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動補償系統(tǒng)和吊鉤升沉補償系統(tǒng)。本發(fā)明的吊車三自由度運動補償系統(tǒng)，能夠補償海洋環(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動給貨物和現場工作人員帶來的安全隱患。本發(fā)明的吊鉤升沉補償系統(tǒng)，能夠對吊鉤的升沉運動進行微調，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，仍然能夠調節(jié)吊鉤的升沉運動，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
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及船舶及海洋工程領域的裝備技術，特別是一種船舶/浮式平臺上的吊車。
【背景技術】
[0002]船舶/浮式平臺受海洋環(huán)境擾動會產生橫搖、縱搖、艏搖、橫蕩、縱蕩和升沉六個自由度的運動，在船舶/浮式平臺上作業(yè)的吊車也會隨著船舶/浮式平臺的運動而運動，導致吊車纜繩末端的吊鉤無法穩(wěn)定在空中某一期望位置上，不能順利地進行海上物資補給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設備安放與回收等作業(yè)。其中，橫蕩、縱蕩和艏搖運動可以通過動力定位系統(tǒng)來控制，而橫搖、縱搖和升沉運動的控制則需要在吊車上安裝運動補償裝置，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，嚴重時會使吊車起升制動器抱不住閘，甚至纜繩崩斷，給貨物和現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實意義。
[0003]中國專利CN103274314 A公開了一種海洋吊機波浪補償裝置，通過安裝在吊臂頭部的液壓缸和滑輪組，對吊鉤的升沉運動進行了補償。中國專利CN 103318776 A公開了一種主動升沉波浪補償控制系統(tǒng)，使用前饋-反饋的復合控制方法控制起升卷筒運動，實現了吊鉤的升沉運動補償。上述兩專利均只補償了吊鉤的升沉運動，沒有考慮由吊車三自由度運動引起的吊鉤橫蕩和縱蕩運動。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償系統(tǒng)，能夠補償浮吊吊鉤的升沉運動，解決了起重量在4000噸以上的浮吊工作時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]哈爾濱工程大學方曉旻的碩士學位論文“船用起重機和波浪補償控制系統(tǒng)設計研究”(2008年)，設計了搖擺變幅門式起重機的吊鉤升沉補償控制器，通過油缸伸縮來補償吊鉤的升沉運動，也沒有考慮由吊車三自由度運動引起的吊鉤橫蕩和縱蕩運動的問題。集美大學姚亮的碩士學位論文“液壓起重機消擺控制系統(tǒng)開發(fā)”(2015年)設計了船載液壓起重機吊鉤的消擺控制器，對起重機吊臂回轉時吊鉤的擺動進行了控制。大連理工大學李震震的碩士學位論文“船用起重機吊物波浪補償控制研究”(2014年)設計了 PID控制器，對吊鉤的擺角和升沉運動進行了補償。上述后兩篇論文均沒有補償海洋環(huán)境擾動引起的船用起重機的三自由度運動。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決現有技術存在的上述問題，本發(fā)明要設計一種具有三自由度(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)，可提高海上物資補給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設備安放與回收等依賴吊車的作業(yè)的安全性和可靠性。
[0006]為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案如下: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動補償系統(tǒng)和吊鉤升沉補償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運動補償系統(tǒng)包括傳感器一、三自由度運動補償裝置控制器、三自由度運動補償裝置液壓驅動器和三自由度運動補償裝置，所述的吊鉤升沉補償系統(tǒng)包括傳感器二、吊鉤升沉補償控制器和起升卷筒驅動器；
[0007]所述的三自由度運動補償裝置由三個液壓缸組成，三個液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個液壓缸的上部與吊車基座固定，其中，兩個液壓缸并列位于吊車基座前部的下方，另一個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動補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動狀態(tài)信號;所述的三自由度運動補償裝置控制器的輸出端與三自由度運動補償裝置液壓驅動器的輸入端相連，傳送三自由度運動補償裝置控制器生成的控制信號；所述的三自由度運動補償裝置液壓驅動器的輸出端與三自由度運動補償裝置的輸入端相連;所述的吊鉤處于吊車纜繩的末端;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償控制器的輸入端相連，傳送傳感器二生成的吊鉤升沉運動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補償控制器的輸出端與起升卷筒驅動器的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補償控制器生成的控制信號；所述的起升卷筒驅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，通過纜繩調節(jié)吊鉤的升沉。
[0008]本發(fā)明所述的三個液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關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動補償系統(tǒng)，能夠補償海洋環(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)于現有的沒有對吊車三自由度運動進行補償的波浪補償裝置，因此能夠減少吊車的三自由度運動給貨物和現場工作人員帶來的安全隱患。
[0011]2、本發(fā)明包含吊鉤升沉補償系統(tǒng)，能夠對吊鉤的升沉運動進行微調，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，仍然能夠調節(jié)吊鉤的升沉運動，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、三自由度運動補償裝置，
6、起升卷筒驅動器，7、傳感器二，8、三自由度運動補償裝置控制器，9、三自由度運動補償裝置液壓驅動器，10、吊鉤升沉補償控制器。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。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動補償系統(tǒng)和吊鉤升沉補償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運動補償系統(tǒng)包括傳感器一 4、三自由度運動補償裝置控制器8、三自由度運動補償裝置液壓驅動器9和三自由度運動補償裝置5，所述的吊鉤升沉補償系統(tǒng)包括傳感器二7、吊鉤升沉補償控制器10和起升卷筒驅動器6;
[0017]所述的三自由度運動補償裝置5由三個液壓缸組成，三個液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個液壓缸的上部與吊車基座I固定，其中，兩個液壓缸并列位于吊車基座I前部的下方，另一個位于吊車基座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動補償裝置控制器8的輸入端相連，傳送傳感器一4生成的吊車三自由度運動狀態(tài)信號；所述的三自由度運動補償裝置控制器8的輸出端與三自由度運動補償裝置液壓驅動器9的輸入端相連，傳送三自由度運動補償裝置控制器8生成的控制信號;所述的三自由度運動補償裝置液壓驅動器9的輸出端與三自由度運動補償裝置5的輸入端相連;所述的吊鉤3處于吊車纜繩的末端;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升沉運動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補償控制器10的輸出端與起升卷筒驅動器6的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補償控制器10生成的控制信號;所述的起升卷筒驅動器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，通過纜繩調節(jié)吊鉤3的升沉。
[0018]本發(fā)明所述的三個液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關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，傳感器一4檢測吊車橫搖、縱搖和升沉三自由度運動狀態(tài)，生成吊車三自由度運動狀態(tài)信號，并將其傳送給三自由度運動補償裝置控制器8;三自由度運動補償裝置控制器8接收來自傳感器一4的吊車三自由度運動狀態(tài)信號，使用三自由度運動補償控制算法，根據吊車三自由度運動狀態(tài)，生成對三自由度運動補償裝置5進行控制的控制信號，并將其傳送給三自由度運動補償裝置液壓驅動器9;三自由度運動補償裝置液壓驅動器9接收來自三自由度運動補償裝置控制器8的控制信號，根據該控制信號，控制三自由度運動補償裝置5產生動作，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固定在三自由度運動補償裝置5上，通過三自由度運動補償裝置5液壓缸的往復運動補償海洋環(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]為了更精確地補償吊鉤3的升沉運動，需要對吊鉤3的升沉運動進行微調；另一方面，考慮到三自由度運動補償裝置5液壓缸行程的限制，在惡劣海況下三自由度運動補償裝置5無法完全補償吊車的升沉運動，因此本發(fā)明又使用吊鉤升沉補償系統(tǒng)來補償吊鉤3的升沉運動，本發(fā)明工作時，傳感器二7檢測吊鉤3的升沉運動狀態(tài)，生成吊鉤3升沉運動狀態(tài)信號，并將其傳送給吊鉤升沉補償控制器10;所述的吊鉤升沉補償控制器10接收來自傳感器二7的吊鉤3升沉運動狀態(tài)信號，使用升沉運動控制算法，根據吊鉤3升沉運動狀態(tài)，生成起升卷筒2的控制信號，傳送給起升卷筒驅動器6;起升卷筒驅動器6接收來自吊鉤升沉補償控制器10的控制信號，并根據該控制信號控制起升卷筒2動作，調節(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，以便順利安全地進行海上物資補給、海上鉆井平臺安裝、水面/水下設備安放與回收等作業(yè)。
[0022]本發(fā)明不局限于本實施例，任何在本發(fā)明披露的技術范圍內的等同構思或者改變，均列為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
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動補償系統(tǒng)和吊鉤升沉補償系統(tǒng);所述的吊車三自由度運動補償系統(tǒng)包括傳感器一 (4)、三自由度運動補償裝置控制器(8)、三自由度運動補償裝置液壓驅動器(9)和三自由度運動補償裝置(5)，所述的吊鉤升沉補償系統(tǒng)包括傳感器二(7)、吊鉤升沉補償控制器(1)和起升卷筒驅動器(6); 所述的三自由度運動補償裝置(5)由三個液壓缸組成，三個液壓缸豎直固定在船舶/浮式平臺的甲板上，三個液壓缸的上部與吊車基座(I)固定，其中，兩個液壓缸并列位于吊車基座(I)前部的下方，另一個位于吊車基座(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動補償裝置控制器(8)的輸入端相連，傳送傳感器一 (4)生成的吊車三自由度運動狀態(tài)信號；所述的三自由度運動補償裝置控制器(8)的輸出端與三自由度運動補償裝置液壓驅動器(9)的輸入端相連，傳送三自由度運動補償裝置控制器(8)生成的控制信號;所述的三自由度運動補償裝置液壓驅動器(9)的輸出端與三自由度運動補償裝置(5)的輸入端相連;所述的吊鉤(3)處于吊車纜繩的末端;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)升沉運動狀態(tài)信號;所述的吊鉤升沉補償控制器(10)的輸出端與起升卷筒驅動器(6)的輸入端相連，傳送吊鉤升沉補償控制器(10)生成的控制信號;所述的起升卷筒驅動器(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，通過纜繩調節(jié)吊鉤(3)的升沉。2.根據權利要求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:所述的三個液壓缸呈等腰三角形分布在船舶/浮式平臺的甲板上，并關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