專利名稱：海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上搭載平臺的收放控制系統(tǒng)，特別是涉及一種數(shù)字控制的電液控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在高海況下收放溢油回收處理裝置要是考慮無人艇、波浪、海上溢油回收處理裝置、收放裝置的相互作用。在溢油回收處理裝置收放的過程中，波浪的作用使得溢油回收處理裝置的安全收放很不理想，故現(xiàn)在引入張力和速度反饋的功能來盡量減輕波浪給海上溢油處理水面機(jī)器人的收放帶來的不利影響。各種船攜式溢油回收系統(tǒng)都需要有一個良好的收放裝置實現(xiàn)溢油回收裝置的安全收放。國內(nèi)外對此也做了很多的研究。Global Davit GmbH公司能夠為工程船和客滾船提供收放裝置方案，所有Rhp.HC.type型收放裝置為A型結(jié)構(gòu)，采用集成液壓系統(tǒng)，設(shè)備滿足SOLAS要求和MED認(rèn)定。針對快速救助艇，在吊臂上裝有集成緩沖裝置，自動波浪補(bǔ)償系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和減擺系統(tǒng)等裝置。挪威VestDavit的設(shè)備完全采用液壓系統(tǒng)控制，應(yīng)急系統(tǒng)滿足SOLAS要求和IMO規(guī)定，具有緩沖系統(tǒng)、恒張力系統(tǒng)和減擺系統(tǒng)。挪威HydramarineAS，典型特點:高速升沉補(bǔ)償系統(tǒng)、液壓氣動沖擊緩沖系統(tǒng)，兩軸的減擺系。目前海上收放控制系統(tǒng)大多需要在有人員參與的情況下完成，實現(xiàn)數(shù)字化控制的電氣液壓控制系統(tǒng)集成度不高，智能化低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是在高海況下，負(fù)載變化的情況下，通過電液比例調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)收放控制過程中對速度和力的控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)收放。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下所述。一種海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，包括液壓傳動回路、電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng):
所述的液壓傳動回路包括具有臂架變幅機(jī)構(gòu)液壓傳動回路及回收裝置收放液壓傳動回路，上述兩個傳動回路采用相同的傳動回路設(shè)計；
所述液壓傳動回路包括電機(jī)1、變量泵2、單向閥3、比例溢流閥4、油缸5、過濾器17、t匕例方向閥6、平衡閥7、平衡閥8、雙向液壓馬達(dá)14、變速器16、滾珠絲杠9、滾輪10、卷筒15 ；電機(jī)I通過聯(lián)軸器與變量泵2相連；變量泵2的進(jìn)油口與油缸5相連，變量泵2的出油口與單向閥3的進(jìn)油口相連；過濾器17的進(jìn)油口與單向閥3的出油口相連，并接比例溢流閥4的進(jìn)油口 ；比例溢流閥4的出油口與油缸5相連；比例方向閥6的P 口與過濾器17的出油口相連，比例方向閥6的T 口與油缸5相連，比例方向閥6的A 口與平衡閥7的T 口相連，比例方向閥6的B 口與平衡閥8的T 口相連；雙向液壓馬達(dá)14的一側(cè)的油口與平衡閥7的P 口相連，雙向液壓馬達(dá)14的另一側(cè)油口與平衡閥8的油口相連；雙向液壓馬達(dá)14通過減速機(jī)構(gòu)16與卷筒15相連；滾珠絲杠9與滾輪10相連，并通過減速機(jī)構(gòu)16與卷筒軸相連； 所述電氣控制系統(tǒng)包括基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)、基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)及突發(fā)狀況處理系統(tǒng)。所述的基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括光電編碼器12、光電編碼器13、速度方向控制器20、比例放大器22 ;光電編碼器12測量卷筒15的速度；光電編碼器13測量滾珠絲杠9的速度；卷筒的速度和滾珠絲杠的速度作為速度方向控制器20的輸入信號；速度方向控制器20的輸出信號作為比例放大器22的輸入信號；比例放大器的輸出信號作為比例方向閥6的輸入控制信號。所述的基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括張力傳感器18、力控制器21、比例放大器23 ;張力傳感器18測量繩子的張力；測量的繩子的張力做為力控制器21的輸入信號；力控制器的輸出信號作為比例放大器23的輸入信號；比例放大器的輸出信號作為平衡閥7、平衡閥8和比例溢流閥4的輸入信號。所述的突發(fā)狀況控制系統(tǒng)包括接近開關(guān)傳感器11、接近開關(guān)傳感器19 ;接近開關(guān)傳感器11、19的輸出信號做為控制器24的輸入信號，控制器24的輸出信號做為電機(jī)I的控制信號。所述的檢測系統(tǒng)包括安裝于卷筒15上的光電編碼器12、安裝于滾珠絲杠9上的光電編碼器13、安裝于繩子傳動系統(tǒng)中的張力傳感器18、接近開關(guān)11、接近開關(guān)19。本發(fā)明具有的積極效果是:
I)采用基于速度的反饋控制回路，在負(fù)載速度變化的情況下，通過調(diào)控比例溢流閥的開度調(diào)節(jié)速度，消除速度變化的不平穩(wěn)。2)采用基于力的反饋控制回路，在負(fù)載受力變化的情況下，通過調(diào)流比例溢流閥的壓力，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的輸出力矩，實現(xiàn)對收放過程的力的控制。3)通過檢測系統(tǒng)的狀態(tài)變化，實現(xiàn)數(shù)字化控制，智能化無人控制。


圖1是本發(fā)明實施例中海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
圖2是本發(fā)明海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)的電液結(jié)構(gòu)原理圖
具體實施例方式下面給出本發(fā)明的較佳的實施例，這些實施例并非限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實施例如附圖1所示，本發(fā)明中海上溢油回收處理裝置的臂架變幅機(jī)構(gòu)由卷揚機(jī)構(gòu)101、導(dǎo)輪201、鋼絲繩301、臂架401、導(dǎo)輪501、臂架801 ;溢油回收處理裝置的回收裝置收放機(jī)構(gòu)由卷揚機(jī)構(gòu)601、導(dǎo)輪701、鋼絲繩901、臂架1001、溢油回收裝置1101。工作流程為:首先臂架變幅機(jī)構(gòu)在所述的電液控制系統(tǒng)的驅(qū)動下，完成水平方向的伸展，通過檢測安裝在臂架401和臂架801之間的角度傳感器1301，確定是否達(dá)到工作需要的伸展幅度；當(dāng)角度達(dá)到要求時，溢油回收裝置的收放機(jī)構(gòu)在電液控制系統(tǒng)的驅(qū)動下進(jìn)行收放動作。
如附圖2所示，本發(fā)明的海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，包括液壓傳動回路、電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng):
所述的液壓傳動回路包括具有臂架變幅機(jī)構(gòu)液壓傳動回路及回收裝置收放液壓傳動回路，上述兩個傳動回路采用相同的傳動回路設(shè)計；
所述液壓傳動回路包括電機(jī)1、變量泵2、單向閥3、比例溢流閥4、油缸5、過濾器17、比例方向閥6、平衡閥7、平衡閥8、雙向液壓馬達(dá)14、變速器16、滾珠絲杠9、滾輪10、卷筒15 ；電機(jī)I通過聯(lián)軸器與變量泵2相連；變量泵2的進(jìn)油口與油缸5相連，變量泵2的出油口與單向閥3的進(jìn)油口相連；過濾器17的進(jìn)油口與單向閥3的出油口相連，并接比例溢流閥4的進(jìn)油口 ；比例溢流閥4的出油口與油缸5相連；比例方向閥6的P 口與過濾器17的出油口相連，比例方向閥6的T 口與油缸5相連，比例方向閥6的A 口與平衡閥7的T 口相連，比例方向閥6的B 口與平衡閥8的T 口相連；雙向液壓馬達(dá)14的一側(cè)的油口與平衡閥7的P 口相連，雙向液壓馬達(dá)14的另一側(cè)油口與平衡閥8的油口相連；雙向液壓馬達(dá)14通過減速機(jī)構(gòu)16與卷筒15相連；滾珠絲杠9與滾輪10相連，并通過減速機(jī)構(gòu)16與卷筒軸相連；所述電氣控制系統(tǒng)包括基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)、基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)及突發(fā)狀況處理系統(tǒng)。所述的基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括光電編碼器12、光電編碼器13、速度方向控制器20、比例放大器22 ;光電編碼器12測量卷筒15的速度；光電編碼器13測量滾珠絲杠9的速度；卷筒15的速度和滾珠絲杠9的速度作為速度方向控制器20的輸入信號；速度方向控制器20的輸出信號作為比例放大器22的輸入信號；比例放大器的輸出信號作為比例方向閥6的輸入控制信號。所述的基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括張力傳感器18、力控制器21、比例放大器23 ;張力傳感器18測量繩子的張力；測量的繩子的張力做為力控制器21的輸入信號；力控制器21的輸出信號作為比例放大器23的輸入信號；比例放大器23的輸出信號作為平衡閥
7、平衡閥8和比例溢流閥4的輸入信號。所述的突發(fā)狀況控制系統(tǒng)包括接近開關(guān)傳感器11、接近開關(guān)傳感器19 ;接近開關(guān)傳感器11、19的輸出信號做為控制器24的輸入信號，控制器24的輸出信號做為電機(jī)I的控制信號。所述的檢測系統(tǒng)包括安裝于卷筒15上的光電編碼器12、安裝于滾珠絲杠9上的光電編碼器13、安裝于繩子傳動系統(tǒng)中的張力傳感器18、接近開關(guān)11、接近開關(guān)19。其工作過程如下:給控制器24信號，控制器24輸出啟動電機(jī)1，液壓系統(tǒng)開始工作。油液通過變量泵2、單向閥3分為兩路，一路接比例溢流閥4的進(jìn)油口，通過比例溢流閥4的出口油液流入油缸5，系統(tǒng)可以通過設(shè)定溢流閥4來調(diào)定開啟壓力。另一路接比例方向閥6的P 口，速度方向控制器20通過控制比例放大器22控制比例方向閥6，當(dāng)比例方向閥6的左側(cè)比例電磁鐵得電時，比例方向閥6的P 口與平衡閥7的A 口接通，比例方向閥6的B 口與平衡閥7的T 口接通，雙向液壓馬達(dá)14正轉(zhuǎn)，雙向液壓馬達(dá)14通過變速機(jī)構(gòu)16驅(qū)動卷筒15轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)完成放下過程；當(dāng)比例方向閥6的右側(cè)比例電磁鐵得電時，比例方向閥6的P 口與平衡閥8的B 口接通，比例方向閥6的A 口與平衡閥8的T 口接通，雙向液壓馬達(dá)14反轉(zhuǎn)，雙向液壓馬達(dá)14通過變速機(jī)構(gòu)16驅(qū)動卷筒15轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)完成收起過程。在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)過程中，都可以通過比例放大器22輸出信號的大小，通過控制比例電磁鐵得電的大小控制閥門的開度，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度。力控制器21輸出信號控制比例放大器23，比例放大器信號輸出控制比例平衡閥7、8，分別設(shè)定正、反轉(zhuǎn)過程回油路的背壓，在和比例溢流閥4壓力調(diào)定的系統(tǒng)配合下，完成系統(tǒng)輸出力矩的控制。所述的基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)中的光電編碼器12測量卷筒15的速度；光電編碼器13測量滾珠絲杠9的速度；卷筒15的速度和滾珠絲杠9的速度作為速度方向控制器20的輸入信號，與給定輸入控制器的速度相比較；速度方向控制器20經(jīng)過運算的輸出信號作為比例放大器22的輸入信號，根據(jù)測量速度與給定速度的偏差的大小，調(diào)節(jié)比例放大器22的輸入信號，當(dāng)偏差增大時，比例放大器22的輸出信號增大，當(dāng)偏差信號減小時，比例放大器22的輸出信號減小。比例方向閥6的比例電磁鐵控制閥門開度的變化與比例放大器22的輸出信號成正比關(guān)系，從而根據(jù)監(jiān)測的速度信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變化。所述的基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)中張力傳感器18測量繩子的張力；測量的繩子的張力做為力控制器21的輸入信號；力控制器21的輸出信號作為比例放大器23的輸入信號；比例放大器23的輸出信號作為平衡閥7、8和比例溢流閥4的輸入信號，平衡閥7、8和比例溢流閥4的比例電磁鐵得電的大小與比例放大器23的輸出信號成正比例的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)比例溢流閥4可以設(shè)定進(jìn)油路的壓力，通過調(diào)節(jié)平衡閥7、8可以設(shè)定回油路的背壓，從而調(diào)定系統(tǒng)的輸出力矩。所述的突發(fā)狀況控制系統(tǒng)中，接近開關(guān)傳感器11、19的輸出信號做為控制器24的輸入信號，控制器24的輸出信號做為電機(jī)I的控制信號，當(dāng)滾輪的超過其設(shè)定的活動范圍時，接近開關(guān)輸出信號，控制器24接收信號控制電機(jī)I的開斷。本發(fā)明可以應(yīng)用于海上類似收放裝置的控制，因此本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書范圍內(nèi)的各種控制系統(tǒng)的改變。
權(quán)利要求
1.海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于，包括液壓傳動回路、電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng): 所述的液壓傳動回路包括具有臂架變幅機(jī)構(gòu)液壓傳動回路及回收裝置收放液壓傳動回路，上述兩個傳動回路采用相同的傳動回路設(shè)計； 所述液壓傳動回路包括電機(jī)(I)、變量泵(2)、單向閥(3)、比例溢流閥(4)、油缸(5)、過濾器(17)、比例方向閥(6)、平衡閥(7)、平衡閥(8)、雙向液壓馬達(dá)(14)、變速器(16)、滾珠絲杠(9)、滾輪(10)、卷筒(15);電機(jī)⑴通過聯(lián)軸器與變量泵⑵相連；變量泵⑵的進(jìn)油口與油缸(5)相連，變量泵⑵的出油口與單向閥(3)的進(jìn)油口相連；過濾器(17)的進(jìn)油口與單向閥⑶的出油口相連，并接比例溢流閥⑷的進(jìn)油口 ；比例溢流閥⑷的出油口與油缸(5)相連；比例方向閥(6)的P 口與過濾器(17)的出油口相連，比例方向閥(6)的T口與油缸(5)相連，比例方向閥(6)的A 口與平衡閥(7)的T 口相連，比例方向閥(6)的B口與平衡閥⑶的T 口相連；雙向液壓馬達(dá)(14)的一側(cè)的油口與平衡閥(7)的P 口相連，雙向液壓馬達(dá)(14)的另一側(cè)油口與平衡閥⑶的油口相連；雙向液壓馬達(dá)(14)通過減速機(jī)構(gòu)(16)與卷筒(15)相連；滾珠絲杠(9)與滾輪(10)相連，并通過減速機(jī)構(gòu)(16)與卷筒軸相連； 所述電氣控制系統(tǒng)包括基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)、基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)及突發(fā)狀況處理系統(tǒng)； 所述的檢測系統(tǒng)包括安裝于卷筒(15)上的光電編碼器(12)、安裝于滾珠絲杠(9)上的光電編碼器(13)、安裝于繩子傳動系統(tǒng)中的張力傳感器(18)、接近開關(guān)(11)、接近開關(guān)(19)。
2.如權(quán)利要求1所述的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于速度反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括光電編碼器(12)、光電編碼器(13)、速度方向控制器(20)、比例放大器(22);光電編碼器(12)測量卷筒(15)的速度；光電編碼器(13)測量滾珠絲杠(9)的速度；卷筒的速度和滾珠絲杠的速度作為速度方向控制器(20)的輸入信號；速度方向控制器(20)的輸出信號作為比例放大器(22)的輸入信號；比例放大器的輸出信號作為比例方向閥(6)的輸入控制信號。
3.如權(quán)利要求1所述的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于力反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括張力傳感器(18)、力控制器(21)、比例放大器(23);張力傳感器(18)測量繩子的張力；測量的繩子的張力做為力控制器(21)的輸入信號；力控制器的輸出信號作為比例放大器(23)的輸入信號；比例放大器的輸出信號作為平衡閥(7)、平衡閥(8)和比例溢流閥(4)的輸入信號。
4.如權(quán)利要求1所述的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的突發(fā)狀況控制系統(tǒng)包括接近開關(guān)傳感器(11)、接近開關(guān)傳感器(19);接近開關(guān)傳感器(11)、(19)的輸出信號做為控制器(24)的輸入信號，控制器(24)的輸出信號做為電機(jī)(I)的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于水面機(jī)器人的海上溢油回收處理裝置的收放數(shù)字電液控制系統(tǒng)，包括液壓傳動回路和電氣控制系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。用于實現(xiàn)對海上溢油回收處理裝置收放過程的智能化控制。液壓傳動回路由油箱、電機(jī)、變量泵、過濾器、單向閥、比例溢流閥、比例方向閥、比例平衡閥、雙向液壓馬達(dá)、卷筒起升機(jī)構(gòu)組成。電氣控制系統(tǒng)完成電氣的順序控制，包括基于速度反饋的調(diào)速控制及基于力反饋的力控制過程。檢測系統(tǒng)包括位移傳感器、速度傳感器和力傳感器。系統(tǒng)通過不斷監(jiān)測系統(tǒng)輸出的速度和力，在控制器中進(jìn)行運算輸出，通過調(diào)節(jié)比例方向閥和比例溢流閥實現(xiàn)系統(tǒng)的速度和力的控制，實現(xiàn)在高海況下收放控制過程的平穩(wěn)、安全及其可靠性。
文檔編號E02B15/10GK103149959SQ20131010074
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者李登超, 王建華, 楊勇生, 肖躍華, 王繼明, 莫劍英 申請人:上海海事大學(xué)