新型海上起重機升沉補償系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型公開了一種新型海上起重機升沉補償系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有升沉補償裝置一般是通過在普通起重機上加裝液壓系統(tǒng)和滑輪組來實現(xiàn)控 制鋼絲繩載荷端的上下運動位移，當船體下沉時活塞桿帶動動滑輪組伸出，當船體上升時， 活塞帶動動滑輪組縮回，以消除波浪對載荷產(chǎn)生的升沉影響。
[0003] 升沉補償裝置按控制力執(zhí)行方式分為主動式與被動式兩種。被式升沉補 償系統(tǒng)是依靠船舶上升和下降來壓縮釋放蓄能器中的壓縮空氣，蓄能器可作為空 氣彈簧吸收沖擊力，從而減少了鋼絲繩的張力。主動式升沉補償系統(tǒng)通常是使用 MRU(motionreferenceunit)測量船舶的姿態(tài)，再通過幾何計算，得出吊鉤在垂直方向的位 移，從而控制執(zhí)行機構(gòu)實時收放鋼絲繩，以"抵消"由于波浪而引起吊鉤的額外升沉運動。
[0004] 被動式升沉補償系統(tǒng)不足：由于參數(shù)不能選擇和調(diào)節(jié)，所以在吊裝貨物和工況發(fā) 生變化時，系統(tǒng)的補償性能會被限制，且補償精度低。此外，被動式升沉補償系統(tǒng)還存在滯 后比較大的缺點，容易造成事故。
[0005] 主動式升沉補償系統(tǒng)不足：主動補償系統(tǒng)需要系統(tǒng)自身的動力能源來進行工作。 傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)使用液壓泵作為動力，消耗功率較大，只適用于中小功率場合。傳統(tǒng)液壓補 償系統(tǒng)，在補償精度和補償素的較被動補償有改善，但是，還有很大的提升空間。此外，由于 液壓系統(tǒng)還存在體積大，重量大，更換液壓油維護麻煩的缺點。本設(shè)計解決了以上不足。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本實用新型公開了一種新型海上起重機升 沉補償系統(tǒng)。
[0007] 本實用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 新型海上起重機升沉補償系統(tǒng)，包括一個起重裝置、升沉補償執(zhí)行裝置、控制器和 船舶升沉模擬系統(tǒng)，所述的升沉補償執(zhí)行裝置吊裝在起重裝置上，船舶升沉運動模擬系統(tǒng) 安裝在升沉補償執(zhí)行裝置的下方，且在升沉補償執(zhí)行裝置的下方安裝有測量貨物與甲板間 的距離，為升沉補償提供數(shù)據(jù)資料的傳感器，通過控制器控制起重裝置、升沉補償執(zhí)行裝 置、船舶升沉運動模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)升沉補償執(zhí)行裝置和船舶升沉運動模擬系統(tǒng)的相互補償。
[0009] 所述的升沉補償執(zhí)行裝置包括一個連接在起重機鋼絲繩端部的外部框架，在所述 的外部框架頂部固定一個電機I，所述的電機I的輸出端通過聯(lián)軸器驅(qū)動一個滾珠絲杠 I， 在滾珠絲杠 I上設(shè)有一個與其相配合滑塊，所述的滑塊上安裝兩個與滾珠絲杠 I相平行的 螺紋桿，兩個所述的螺紋桿的端部與同一個矩形管相連，在所述的矩形管的底部安裝有一 個聲波傳感器和電磁鐵。聲波傳感器用于測量貨物與甲板間的距離，為實現(xiàn)升沉補償提供 可靠的數(shù)據(jù)資料。電磁鐵模擬真實吊機中的吊鉤，用于吊裝以及卸放貨物。升沉補償裝置工 作過程，電機I帶動滾珠絲杠 I轉(zhuǎn)動，使滑塊升降，滑塊帶動貨物運動，從而進行升沉補償。
[0010] 在矩形管下端開一個小孔，將電磁鐵懸掛在小孔下方。
[0011] 在矩形鋁管一端用螺栓將聲波傳感器固定。
[0012] 所述的起重裝置包括一個底座，在所述的底座上安裝一個絞車和與其垂直的立 柱，所述的立柱上安裝有一個立式軸支座I，立式軸支座I上安裝有一個吊臂；在所述的吊 臂的末端和立式軸支座的末端安裝有定滑輪，所述的吊臂能沿著立式軸支座上下擺動。
[0013] 所述的絞車包括步進電機II，所述的步進電機II通過一個剛性聯(lián)軸器連接一個 卷筒，所述的兩端為凸緣狀，且該卷筒在軸承方向上通過軸承安裝在卷筒支座上。使用時， 在卷筒上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩的另一端繞過立柱和吊臂的末端的定滑輪與升沉補償執(zhí)行 裝置的外部框架相連。
[0014] 所述的步進電機安裝電機支架上。
[0015] 所述的船舶升沉運動模擬系統(tǒng)，包括底板，在所述的底板上安裝一個底座，在所述 的底座上安裝有一個步進電機III和一個與其垂直的直線滑臺，所述的步進電機III的輸 出端驅(qū)動一個與直線滑臺相平行的滾珠絲杠 II，在滾珠絲杠 II上設(shè)有一個滑塊，所述的滑 塊上連接一個與直線滑臺垂直的甲板，甲板與底板之間連接有測量甲板位移的直線位移傳 感器；所述的滑塊在滾珠絲杠 II的驅(qū)動下能沿著直線滑臺上下移動。
[0016] 上述系統(tǒng)的補償方法如下：
[0017] 步驟1對聲波傳感器和甲板距離初始化；
[0018] 步驟2啟動絞車，將貨物提升到設(shè)定的高度；
[0019] 步驟3貨物懸停4秒，啟動升沉運動模擬裝置；
[0020] 步驟4啟動絞車，將貨物下放至目測安全位置；
[0021] 步驟5停止絞車，啟動升沉補償執(zhí)行裝置；
[0022] 步驟6每隔I. 5s使甲板與貨物距離減少Imm ;
[0023] 步驟7當貨物與甲板接觸時，控制滾珠絲杠 I下降I. 5cm ;
[0024] 步驟8再次啟動升沉補償執(zhí)行裝置，使貨物與甲板保持接觸；
[0025] 步驟91s后卸放貨物；
[0026] 步驟10啟動絞車，將升沉補償裝置提升，滾珠絲杠 I復(fù)位；
[0027] 步驟11升沉運動模擬裝置復(fù)位。
[0028] 本實用新型產(chǎn)生的有益效果如下：
[0029] 1)本實用新型便于在實驗室操作運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，能夠比較精確直觀地實現(xiàn)海上起 吊貨物到卸放貨物的全過程模擬。
[0030] 2)安裝在吊鉤與貨物之間的新型主動式升沉補償裝置，方便拆裝，適用范圍廣，可 移植性強。
[0031] 3)通過絲杠進行升沉補償，且以單片機為控制核心的補償系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)液壓 式補償，反應(yīng)靈敏、補償精度高。
[0032] 4)船舶升沉運動模擬裝置，可以方便地模擬不同波浪條件下船甲板的升沉運動。
[0033] 5)針對規(guī)則波和不規(guī)則波，均能夠?qū)崿F(xiàn)在船甲板運動至最高位置附近時，自動將 貨物平穩(wěn)地卸放于船甲板。6)吊機模擬裝置，適合在實驗室環(huán)境下模擬吊機吊裝作業(yè)。
【附圖說明】
[0034] 圖1海上起重機升沉補償系統(tǒng)；
[0035] 圖2執(zhí)行系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖3與運動調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖4起重機結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖5絞車結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖6船舶升沉運動模擬系統(tǒng)主視圖；
[0040] 圖7船舶升沉運動模擬系統(tǒng)側(cè)視圖；
[0041] 圖8不規(guī)則波系統(tǒng)實驗流程圖；
[0042] 圖9控制原理圖；
[0043] 圖10船舶升沉運動圖；
[0044] 圖11貨物與甲板相對距離隨時間變化圖；
[0045] 圖12貨物卸放階段與甲板距離隨時間變化圖；
[0046] 圖中：101-起重裝置；102-絞車；103-升沉補償執(zhí)行裝置；104-控制器；105- 船舶升沉模擬系統(tǒng)；201-步進電機I ;202-外部框架；203-矩形鋁管；204-螺栓；205- 電磁鐵；206-聲波傳感器；207-聯(lián)軸器；208-滾珠絲杠 I ;209-運動轉(zhuǎn)換剛片；210-立 式軸支座I ;211-螺紋桿；212-圓錐滾子軸承；213-滑塊軸承；214-光杠；301-定滑 輪；302-立柱；303-底座；304-立式軸支座II ;305-吊臂；401-步進電機II ;402-剛 性聯(lián)軸器；403-卷筒；404-凸緣；405-軸承座；406-卷筒支座；407-光杠；408-電機 支架；501-直線滑臺；502-滾珠絲杠 II ;503-甲板；504-直線位移傳感器；505-底座； 506-底板；507-滑塊；508-步進電機III。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明：
[0048] 如圖1所示，本實用新型公開了一種新型海上起重機升沉補償系統(tǒng)，包括一個起 重裝置101、絞車102、升沉補償執(zhí)行裝置103、控制器104和船舶升沉模擬系統(tǒng)105,升沉補 償執(zhí)行裝置103吊裝在起重裝置上，船舶升沉運動模擬系統(tǒng)安裝在升沉補償執(zhí)行裝置的下 方，通過控制器控制起重裝置101、升沉補償執(zhí)行裝置103、船舶升沉模擬系統(tǒng)105,實現(xiàn)升 沉補償執(zhí)行裝置和船舶升沉模擬系統(tǒng)105的相互配合。
[0049] 升沉補償系統(tǒng)執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)如下：包括一個連接在起重機鋼絲繩端部的外部框架 202,在所述的外部框架頂部固定一個步進電機1201，所述的步進電機1201的輸出端通過 聯(lián)軸器207驅(qū)動一個滾珠絲杠1208,在滾珠絲杠208上設(shè)有一個與其相配合滑塊，滑塊上安 裝兩個與滾珠絲杠1208相平行的螺紋桿211，兩個所述的螺紋桿211的端部與同一個矩形 鋁管203相連，在所述的矩形鋁管203的底部安裝有一個聲波傳感器206和電磁鐵205。
[0050] 聲波傳感器206采用5V電源供電，輸出信號為數(shù)字信號，輸出信號線SDA、SCL分 別與控制器單片機的P3. 6、P3. 7管腳相接，進行I2C通信。
[0051] 接收單片機輸出信號的元件有兩個步進電機驅(qū)動器和電磁鐵。
[0052] 方形鋼管（20*20*1，下同）和角鋼（30*30*2. 0,下同）作為外部框架202,連接方 式均采用螺栓204 (M3)連接；所用滾珠絲杠1208直徑為16mm，導(dǎo)程為IOmm ;滾珠絲杠1208 兩端用圓錐滾子軸承212(30201型）、鋁板（90*30*3)進行固定；采用光杠 （Φ 1〇,下同）、 滑塊軸承213 (SMAlO)、立式軸支座210 (立式SKlO)對運動轉(zhuǎn)換剛片209進行周向固定；采 用螺紋桿211 (M6)將矩形鋁管（50*25*2,下同）與運動轉(zhuǎn)換剛片209相連接；采用梅花聯(lián) 軸器207 (L50D1