一种用于船舶分段建造的柔性胎架系统及建造方法与流程

本发明涉及用于船舶分段建造的柔性胎架系统及建造方法，属于造船建造工装领域。

背景技术：

在建造大型船舶和海工产品等过程中，常常采用分段建造的方法，将船舶等划分为几个部分分别建造，然后将各个分段进行合拢。由于各个分段的形状不规则，在分段建造和合拢过程中一般需要采用胎架辅助建造，用以保证各曲面分段外板线型。

胎架是船体分段建造及焊接的一种专用工艺装备，其工作面与分段外形相贴合，主要作用是在分段制造过程中支撑分段、保证分段曲形正确和控制装焊变形。

现有技术使用的数控胎架仅仅能够实现数控调节，没有无线模块，不能对其实现远程控制，而且调节范围固定，缺少根据实际情况是否需要添加外加管柱，需要为不同高度设计不同型号，工作量较大。

现有技术没有采用胎架点阵分区，没有根据具体船舶分段大小制定胎架点阵分区方案，只能根据船舶分段大小临时调整胎架数量和位置，工作效率低，工人劳动强度大，没有实现根据具体船舶分段型值表调用相应胎架，并且未实现初调和微调相结合的调节方式，不能实现船舶分段的精确定位。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于船舶分段建造的柔性胎架系统及建造方法，将加工区域分布有若干个支撑点，根据需要选择合适的支撑点，采用初调和微调相结合的调节方式，实现船舶分段的精确定位。

技术方案：为实现上述目的，本发明的用于船舶分段建造的柔性胎架系统，包括若干个建造支撑单元、驱动机构和与驱动机构连接的plc控制系统和上位机，所述建造支撑单元包括两个用于支撑船舶分段的支撑固定机构和与每个支撑固定机构连接的柔性胎架机构，柔性胎架机构与驱动机构连接，柔性胎架机构为可升降机构，所述上位机将控制量传递给plc控制系统，plc控制系统控制驱动机构驱动柔性胎架机构运动到合理的位置，调整船舶分段的位置。

作为优选，所述支撑固定机构包括压力传感器、活络头和活动磁性吸头，所述压力传感器固定在柔性胎架机构的顶端，活动磁性吸头通过活络头与压力传感器连接，活动磁性吸头用于支撑船舶分段。

作为优选，所述活络头包括上端盖、挡板、球头和螺母，所述球头穿过挡板的中间通孔，挡板连接固定在上端盖上，球头通过螺纹连接固定在压力传感器上，并且通过螺母夹紧。

作为优选，所述柔性胎架机构内设有可拆卸的外加管柱。

作为优选，所述上位机与plc控制系统之间采用无线模块通信。

一种上述用于船舶分段建造的柔性胎架系统的建造方法，包括以下步骤：

(1)在工作区域按照设计要求等间距的设有若干个支撑点，对每一个支撑点进行标号，每一个支撑点均布设有柔性胎架机构和支撑固定机构；

(2)上位机根据需要建造的船型，得到工作区域所需要的支撑点的个数以及相应支撑点的具体位置，以及每个支撑点所需要的高度；

(3)判断所需要支撑点是否需要添加外加管柱，若需要，则选择管柱型号及添加对应管柱；

(4)根据设计要求，设置压力范围f1和f2的大小；

(5)plc控制系统读取每个支撑固定机构中压力传感器的数值，若数值位于[f1，f2]区间内，进入步骤(8)，如数值小于f1，则进入步骤(6)，若数值大于f2，则进入步骤(7)；

(6)柔性胎架机构上升，当对应的支撑固定机构中压力传感器数值位于[f1，f2]区间内时，柔性胎架机构上升停止，进入步骤(8)；

(7)柔性胎架机构下降，当对应的支撑固定机构中压力传感器数值位于[f1，f2]区间内时，柔性胎架机构下降停止，进入步骤(8)；

(8)柔性胎架机构调整到位，柔性胎架机构静止。

有益效果：本发明的用于船舶分段建造的柔性胎架系统，上位机与plc控制器之间采用无线模块通信，可以实现对柔性胎架系统的远程控制，柔性胎架机构采用点阵布置，并且分成大小不同的区，根据适应小型、中型、大型等不同型号的船舶分段划分成a区、b区、c区、......，可以根据实际船舶分段尺寸大小选择不同的区，上位机根据船舶型值表首先确定是否需要外加管柱，如果需要外加管柱，计算出相应尺寸，在界面设计软件中显示，减少了工人的劳动强度，然后调用相应区域中的柔性胎架机构，实现初调，然后再根据压力传感器的反馈，实现微调，对柔性胎架机构的高度上升进行综合评价，实现船舶分段的精确定位。

附图说明

图1本发明用于船舶分段建造的柔性胎架系统示意图；

图2本发明船舶分段支撑结构结构示意图；

图3本发明活动磁性吸头结构示意图；

图4本发明活络头结构示意图；

图5本发明柔性胎架外加管柱机构结构示意图；

图6本发明柔性胎架机构点阵布置示意图；

图7本发明船舶分段控制点受力分析示意图；

图8本发明用于船舶分段建造的柔性胎架系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，本发明的用于船舶分段建造的柔性胎架系统，包括若干个建造支撑单元、驱动机构6和与驱动机构6连接的plc控制系统8和上位机11，所述建造支撑单元包括两个用于支撑船舶分段的支撑固定机构2和与每个支撑固定机构2连接的柔性胎架机构3，柔性胎架机构3与驱动机构6连接，柔性胎架机构3为可升降机构，所述柔性胎架机构3内设有可拆卸的外加管柱31，所述上位机11与plc控制系统8之间采用无线模块通信，所述上位机11将控制量传递给plc控制系统8，plc控制系统8控制驱动机构6驱动柔性胎架机构3运动到合理的位置，调整船舶分段1的位置。

在本发明中，所述支撑固定机构2包括压力传感器23、活络头22和活动磁性吸头21，所述压力传感器23固定在柔性胎架机构3的顶端，活动磁性吸头21通过活络头22与压力传感器23连接，活动磁性吸头21用于支撑固定船舶分段1。所述活络头22包括上端盖221、挡板222、球头223和螺母224，所述球头223穿过挡板222的中间通孔，挡板222连接固定在上端盖221上，球头223通过螺纹连接固定在压力传感器23上，并且通过螺母224夹紧。所述活动磁性吸头21安装固定在活络头22的上端盖221上，活动磁性吸头21是在普通磁铁上插入了一段铜片，跟铜片相连的是可左右旋转的开关，通过左右旋转开关来吸住和断开船舶分段1，这样有利于减少资源浪费，减少不必要的人工劳动。

在本发明中，驱动系统6包括步进电机4和步进电机驱动器7，所述步进电机4安装固定在柔性胎架机构3一侧，所述步进电机驱动器7与步进电机4通过信号线连接，所述plc控制系统8包括plc控制器9、无线模块10，所述上位机11包括界面设计软件12和功能实现软件13，所述压力传感器23、步进电机驱动器7和无线模块10与plc控制器9通过信号线连接，所述上位机11通过无线模块10与plc控制器9进行无线连接。在所述上位机11软件中输入船舶型值表数据，上位机11把指令传输给plc控制器9，plc控制器9控制相应的步进电机驱动器7，步进电机驱动器7驱动相应的步进电机4，步进电机4带动相应的柔性胎架机构3，实现整个柔性胎架系统初调的作业过程，所述压力传感器23把实时压力信号反馈给plc控制器，再实现整个柔性胎架系统微调的作业过程，对柔性胎架机构3的高度上升进行一个综合评价，实现对船舶分段1的精确定位。

所述界面设计软件12和功能实现软件13之间能够实现数据通信，在界面设计软件12中输入船舶型值表数据，界面设计软件12把船舶型值表数据传输给功能实现软件13中，所述功能实现软件13根据船舶型值表数据进行插值算法运算，首先确定柔性胎架机构3是否需要外加管柱31，如果需要外加管柱31，计算出相应管柱31的高度，并且在界面设计软件12中显示，然后把压力传感器23安装固定在管柱31顶端，如果不需要外加管柱31，则压力传感器23正常安装固定在柔性胎架机构3的顶端，并且确定船舶分段1的控制点，控制点有相应的x,y,z三维坐标，选择适应船舶分段1的柔性胎架机构3点阵分区，柔性胎架机构3在相应的柔性胎架点阵分区中有相应的x,y,z三维坐标，然后调用分区点阵中离控制点最近的柔性胎架机构3，并确定相应胎架初步上升高度，这些数据在界面设计软件12中显示并且记录生成相应的报表，这样可以不需要人工去测量需要外加管柱31的高度，减少工人的劳动强度，然后把对应的船舶分段1放在与被调用的柔性胎架机构3连接的支撑固定机构2上，并与之接触，完成初调。

所述压力传感器23在所述界面设计软件12中每个控制点设置有对应的压力区间，该压力区间根据具体船舶分段1在功能实现软件13中根据船舶分段1控制点受力情况分析而得，具体分析情况为：假设船舶分段1的重力为g，调用的柔性胎架机构3的个数为n，假设每个柔性胎架机构3承受的法向作用力fi为重力g的平均力，即根据具体船舶分段1材料的接触刚度，在船舶分段1允许的变形范围内，通过实验测试，得到压力允许误差的最小值和最大值，分别为δ1，δ2，则压力区间f1，f2分别对应为αi为第i个调用的柔性胎架机构3支撑的控制点受到的法向作用力fi与竖直方向分力fni的夹角，根据船舶企业提供的船舶型值表，在功能实现软件13中根据插值函数，通过对插值函数的求导，求得船舶分段1在对应支撑的控制点的切线的斜率，即tanγi，γi为第i个调用的柔性胎架机构3支撑的控制点的切线与水平方向的夹角，因为αi，γi都与βi互余，所以αi与γi相等，βi为第i个调用的柔性胎架机构3支撑的控制点受到的法向作用力fi与水平方向的夹角，αi即可求得，在船舶分段1的最底端柔性胎架机构3支撑的控制点受到的法向作用力fi与竖直方向分力fni相等，γi为零度，βi为90度，i＝1,2,3,...,n。在功能实现软件13计算完压力区间后，界面设计软件12调用功能实现软件13计算得出的压力区间，所述柔性胎架机构3在实现初调之后，压力传感器23根据检测的压力的大小反馈给plc控制器9，plc控制器9实现柔性胎架机构3的微调，包括上升、下降和静止，低于压力区间下限时，柔性胎架机构3上升，在压力区间时，柔性胎架机构3保持静止，高于压力区间上限时，柔性胎架机构3下降，总体实现工作的柔性胎架机构3上表面的受力满足工作要求，实现对柔性胎架机构3在高度上的精确调整，有利于船舶分段1的准确定位。

所述界面设计软件12根据所述功能实现软件13计算出的相应柔性胎架机构3所需上升的高度转化为相应的脉冲数，所述界面设计软件12再把相应的脉冲数传输给plc控制器9，所述plc控制器9再把脉冲数传输给所述步进电机驱动器7，所述步进电机驱动器7驱动步进电机4转动，实现所述柔性胎架机构3的上升、下降和静止。

在所述界面设计软件12中通过改变脉冲频率可以实现柔性胎架机构3的无级调速，有利于船舶分段1的准确定位。所述界面设计软件12设置有柔性胎架系统联动开关、柔性胎架系统微调开关和柔性胎架系统复位开关，有利于柔性胎架机构3的重复利用，柔性胎架系统工作的有序进行，高效运作。所述界面设计软件12设置有报表菜单，所述报表菜单包括每一个柔性胎架机构3的位移、速度、绝对高度和实际承载值，有利于船厂人员查看历史记录，发现问题，解决问题。所述界面设计软件12设置有柔性胎架机构3实时承载值动态曲线图，方便船厂操作人员观看每一个柔性胎架机构3的受力情况，提前预防，防止每一个柔性胎架机构3受力过大，产生意外情况，减少不必要的损失。

一种上述用于船舶分段建造的柔性胎架系统的建造方法，包括以下步骤：

(1)在工作区域按照设计要求等间距的设有若干个支撑点，对每一个支撑点进行标号，每一个支撑点均布设有柔性胎架机构和支撑固定机构；

(2)上位机根据需要建造的船型，得到工作区域所需要的支撑点的个数以及相应支撑点的具体位置，以及每个支撑点所需要的高度；

(3)判断所需要支撑点是否需要添加外加管柱31，若需要，则选择管柱型号及添加对应管柱；

(4)根据设计要求，设置压力范围f1和f2的大小；

(5)plc控制系统8读取每个支撑固定机构2中压力传感器23的数值，若数值位于[f1，f2]区间内，进入步骤(8)，如数值小于f1，则进入步骤(6)，若数值大于f2，则进入步骤(7)；

(6)柔性胎架机构3上升，当对应的支撑固定机构2中压力传感器23数值位于[f1，f2]区间内时，柔性胎架机构3上升停止，进入步骤(8)；

(7)柔性胎架机构3下降，当对应的支撑固定机构2中压力传感器23数值位于[f1，f2]区间内时，柔性胎架机构3下降停止，进入步骤(8)；

(8)柔性胎架机构3调整到位，柔性胎架机构3静止。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。