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)展與國際航運業(yè)的發(fā)展，海上運輸需求越來越大，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。這對船舶設(shè)計、制造、碼頭管理等方面均提出了更高的要求，特別是對多船舶在碼頭的系泊安全提出考驗。進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)，就會給船舶靠泊期間的系纜帶來巨大風(fēng)險。隨著造船業(yè)，航運業(yè)突飛猛進，港口設(shè)施也越來越發(fā)達，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。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年都有上百起人身傷亡事故是在帶纜作業(yè)時發(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研究得到了一定安全保證和優(yōu)化，并在實際應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗，取得了良好的效果。全球經(jīng)濟一體化要求船舶周轉(zhuǎn)加快，激烈的競爭也要求船舶營運的經(jīng)濟效率更高、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候必須要離崗拋錨避風(fēng)，都是港口碼頭設(shè)計與運營管理中日益重視和急需解決的問題。同時，我們也應(yīng)看到，現(xiàn)有國內(nèi)、外規(guī)范對于系泊安全的具體規(guī)定相對較少，一般都是以環(huán)境條件中的一些影響因素來確定，對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、運動量限制推薦值等，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)對極端情況的措施建議等，都是有欠缺的。

綜上所述，隨著海運事業(yè)的發(fā)展和適應(yīng)不斷提升的安全標(biāo)準要求，碼頭系泊系統(tǒng)的可靠性將變得越來越重要，尤其對于一些重要碼頭，如油船碼頭、液化天然氣(LNG/LPG)碼頭、化學(xué)品碼頭等。同時，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機、自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得實時監(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，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一組的至少三組電動缸和至少三個承載彈簧，所述電動缸成組沿周向均布在所有所述承載彈簧的周圍；每組內(nèi)的兩個所述電動缸的輸出端集中且各通過一個運動關(guān)節(jié)Ⅰ與所述真空吸附盤連接，每組內(nèi)的兩個所述電動缸分開且各通過一個運動關(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)對所述真空吸附盤和所述電動缸進行控制，以實現(xiàn)穩(wěn)定系泊。

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

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

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個運動自由度，可以在橫向、縱向和垂直方向上自動拉伸和扭轉(zhuǎn)，以調(diào)整位置適應(yīng)船舶?？俊?/p>

三)無纜繩，減少了船舶對纜繩的需求，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，使碼頭的自動化程度得到提高。

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

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，根據(jù)波、流等運動響應(yīng)實現(xiàn)自動調(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。

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強度，而且增大了事故發(fā)生的幾率和風(fēng)險。特別是在涌浪比較大的海域，船舶前后左右不斷地晃動，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動，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，保障生命財產(chǎn)風(fēng)險，提升港口安全。

綜上所述，本發(fā)明能夠?qū)崟r根據(jù)風(fēng)浪流環(huán)境變化調(diào)整系泊狀態(tài)，并實現(xiàn)了無纜繩化系泊作業(yè)，在提升碼頭作業(yè)效率的同時，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(兼護舷碰撞墊)，2、運動球關(guān)節(jié)Ⅰ，3、電動缸，4、運動球關(guān)節(jié)Ⅱ，5、承載彈簧，6、安裝固定底座。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參見圖1～圖3，一種可代替纜繩兼具護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之間的每兩個一組的至少三組電動缸3和至少三個承載彈簧5，所述電動缸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)的兩個所述電動缸3的輸出端集中且各通過一個高強度運動球關(guān)節(jié)Ⅰ2與所述真空吸附盤1連接，每組內(nèi)的兩個所述電動缸3分開且各通過一個高強度運動球關(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)機構(gòu)運動補償技術(shù)，即應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，經(jīng)過對風(fēng)浪流等作用形式的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可對系泊系統(tǒng)在風(fēng)浪流作用下調(diào)整運動響應(yīng)姿態(tài)進行實時預(yù)測，并根據(jù)實時檢測的系泊船舶六維運動姿態(tài)對所述真空吸附盤1和所述伺服電機電動缸3進行控制，通過調(diào)整系泊系統(tǒng)的伸縮和扭轉(zhuǎn)幅度以適應(yīng)船舶運動，并在系泊系統(tǒng)承載能力范圍內(nèi)適時限制較大的運動以滿足船舶的運動量滿足系泊或作業(yè)要求，從而實現(xiàn)船-岸間的穩(wěn)定系泊。

本發(fā)明的機構(gòu)運動自由度為六個，檢測系統(tǒng)用以計算真空吸附盤1的六維姿態(tài)，可實時根據(jù)系泊船舶在風(fēng)浪流作用下的運動響應(yīng)姿態(tài)調(diào)整運動幅值，從而通過與電動缸相連接的真空吸附盤1控制船身運動幅值，實現(xiàn)系泊狀態(tài)的穩(wěn)定。

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

在本實施例中，真空吸附盤1兼顧纜力固定與護舷碰墊功能，運動關(guān)節(jié)Ⅰ2和運動關(guān)節(jié)Ⅱ4采用高強度運動關(guān)節(jié)，8個電動缸采用伺服電機驅(qū)動，支持六維運動，承載彈簧5是大負載高動態(tài)承載彈簧。

請參見圖4a～圖4b，采用四組智能系泊系統(tǒng)組成一個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)進港船舶在自身動力或者拖輪輔助下以一定靠泊角度和速度靠泊時，船艏最先與#1系統(tǒng)碰撞接觸，此時#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驅(qū)動的電動缸的配合下出現(xiàn)一定傾斜，以配合船舶運動。

隨著整個船身逐漸完成靠泊動作，四組智能系泊系統(tǒng)同時吸附住船身，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，其吸附盤通過電動缸伸縮扭轉(zhuǎn)來呈現(xiàn)不同程度的傾角與之適應(yīng)，各個系泊系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，整個系泊系統(tǒng)的靠泊作業(yè)完成。

此后，在該船舶停靠碼頭的整個作業(yè)系泊期間，四組系泊系統(tǒng)將隨時根據(jù)潮位變化以及風(fēng)浪流對伺服電機帶動的電動缸做調(diào)整，以滿足各組系統(tǒng)的系泊運動量與受力均衡，請參見圖5a～圖5c，在整個由船-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)船舶運動。

該智能化系泊系統(tǒng)的具體控制方案如下：

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

二)船舶系纜力：為滿足系泊作業(yè)期間的船舶允許運動量標(biāo)準，系統(tǒng)要不斷地根據(jù)風(fēng)浪流條件實時調(diào)整吸附力，主要通過真空吸附盤以及電動缸組合作用于船身的作用力，并隨著運動量伸縮而適時調(diào)整大小，實現(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)置警報的極限。如果船舶運動量過大導(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，使得拉力與運動量配合協(xié)調(diào)，以達到盡可能滿足作業(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)護舷的作用，當(dāng)船身不同程度地擠壓碼頭時，該系統(tǒng)一方面通過可六自由度運動的吸附盤貼緊船身以適應(yīng)撞擊點的變化，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)負載范圍，則8個電動缸將參與支撐受力。一旦撞擊荷載超過該系統(tǒng)設(shè)置極限，則發(fā)出警報。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實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)明的保護范圍之內(nèi)。