一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，包括吊車基座、起升卷筒、吊鉤、三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)，三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)包括吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)和吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)。本發(fā)明的吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠補(bǔ)償海洋環(huán)境擾動引起的船舶/浮式平臺上吊車的橫搖、縱搖和升沉運(yùn)動，使工作中的吊車保持平穩(wěn)，從而使吊鉤也穩(wěn)定在空中某一期望位置，因此能夠減少吊車的三自由度運(yùn)動給貨物和現(xiàn)場工作人員帶來的安全隱患。本發(fā)明的吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠?qū)Φ蹉^的升沉運(yùn)動進(jìn)行微調(diào)，使吊鉤能夠更精確地穩(wěn)定在空中某一期望位置上。本發(fā)明還能保證吊車在惡劣海況下，仍然能夠調(diào)節(jié)吊鉤的升沉運(yùn)動，使吊鉤穩(wěn)定在空中某一期望位置上。
【專利說明】
一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及船舶及海洋工程領(lǐng)域的裝備技術(shù)，特別是一種船舶/浮式平臺上的吊車。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶/浮式平臺受海洋環(huán)境擾動會產(chǎn)生橫搖、縱搖、艏搖、橫蕩、縱蕩和升沉六個(gè)自由度的運(yùn)動，在船舶/浮式平臺上作業(yè)的吊車也會隨著船舶/浮式平臺的運(yùn)動而運(yùn)動，導(dǎo)致吊車?yán)|繩末端的吊鉤無法穩(wěn)定在空中某一期望位置上，不能順利地進(jìn)行海上物資補(bǔ)給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設(shè)備安放與回收等作業(yè)。其中，橫蕩、縱蕩和艏搖運(yùn)動可以通過動力定位系統(tǒng)來控制，而橫搖、縱搖和升沉運(yùn)動的控制則需要在吊車上安裝運(yùn)動補(bǔ)償裝置，來抵消海洋環(huán)境擾動引起的船舶/浮式平臺上的吊車橫搖、縱搖和升沉三自由度運(yùn)動對吊鉤的影響，使吊車在不同海洋環(huán)境中都能保持平穩(wěn)，大幅度減小吊鉤的晃動，可提高吊車相關(guān)作業(yè)的安全性和可靠性。吊鉤的劇烈晃動會使吊裝定位不精確、吊車傳動部件和起升部件磨損，嚴(yán)重時(shí)會使吊車起升制動器抱不住閘，甚至纜繩崩斷，給貨物和現(xiàn)場工作人員帶來安全隱患。因此，用于船舶/浮式平臺上的吊車橫搖、縱搖和升沉三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)具有重要的工程意義和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]中國專利CN103274314 A公開了一種海洋吊機(jī)波浪補(bǔ)償裝置，通過安裝在吊臂頭部的液壓缸和滑輪組，對吊鉤的升沉運(yùn)動進(jìn)行了補(bǔ)償。中國專利CN 103318776 A公開了一種主動升沉波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)，使用前饋-反饋的復(fù)合控制方法控制起升卷筒運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了吊鉤的升沉運(yùn)動補(bǔ)償。上述兩專利均只補(bǔ)償了吊鉤的升沉運(yùn)動，沒有考慮由吊車三自由度運(yùn)動引起的吊鉤橫蕩和縱蕩運(yùn)動。中國專利CN 101780923 A公開了一種用于超大型浮吊的重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠補(bǔ)償浮吊吊鉤的升沉運(yùn)動，解決了起重量在4000噸以上的浮吊工作時(shí)船體傾斜及搖擺不定的問題，使浮吊能在不同海況下正常工作，但是該系統(tǒng)不能用于一般的船舶/浮式平臺上的吊車。
[0004]哈爾濱工程大學(xué)方曉旻的碩士學(xué)位論文“船用起重機(jī)和波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究”(2008年)，設(shè)計(jì)了搖擺變幅門式起重機(jī)的吊鉤升沉補(bǔ)償控制器，通過油缸伸縮來補(bǔ)償?shù)蹉^的升沉運(yùn)動，也沒有考慮由吊車三自由度運(yùn)動引起的吊鉤橫蕩和縱蕩運(yùn)動的問題。集美大學(xué)姚亮的碩士學(xué)位論文“液壓起重機(jī)消擺控制系統(tǒng)開發(fā)”(2015年)設(shè)計(jì)了船載液壓起重機(jī)吊鉤的消擺控制器，對起重機(jī)吊臂回轉(zhuǎn)時(shí)吊鉤的擺動進(jìn)行了控制。大連理工大學(xué)李震震的碩士學(xué)位論文“船用起重機(jī)吊物波浪補(bǔ)償控制研究”(2014年)設(shè)計(jì)了 PID控制器，對吊鉤的擺角和升沉運(yùn)動進(jìn)行了補(bǔ)償。上述后兩篇論文均沒有補(bǔ)償海洋環(huán)境擾動引起的船用起重機(jī)的三自由度運(yùn)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種具有三自由度(橫搖、縱搖和升沉)穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，該穩(wěn)定系統(tǒng)可用于補(bǔ)償海洋環(huán)境擾動引起的船舶/浮式平臺上吊車的三自由度運(yùn)動，使在船舶/浮式平臺上作業(yè)的吊車處于平穩(wěn)狀態(tài)，可提高海上物資補(bǔ)給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設(shè)備安放與回收等依賴吊車的作業(yè)的安全性和可靠性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，至少包括吊車基座、起升卷筒和吊鉤，還包括三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)，所述的三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)包括吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)和吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器一、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器和三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置，所述的吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器二、吊鉤升沉補(bǔ)償控制器和起升卷筒驅(qū)動器；
[0007]所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置由三個(gè)液壓缸組成，三個(gè)液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個(gè)液壓缸的上部與吊車基座固定，其中，兩個(gè)液壓缸并列位于吊車基座前部的下方，另一個(gè)位于吊車基座后部的下方;所述的傳感器一固定在吊車基座上，其輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器的輸入端相連，傳送傳感器一生成的吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)信號;所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器的輸入端相連，傳送三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器生成的控制信號；所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置的輸入端相連;所述的吊鉤處于吊車?yán)|繩的末端;所述的傳感器二固定在吊鉤上方，且其輸出端與吊鉤升沉補(bǔ)償控制器的輸入端相連，傳送傳感器二生成的吊鉤升沉運(yùn)動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補(bǔ)償控制器的輸出端與起升卷筒驅(qū)動器的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補(bǔ)償控制器生成的控制信號；所述的起升卷筒驅(qū)動器的輸出端與起升卷筒的輸入端相連;所述的起升卷筒固定在吊車基座的上方，通過纜繩調(diào)節(jié)吊鉤的升沉。
[0008]本發(fā)明所述的三個(gè)液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關(guān)于吊車基座的縱向中心線對稱。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0010]1、本發(fā)明包含吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠補(bǔ)償海洋環(huán)境擾動引起的船舶/浮式平臺上吊車的橫搖、縱搖和升沉運(yùn)動，使工作中的吊車保持平穩(wěn)，從而使吊鉤也穩(wěn)定在空中某一期望位置，優(yōu)于現(xiàn)有的沒有對吊車三自由度運(yùn)動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟ɡ搜a(bǔ)償裝置，因此能夠減少吊車的三自由度運(yùn)動給貨物和現(xiàn)場工作人員帶來的安全隱患。
[0011]2、本發(fā)明包含吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，能夠?qū)Φ蹉^的升沉運(yùn)動進(jìn)行微調(diào)，使吊鉤能夠更精確地穩(wěn)定在空中某一期望位置上;除此之外，還能保證吊車在惡劣海況下，仍然能夠調(diào)節(jié)吊鉤的升沉運(yùn)動，使吊鉤穩(wěn)定在空中某一期望位置上。
【附圖說明】
[0012]本發(fā)明中共有附圖2張，其中:
[0013]圖1是本發(fā)明的工作原理示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖。
[0015]圖中:1、吊車基座，2、起升卷筒，3、吊鉤，4、傳感器一，5、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置，
6、起升卷筒驅(qū)動器，7、傳感器二，8、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器，9、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器，10、吊鉤升沉補(bǔ)償控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-2所示，一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，至少包括吊車基座1、起升卷筒2和吊鉤3，還包括三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)，所述的三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)包括吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)和吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器一 4、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器9和三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5，所述的吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器二7、吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10和起升卷筒驅(qū)動器6;
[0017]所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5由三個(gè)液壓缸組成，三個(gè)液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個(gè)液壓缸的上部與吊車基座I固定，其中，兩個(gè)液壓缸并列位于吊車基座I前部的下方，另一個(gè)位于吊車基座I后部的下方;所述的傳感器一 4固定在吊車基座I上，其輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8的輸入端相連，傳送傳感器一4生成的吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)信號；所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器9的輸入端相連，傳送三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8生成的控制信號;所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器9的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5的輸入端相連;所述的吊鉤3處于吊車?yán)|繩的末端;所述的傳感器二 7固定在吊鉤3上方，且其輸出端與吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10的輸入端相連，傳送傳感器二 7生成的吊鉤3升沉運(yùn)動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10的輸出端與起升卷筒驅(qū)動器6的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10生成的控制信號;所述的起升卷筒驅(qū)動器6的輸出端與起升卷筒2的輸入端相連;所述的起升卷筒2固定在吊車基座I的上方，通過纜繩調(diào)節(jié)吊鉤3的升沉。
[0018]本發(fā)明所述的三個(gè)液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關(guān)于吊車基座的縱向中心線對稱。
[0019]本發(fā)明的工作原理如下:本發(fā)明工作時(shí)，傳感器一4檢測吊車橫搖、縱搖和升沉三自由度運(yùn)動狀態(tài)，生成吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)信號，并將其傳送給三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8;三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8接收來自傳感器一4的吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)信號，使用三自由度運(yùn)動補(bǔ)償控制算法，根據(jù)吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)，生成對三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5進(jìn)行控制的控制信號，并將其傳送給三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器9;三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器9接收來自三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器8的控制信號，根據(jù)該控制信號，控制三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5產(chǎn)生動作，使船舶/浮式平臺上作業(yè)的吊車在不同海洋環(huán)境中都能保持平穩(wěn)，因此吊鉤3能夠穩(wěn)定在空中某一期望位置。
[0020]本發(fā)明的吊車基座I固定在三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5上，通過三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5液壓缸的往復(fù)運(yùn)動補(bǔ)償海洋環(huán)境擾動引起的船舶/浮式平臺上吊車的三自由度運(yùn)動，為船舶/浮式平臺上吊車的安全作業(yè)提供保障。
[0021]為了更精確地補(bǔ)償?shù)蹉^3的升沉運(yùn)動，需要對吊鉤3的升沉運(yùn)動進(jìn)行微調(diào)；另一方面，考慮到三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5液壓缸行程的限制，在惡劣海況下三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置5無法完全補(bǔ)償?shù)踯嚨纳吝\(yùn)動，因此本發(fā)明又使用吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)來補(bǔ)償?shù)蹉^3的升沉運(yùn)動，本發(fā)明工作時(shí)，傳感器二7檢測吊鉤3的升沉運(yùn)動狀態(tài)，生成吊鉤3升沉運(yùn)動狀態(tài)信號，并將其傳送給吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10;所述的吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10接收來自傳感器二7的吊鉤3升沉運(yùn)動狀態(tài)信號，使用升沉運(yùn)動控制算法，根據(jù)吊鉤3升沉運(yùn)動狀態(tài)，生成起升卷筒2的控制信號，傳送給起升卷筒驅(qū)動器6;起升卷筒驅(qū)動器6接收來自吊鉤升沉補(bǔ)償控制器10的控制信號，并根據(jù)該控制信號控制起升卷筒2動作，調(diào)節(jié)吊鉤3的升沉，使吊鉤3精確地穩(wěn)定在空中某一期望位置上，以便順利安全地進(jìn)行海上物資補(bǔ)給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設(shè)備安放與回收等作業(yè)。
[0022]本發(fā)明不局限于本實(shí)施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，至少包括吊車基座(I)、起升卷筒(2)和吊鉤(3)，其特征在于:還包括三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)，所述的三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)包括吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)和吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器一 (4)、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器(8)、三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器(9)和三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置(5)，所述的吊鉤升沉補(bǔ)償系統(tǒng)包括傳感器二(7)、吊鉤升沉補(bǔ)償控制器(1)和起升卷筒驅(qū)動器(6); 所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置(5)由三個(gè)液壓缸組成，三個(gè)液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個(gè)液壓缸的上部與吊車基座(I)固定，其中，兩個(gè)液壓缸并列位于吊車基座(I)前部的下方，另一個(gè)位于吊車基座(I)后部的下方;所述的傳感器一 (4)固定在吊車基座(I)上，其輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器(8)的輸入端相連，傳送傳感器一 (4)生成的吊車三自由度運(yùn)動狀態(tài)信號；所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器(8)的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器(9)的輸入端相連，傳送三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置控制器(8)生成的控制信號;所述的三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置液壓驅(qū)動器(9)的輸出端與三自由度運(yùn)動補(bǔ)償裝置(5)的輸入端相連;所述的吊鉤(3)處于吊車?yán)|繩的末端;所述的傳感器二 (7)固定在吊鉤(3)上方，且其輸出端與吊鉤升沉補(bǔ)償控制器(10)的輸入端相連，傳送傳感器二(7)生成的吊鉤(3)升沉運(yùn)動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補(bǔ)償控制器(10)的輸出端與起升卷筒驅(qū)動器(6)的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補(bǔ)償控制器(10)生成的控制信號;所述的起升卷筒驅(qū)動器(6)的輸出端與起升卷筒(2)的輸入端相連;所述的起升卷筒(2)固定在吊車基座(I)的上方，通過纜繩調(diào)節(jié)吊鉤(3)的升沉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有三自由度穩(wěn)定系統(tǒng)的船舶/浮式平臺上的吊車，其特征在于:所述的三個(gè)液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關(guān)于甲板的縱向中心線對稱。
【文檔編號】B66C23/53GK106081945SQ201610415715
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610415715.2, CN 106081945 A, CN 106081945A, CN 201610415715, CN-A-106081945, CN106081945 A, CN106081945A, CN201610415715, CN201610415715.2
【發(fā)明人】杜佳璐, 杜玉龍, 孫玉清
【申請人】大連海事大學(xué)