本發(fā)明涉及一種大噸位船舶船尾升降平臺(tái)控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在船舶制造過程中，船尾螺旋槳及舵葉的安裝是一項(xiàng)較大工程。由于受船體限制，安裝過程無法使用起吊設(shè)備完成，必須采用專用工裝進(jìn)行安裝施工。目前國(guó)內(nèi)一是采用國(guó)外進(jìn)口專用設(shè)備安裝，二是用簡(jiǎn)易辦法實(shí)施安裝。隨著中國(guó)船舶制造業(yè)的發(fā)展，船舶噸位越來越大，制造周期越來越短，一般的簡(jiǎn)易辦法無法滿足大噸位船舶的安裝，而依賴進(jìn)口則需要大量的外匯，制造成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種大噸位船舶船尾升降平臺(tái)控制系統(tǒng)，采用模塊式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，螺旋槳安裝支架和舵葉安裝支架可柔性互換，以提高設(shè)備的使用效率，降低成本。同步控制策略有效地保證了工作平臺(tái)升降時(shí)的穩(wěn)定性，是系統(tǒng)控制中的關(guān)鍵。簡(jiǎn)便的操作及完善的安全防護(hù)機(jī)制使系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)。其中機(jī)械系統(tǒng)由液壓行走臺(tái)車、螺旋槳安裝支架、舵葉安裝支架3部分組成。

所述機(jī)械系統(tǒng)的液壓行走臺(tái)車可沿鋪設(shè)的導(dǎo)軌行走，到達(dá)裝配指定位置。上部與螺旋槳安裝支架配合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)螺旋槳的定位與安裝，而與舵葉安裝升降立架配合，可實(shí)現(xiàn)舵葉的定位與安裝。具有獨(dú)立的4輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，裝載工件到達(dá)指定水平位置。具有4軸液壓同步或單獨(dú)提升機(jī)構(gòu)，用于頂升工件到達(dá)指定垂直位置或設(shè)計(jì)角度。具有可水平移動(dòng)的滑臺(tái)，以使操作立架有不同的間距來滿足不同的產(chǎn)品要求。由于螺旋槳安裝與舵葉安裝的方向不同，行走輪可手動(dòng)90°轉(zhuǎn)向。

所述機(jī)械系統(tǒng)的螺旋槳安裝支架安裝于液壓行走臺(tái)車的滑臺(tái)上，上部弧形托架用于螺旋槳的支承，并可升降調(diào)整螺旋槳的高度及角度，實(shí)現(xiàn)螺旋槳的安裝。分船尾內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩個(gè)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)都有一頂升油缸，并具有可靠的導(dǎo)向裝置。通過該油缸同步運(yùn)動(dòng)來調(diào)整螺旋槳的高度，非同步運(yùn)動(dòng)來調(diào)整螺旋槳的安裝角度。并具有二支架高度差恒控功能。

所述機(jī)械系統(tǒng)的舵葉安裝支架安裝于液壓行走臺(tái)車的滑臺(tái)上，有三層平臺(tái)，可升降，各個(gè)平臺(tái)用于施工人員在各層面的舵葉安裝操作。同時(shí)通過推力油缸來調(diào)整舵葉的安裝角度。具有連續(xù)的二級(jí)升降機(jī)構(gòu)，使操作人員到達(dá)指定安裝位置。最上層平臺(tái)具有前伸功能，以使施工人員靠近舵葉方便安裝。在底層架上裝有推力油缸，通過行程來調(diào)整舵葉相對(duì)于船體的角度，并具有防過頂功能，防止立架損壞。

所述液壓系統(tǒng)工作平臺(tái)的升降采用了比例伺服換向閥同位移傳感器相結(jié)合，以較好的控制同步精度。而螺旋槳安裝支架的升降精度要求相對(duì)較低，采用換向閥結(jié)合位移傳感器的方法，同樣也能達(dá)到較好的同步控制精度。閥組盡量采用疊加閥，以便于油路塊的設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)的調(diào)試和維修。在執(zhí)行部件上均設(shè)測(cè)壓點(diǎn)，以便觀察各執(zhí)行元件的工作狀況。為安全起見，在每個(gè)油缸回油側(cè)都有順序閥來建立背壓，以防止運(yùn)動(dòng)時(shí)油缸的突然沖擊。每個(gè)油缸的油口都安裝可逆式單向閥以保證管路破損時(shí)油缸能夠自鎖，且系統(tǒng)同時(shí)自動(dòng)卸荷。為保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，對(duì)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力矩、 油泵電機(jī)功率、頂升油缸頂升力分別進(jìn)行了計(jì)算，保證系統(tǒng)具有足夠的冗余度。

所述電控系統(tǒng)采用SIMENS S7-300 PLC作為系統(tǒng)的控制核心。在舵葉或者螺旋槳的安裝過程中，主要分為4個(gè)控制部分:油泵電機(jī)、行走臺(tái)車、螺旋槳安裝支架、舵葉安裝支架。其中行走臺(tái)車主頂升油缸的同步控制和螺旋槳安裝支架的同步控制最為關(guān)鍵。在本系統(tǒng)中采用拉繩式編碼器進(jìn)行頂升油缸實(shí)時(shí)位置反饋，然后通過比例伺服閥對(duì)4個(gè)頂升油缸的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)同步控制，同步控制精度可控制在5mm以內(nèi)，很好地滿足了舵葉和螺旋槳的安裝要求。在主電路控制中，油泵電機(jī)啟動(dòng)采用了Y-△軟啟動(dòng)方式，減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，也保護(hù)了系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)具有相序保護(hù)功能，啟動(dòng)時(shí)一旦相序錯(cuò)誤，系統(tǒng)立即報(bào)警。PLC電源和外圍控制電路電源都經(jīng)過了濾波和隔離，所有的編碼器以及比例伺服閥等都采用了屏蔽線，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

所述頂升油缸的同步控制采用高精度直線位移傳感器對(duì)4個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行精確測(cè)量，根據(jù)傳感器的測(cè)量值，計(jì)算3個(gè)從油缸對(duì)于選定的主油缸的相對(duì)位置。以選定頂升油缸的運(yùn)動(dòng)位置為標(biāo)準(zhǔn)，給出一恒定電壓(速度)，對(duì)其它3個(gè)頂升油缸的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。油缸的控制采用比例伺服電磁閥，可通過PLC輸出的模擬量改變運(yùn)動(dòng)速度和方向。當(dāng)誤差在一定范圍內(nèi)時(shí)，為維護(hù)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，避免底座進(jìn)入運(yùn)動(dòng)振蕩，控制系統(tǒng)不作調(diào)節(jié)。當(dāng)誤差超過設(shè)定范圍時(shí)，調(diào)節(jié)從油缸的運(yùn)動(dòng)速度(輸出電壓)，使誤差減小。

本發(fā)明的有益效果是：該控制系統(tǒng)采用模塊式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，螺旋槳安裝支架和舵葉安裝支架可柔性互換，以提高設(shè)備的使用效率，降低成本。同步控制策略有效地保證了工作平臺(tái)升降時(shí)的穩(wěn)定性，是系統(tǒng)控制中的關(guān)鍵。簡(jiǎn)便的操作及完善的安全防護(hù)機(jī)制使系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的液壓安裝平臺(tái)功能區(qū)示意圖。

圖2是本發(fā)明的電控系統(tǒng)原理圖。

圖3是本發(fā)明的同步控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1，控制系統(tǒng)分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)。其中機(jī)械系統(tǒng)由液壓行走臺(tái)車、螺旋槳安裝支架、舵葉安裝支架3部分組成。

機(jī)械系統(tǒng)的液壓行走臺(tái)車可沿鋪設(shè)的導(dǎo)軌行走，到達(dá)裝配指定位置。上部與螺旋槳安裝支架配合時(shí)，可實(shí)現(xiàn)螺旋槳的定位與安裝，而與舵葉安裝升降立架配合，可實(shí)現(xiàn)舵葉的定位與安裝。具有獨(dú)立的4輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，裝載工件到達(dá)指定水平位置。具有4軸液壓同步或單獨(dú)提升機(jī)構(gòu)，用于頂升工件到達(dá)指定垂直位置或設(shè)計(jì)角度。具有可水平移動(dòng)的滑臺(tái)，以使操作立架有不同的間距來滿足不同的產(chǎn)品要求。由于螺旋槳安裝與舵葉安裝的方向不同，行走輪可手動(dòng)90°轉(zhuǎn)向。

機(jī)械系統(tǒng)的螺旋槳安裝支架安裝于液壓行走臺(tái)車的滑臺(tái)上，上部弧形托架用于螺旋槳的支承，并可升降調(diào)整螺旋槳的高度及角度，實(shí)現(xiàn)螺旋槳的安裝。分船尾內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩個(gè)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)都有一頂升油缸， 并具有可靠的導(dǎo)向裝置。通過該油缸同步運(yùn)動(dòng)來調(diào)整螺旋槳的高度，非同步運(yùn)動(dòng)來調(diào)整螺旋槳的安裝角度。并具有二支架高度差恒控功能。

機(jī)械系統(tǒng)的舵葉安裝支架安裝于液壓行走臺(tái)車的滑臺(tái)上，有三層平臺(tái)，可升降，各個(gè)平臺(tái)用于施工人員在各層面的舵葉安裝操作。同時(shí)通過推力油缸來調(diào)整舵葉的安裝角度。具有連續(xù)的二級(jí)升降機(jī)構(gòu)，使操作人員到達(dá)指定安裝位置。最上層平臺(tái)具有前伸功能，以使施工人員靠近舵葉方便安裝。在底層架上裝有推力油缸，通過行程來調(diào)整舵葉相對(duì)于船體的角度，并具有防過頂功能，防止立架損壞。

液壓系統(tǒng)工作平臺(tái)的升降采用了比例伺服換向閥同位移傳感器相結(jié)合，以較好的控制同步精度。而螺旋槳安裝支架的升降精度要求相對(duì)較低，采用換向閥結(jié)合位移傳感器的方法，同樣也能達(dá)到較好的同步控制精度。閥組盡量采用疊加閥，以便于油路塊的設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)的調(diào)試和維修。在執(zhí)行部件上均設(shè)測(cè)壓點(diǎn)，以便觀察各執(zhí)行元件的工作狀況。為安全起見，在每個(gè)油缸回油側(cè)都有順序閥來建立背壓，以防止運(yùn)動(dòng)時(shí)油缸的突然沖擊。每個(gè)油缸的油口都安裝可逆式單向閥以保證管路破損時(shí)油缸能夠自鎖，且系統(tǒng)同時(shí)自動(dòng)卸荷。為保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，對(duì)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力矩、 油泵電機(jī)功率、頂升油缸頂升力分別進(jìn)行了計(jì)算，保證系統(tǒng)具有足夠的冗余度。

如圖2，電控系統(tǒng)采用SIMENS S7-300 PLC作為系統(tǒng)的控制核心。在舵葉或者螺旋槳的安裝過程中，主要分為4個(gè)控制部分:油泵電機(jī)、行走臺(tái)車、螺旋槳安裝支架、舵葉安裝支架。其中行走臺(tái)車主頂升油缸的同步控制和螺旋槳安裝支架的同步控制最為關(guān)鍵。在本系統(tǒng)中采用拉繩式編碼器進(jìn)行頂升油缸實(shí)時(shí)位置反饋，然后通過比例伺服閥對(duì)4個(gè)頂升油缸的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)同步控制，同步控制精度可控制在5mm以內(nèi)，很好地滿足了舵葉和螺旋槳的安裝要求。在主電路控制中，油泵電機(jī)啟動(dòng)采用了Y-△軟啟動(dòng)方式，減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，也保護(hù)了系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)具有相序保護(hù)功能，啟動(dòng)時(shí)一旦相序錯(cuò)誤，系統(tǒng)立即報(bào)警。PLC電源和外圍控制電路電源都經(jīng)過了濾波和隔離，所有的編碼器以及比例伺服閥等都采用了屏蔽線，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

如圖3，頂升油缸的同步控制采用高精度直線位移傳感器對(duì)4個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行精確測(cè)量，根據(jù)傳感器的測(cè)量值，計(jì)算3個(gè)從油缸對(duì)于選定的主油缸的相對(duì)位置。以選定頂升油缸的運(yùn)動(dòng)位置為標(biāo)準(zhǔn)，給出一恒定電壓(速度)，對(duì)其它3個(gè)頂升油缸的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。油缸的控制采用比例伺服電磁閥，可通過PLC輸出的模擬量改變運(yùn)動(dòng)速度和方向。當(dāng)誤差在一定范圍內(nèi)時(shí)，為維護(hù)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，避免底座進(jìn)入運(yùn)動(dòng)振蕩，控制系統(tǒng)不作調(diào)節(jié)。當(dāng)誤差超過設(shè)定范圍時(shí)，調(diào)節(jié)從油缸的運(yùn)動(dòng)速度(輸出電壓)，使誤差減小。