型進(jìn)行設(shè)置，以滿足國際航運(yùn)協(xié)會(huì)(PIANC，1995)推薦標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)主要通過控制8個(gè)電動(dòng)缸的拉力，限制過大的船舶位移和搖角，并通過調(diào)整伸縮及荷載，控制船舶運(yùn)動(dòng)量滿足要求。

二)船舶系纜力：為滿足系泊作業(yè)期間的船舶允許運(yùn)動(dòng)量標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)要不斷地根據(jù)風(fēng)浪流條件實(shí)時(shí)調(diào)整吸附力，主要通過真空吸附盤以及電動(dòng)缸組合作用于船身的作用力，并隨著運(yùn)動(dòng)量伸縮而適時(shí)調(diào)整大小，實(shí)現(xiàn)類似傳統(tǒng)纜繩調(diào)整松緊的功能，并參照OCIMF系泊指南的要求，以本系統(tǒng)所能承受拉力的50％或者60％作為設(shè)置警報(bào)的極限。如果船舶運(yùn)動(dòng)量過大導(dǎo)致拉力增大并超出本系統(tǒng)所設(shè)置的極限范圍將自動(dòng)斷開真空吸附盤吸力，從而避免過大拉力導(dǎo)致的損壞和進(jìn)一步損壞。系統(tǒng)通過自身荷載和位移感知功能，使得拉力與運(yùn)動(dòng)量配合協(xié)調(diào)，以達(dá)到盡可能滿足作業(yè)和系泊的要求。

三)撞擊力：真空吸附盤與承載彈簧起到傳統(tǒng)護(hù)舷的作用，當(dāng)船身不同程度地?cái)D壓碼頭時(shí)，該系統(tǒng)一方面通過可六自由度運(yùn)動(dòng)的吸附盤貼緊船身以適應(yīng)撞擊點(diǎn)的變化，另一方面承載彈簧受力壓縮并感知荷載變化，一旦超過本系統(tǒng)負(fù)載范圍，則8個(gè)電動(dòng)缸將參與支撐受力。一旦撞擊荷載超過該系統(tǒng)設(shè)置極限，則發(fā)出警報(bào)。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。