升降系统载荷在线再分配技术方法与流程

本发明涉及一种海洋工程装备的自升式平台电动齿轮齿条式升降系统，尤其是一种升降系统载荷在线再分配技术方法。

背景技术：

电动齿轮齿条式升降系统普遍应用于三角桁架桩腿自升式平台，每个桩腿一般装有18套升降单元，即每个主弦管上装有6套升降单元。在进行平台升降时，每个主弦管上的6个升降单元爬升齿轮会与主弦管上的齿条进行啮合运动。但是，由于装配误差、加工误差、齿面磨损、外力干扰等因素影响，每个主弦管上的6个升降单元爬升齿轮很难同时与齿条啮合或者啮合时不同步，这就产生了载荷不均匀现象。即每个主弦管上的6个升降单元爬升齿轮，承载不一致，这将会引起安全问题。所以升降系统的控制系统一个必不可少的功能就是实现平台载荷能在不同升降单元之间进行重新分配，在一定范围内达到均衡。

目前实际应用的或者在文献中提到的载荷再分配技术主要有以下两种：

①在升降系统爬升齿轮处安装扭矩传感器实时监测爬升齿轮受载，若检测到某爬升齿轮载荷超过设定值，升降系统将停止；操作人员启动中控台上的“载荷再分配”按钮，系统将自动调节安装于电机输出轴上的步进式盘式刹车装置松紧程度来控制输出扭矩，从而实现载荷再分配；也可由操作人员到对应的升降单元处，依照操作说明书手动调节刹车装置松紧程度实现载荷再分配。

②通过变频器监测变频电机输出扭矩判断爬升齿轮受载状况，当检测到某一爬升齿轮载荷超过设定值时，升降系统停止；操作人员启用备用变频器，对该爬升齿轮对应的电机进行频率调整，降低其输出扭矩实现载荷再分配。

现有技术中，第一种属于目前升降系统设备商普遍采用的方法，技术比较成熟。但是，在实现载荷再分配时，需要停止升降系统。当按下“停止”按钮到升降系统停止，爬升齿轮与齿条的接触状态已经发生变化。此时，再进行载荷再分配已经失去调节的依据了。因此这种载荷再分配方式是一种粗调，很难比较精确地控制爬升齿轮受载。另外，在爬升齿轮处安装扭矩传感器，需要在爬升齿轮中心加工通孔，这对爬升齿轮的强度不利。

第二种属于公开发表的技术，未见在产品上使用过。但这种载荷调节方法对扭矩调节效果不佳，因为其工作过程与第一种方式相似：当系统检测到某一爬升齿轮载荷超过设定值后，升降系统停止，然后再对对应的升降单元电机频率进行调节。须知，在升降系统停止过程中，爬升齿轮与桩腿齿条的啮合状态同样已经改变。当启动备用变频器对该升降单元对应的变频电机进行频率调节时，载荷再分配效果也会大打折扣。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种升降系统载荷在线再分配技术方法，该技术方法通过采用变频控制技术，在线检测升降系统爬升齿轮载荷，在不需要停止升降系统状态下在线对过载的升降单元输出扭矩进行精确控制，快速地将同一主弦管上的爬升齿轮载荷进行载荷再分配，确保升降系统工作安全。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种升降系统载荷在线再分配技术，用于电动齿轮齿条式升降系统，该电动齿轮齿条式升降系统包括中央控制单元、电机控制单元、桩边控制单元和升降单元。桁架桩腿自升式平台的一个桩腿主弦管配备一个固桩单元，一个固桩单元上安装多套升降单元，每个升降单元配置变频电机，变频电机通过减速箱驱动爬升齿轮，电机控制单元为每个变频电机配置独立的变频器；中央控制单元以安全为原则，以平台倾斜程度为约束条件，以调节爬升齿轮载荷为目标； 所述中央控制单元实时在线监测所有爬升齿轮受载程度和平台倾斜程度，当爬升齿轮所受载荷超过载荷预警值且满足平台倾斜程度时，所述中央控制单元输出控制信号给该爬升齿轮对应的电机控制单元的变频器，对该爬升齿轮对应的变频电机进行载荷在线再分配，使同一个桩腿主弦管上的所有爬升齿轮受载荷均在设定范围内。

所述爬升齿轮受载荷程度包括载荷停机值和载荷预警值；当多个爬升齿轮中至少一个爬升齿轮的载荷超过载荷停机值时，中央控制单元发出报警并使电动齿轮齿条式升降系统停机；操作人员手动调节该爬升齿轮对应的变频器频率，实现手动载荷再分配，然后再次启动电动齿轮齿条式升降系统。

所述桁架桩腿自升式平台倾斜程度包括平台倾斜停机值、平台倾斜报警值和平台倾斜预警值，倾斜程度作为实施载荷再分配的约束条件；当桁架桩腿自升式平台倾斜角超过平台倾斜停机值，中央控制单元自动报警并使电动齿轮齿条式升降系统停机；操作人员进行越控调平，即在忽略倾斜报警功能状态下，手动对单桩进行升降，达到水平要求；当桁架桩腿自升式平台倾斜角超过平台倾斜报警值未达到停机值，操作人员进行手动进行单桩升降，达到水平要求；当桁架桩腿自升式平台倾斜角超过平台倾斜预警值未达到报警值，中央控制单元运行自动调平程序，达到水平要求；

本发明的有益效果是：

本发明的升降系统载荷在线再分配技术方法能使同一主弦管所有爬升齿轮受载均在设定范围。该技术以安全为原则，以平台倾斜程度为约束条件，以调节爬升齿轮受载为目标。将爬升齿轮所受载荷程度分为载荷停机值和载荷预警值；载荷停机值表征该爬升齿轮处于危险状态，必须停止升降系统工作；载荷预警值是控制系统对该爬升齿轮对应的变频电机进行载荷在线再分配的必要条件。将平台倾斜程度分为平台倾斜停机值、平台倾斜报警值和平台倾斜预警值，倾斜程度作为实施载荷再分配的约束条件

本发明体现在速度快和精准度高。由于系统实时在线对爬升齿轮所受载荷进行调节，不需要停机，故载荷再分配速度快；再者，载荷调节的依据就是当前的接触状态，故载荷再分配精准度高。

附图说明

图1为实施例中升降单元配置变频电机与变频器连接对应图；

图2为实施例中载荷再分配系统流程图；

图3为升降单元在主弦管上布置图；

图4为升降单元组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，3，4所示，一种升降系统载荷在线再分配技术方法，用于电动齿轮齿条式升降系统。该电动齿轮齿条式升降系统主要包括中央控制单元、电机控制单元（包含变频器14）、桩边控制单元、升降单元等。桁架桩腿自升式平台的一个桩腿主弦管3配备一个固桩单元2，一个固桩单元2上安装多套升降单元，此处以安装六个升降单元为例。

如图4所示，升降单元包含变频电机13、减速机构12、爬升齿轮11。六个升降单元A1、B1、C1、A2、B2、C2在桩腿主弦管3上进行升降作业时，六个爬升齿轮所受载荷不尽相同，且实时变化。以该主弦管为例，系统对所有主弦管的控制方式均一致。

本发明的升降系统载荷在线再分配技术，每个升降单元配置变频电机13，每个变频电机配置独立变频器14，见图1。

所述一种升降系统载荷在线再分配技术，将爬升齿轮所受载荷分档，分界点分别定义为载荷停机值与载荷预警值。载荷停机值表征该爬升齿轮处于危险状态，必须停止升降系统工作；载荷预警值是控制系统对该爬升齿轮对应的变频电机进行载荷在线再分配的必要条件。

所述一种升降系统载荷在线再分配技术，将平台倾斜程度分档，分界点分别定义为平台倾斜停机值、平台倾斜报警值和平台倾斜预警值。平台倾斜停机值表征平台处于危险状态，必须停止升降系统工作；平台倾斜报警值表征平台处于倾斜状态并且自动调平程序还未将其调平，但还不至于出现危险，操作人员可以进行手动停机，也可以继续运行升降系统；平台倾斜预警值表征平台处于倾斜状态，自动调平程序开始运行。

所述一种升降系统载荷在线再分配技术，通过变频控制技术实现电动齿轮齿条式升降系统实时在线检测与调节功能，使同一主弦管所有爬升齿轮受载均在设定范围。该技术以安全为原则，以平台倾斜程度为约束条件，以调节爬升齿轮受载为目标。本发明提供了一种实现方法，具体技术方案见图2。

实施例：

如图1，2所示，以一个主弦管安装六个升降单元为例，分别为A1、B1、C1、A2、B2、C3；每个升降单元配置变频电机，每个变频电机配置独立变频器。

（1）中央控制单元的PLC实时发出指令，检测六个升降单元A1、B1、C1、A2、B2、C2中的爬升齿轮受载程度。

（2）若六个爬升齿轮中某个或者多个载荷超过载荷停机值且持续设定时间时，中央控制单元发出报警并使电动齿轮齿条式升降系统停机；此时，操作人员可以手动调节对应的变频器频率，实现手动载荷再分配，然后再次启动电动齿轮齿条式升降系统。若该桩腿主弦管上所有爬升齿轮载荷均未超过载荷停机值，系统将判断平台倾斜角是否超过载荷停机值。

注：若六个爬升齿轮载荷均超过载荷停机值且持续设定时间时，中央控制单元发出报警并使电动齿轮齿条式升降系统停机；此时应该检查该桩腿导向处、齿轮与齿条啮合处是否有异物导致卡滞。

（3）若平台倾斜角超过载荷停机值，中央控制单元发出报警并使电动齿轮齿条式升降系统停机；此时，操作人员进行越控调平，即在忽略倾斜报警功能状态下，手动对单桩进行升降，达到水平要求。若平台倾斜角未超过停机值，系统判断倾斜角是否超过报警值。

（4）若平台倾斜角超过载荷报警值，中央控制单元自动报警，但不停机，系统正在运行调平程序。此时，操作人员可以手动使其停机；或者静观其变，系统可能能够调整到正常状态，也可能由于某些原因无法调平直至倾斜超过停机值使得系统停机。若操作人员手动使升降系统停止工作，可以手动单桩升降对平台进行调平；若操作人员不理会倾斜报警，系统将继续运行。若平台倾斜角未超过载荷报警值，系统判断是否超过载荷预警值。

（5）若平台倾斜角超过载荷预警值，系统自动进入调平程序，同时检测爬升齿轮受载。若平台倾斜角未超过载荷预警值，系统判断爬升齿轮受载是否超过载荷预警值。

（6）若爬升齿轮受载超过载荷预警值，系统将自动调节对应变频器频率，实现载荷在线再分配。同时，系统将检测爬升齿轮再分配后的受载情况。若爬升齿轮载荷未超过载荷报警值，系统运行同步程序，同时系统实时判断爬升齿轮受载情况。

总之，一种升降系统载荷在线再分配技术方法，最终使同一个桩腿主弦管上的六个升降单元A1、B1、C1、A2、B2、C2中的六个爬升齿轮载荷趋于均等且均低于预警值。