新型海上起重机升沉补偿系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型公开了一种新型海上起重机升沉补偿系统。
【背景技术】
[0002] 现有升沉补偿装置一般是通过在普通起重机上加装液压系统和滑轮组来实现控 制钢丝绳载荷端的上下运动位移，当船体下沉时活塞杆带动动滑轮组伸出，当船体上升时， 活塞带动动滑轮组缩回，以消除波浪对载荷产生的升沉影响。
[0003] 升沉补偿装置按控制力执行方式分为主动式与被动式两种。被式升沉补 偿系统是依靠船舶上升和下降来压缩释放蓄能器中的压缩空气，蓄能器可作为空 气弹簧吸收冲击力，从而减少了钢丝绳的张力。主动式升沉补偿系统通常是使用 MRU(motionreferenceunit)测量船舶的姿态，再通过几何计算，得出吊钩在垂直方向的位 移，从而控制执行机构实时收放钢丝绳，以"抵消"由于波浪而引起吊钩的额外升沉运动。
[0004] 被动式升沉补偿系统不足：由于参数不能选择和调节，所以在吊装货物和工况发 生变化时，系统的补偿性能会被限制，且补偿精度低。此外，被动式升沉补偿系统还存在滞 后比较大的缺点，容易造成事故。
[0005] 主动式升沉补偿系统不足：主动补偿系统需要系统自身的动力能源来进行工作。 传统的液压系统使用液压泵作为动力，消耗功率较大，只适用于中小功率场合。传统液压补 偿系统，在补偿精度和补偿素的较被动补偿有改善，但是，还有很大的提升空间。此外，由于 液压系统还存在体积大，重量大，更换液压油维护麻烦的缺点。本设计解决了以上不足。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决现有技术中存在的技术缺陷，本实用新型公开了一种新型海上起重机升 沉补偿系统。
[0007] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0008] 新型海上起重机升沉补偿系统，包括一个起重装置、升沉补偿执行装置、控制器和 船舶升沉模拟系统，所述的升沉补偿执行装置吊装在起重装置上，船舶升沉运动模拟系统 安装在升沉补偿执行装置的下方，且在升沉补偿执行装置的下方安装有测量货物与甲板间 的距离，为升沉补偿提供数据资料的传感器，通过控制器控制起重装置、升沉补偿执行装 置、船舶升沉运动模拟系统，实现升沉补偿执行装置和船舶升沉运动模拟系统的相互补偿。
[0009] 所述的升沉补偿执行装置包括一个连接在起重机钢丝绳端部的外部框架，在所述 的外部框架顶部固定一个电机I，所述的电机I的输出端通过联轴器驱动一个滚珠丝杠 I， 在滚珠丝杠 I上设有一个与其相配合滑块，所述的滑块上安装两个与滚珠丝杠 I相平行的 螺纹杆，两个所述的螺纹杆的端部与同一个矩形管相连，在所述的矩形管的底部安装有一 个声波传感器和电磁铁。声波传感器用于测量货物与甲板间的距离，为实现升沉补偿提供 可靠的数据资料。电磁铁模拟真实吊机中的吊钩，用于吊装以及卸放货物。升沉补偿装置工 作过程，电机I带动滚珠丝杠 I转动，使滑块升降，滑块带动货物运动，从而进行升沉补偿。
[0010] 在矩形管下端开一个小孔，将电磁铁悬挂在小孔下方。
[0011] 在矩形铝管一端用螺栓将声波传感器固定。
[0012] 所述的起重装置包括一个底座，在所述的底座上安装一个绞车和与其垂直的立 柱，所述的立柱上安装有一个立式轴支座I，立式轴支座I上安装有一个吊臂；在所述的吊 臂的末端和立式轴支座的末端安装有定滑轮，所述的吊臂能沿着立式轴支座上下摆动。
[0013] 所述的绞车包括步进电机II，所述的步进电机II通过一个刚性联轴器连接一个 卷筒，所述的两端为凸缘状，且该卷筒在轴承方向上通过轴承安装在卷筒支座上。使用时， 在卷筒上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的另一端绕过立柱和吊臂的末端的定滑轮与升沉补偿执行 装置的外部框架相连。
[0014] 所述的步进电机安装电机支架上。
[0015] 所述的船舶升沉运动模拟系统，包括底板，在所述的底板上安装一个底座，在所述 的底座上安装有一个步进电机III和一个与其垂直的直线滑台，所述的步进电机III的输 出端驱动一个与直线滑台相平行的滚珠丝杠 II，在滚珠丝杠 II上设有一个滑块，所述的滑 块上连接一个与直线滑台垂直的甲板，甲板与底板之间连接有测量甲板位移的直线位移传 感器；所述的滑块在滚珠丝杠 II的驱动下能沿着直线滑台上下移动。
[0016] 上述系统的补偿方法如下：
[0017] 步骤1对声波传感器和甲板距离初始化；
[0018] 步骤2启动绞车，将货物提升到设定的高度；
[0019] 步骤3货物悬停4秒，启动升沉运动模拟装置；
[0020] 步骤4启动绞车，将货物下放至目测安全位置；
[0021] 步骤5停止绞车，启动升沉补偿执行装置；
[0022] 步骤6每隔I. 5s使甲板与货物距离减少Imm ;
[0023] 步骤7当货物与甲板接触时，控制滚珠丝杠 I下降I. 5cm ;
[0024] 步骤8再次启动升沉补偿执行装置，使货物与甲板保持接触；
[0025] 步骤91s后卸放货物；
[0026] 步骤10启动绞车，将升沉补偿装置提升，滚珠丝杠 I复位；
[0027] 步骤11升沉运动模拟装置复位。
[0028] 本实用新型产生的有益效果如下：
[0029] 1)本实用新型便于在实验室操作运转的系统，能够比较精确直观地实现海上起 吊货物到卸放货物的全过程模拟。
[0030] 2)安装在吊钩与货物之间的新型主动式升沉补偿装置，方便拆装，适用范围广，可 移植性强。
[0031] 3)通过丝杠进行升沉补偿，且以单片机为控制核心的补偿系统，相比于传统液压 式补偿，反应灵敏、补偿精度高。
[0032] 4)船舶升沉运动模拟装置，可以方便地模拟不同波浪条件下船甲板的升沉运动。
[0033] 5)针对规则波和不规则波，均能够实现在船甲板运动至最高位置附近时，自动将 货物平稳地卸放于船甲板。6)吊机模拟装置，适合在实验室环境下模拟吊机吊装作业。
【附图说明】
[0034] 图1海上起重机升沉补偿系统；
[0035] 图2执行系统整体结构图；
[0036] 图3与运动调节机构结构图；
[0037] 图4起重机结构图；
[0038] 图5绞车结构图；
[0039] 图6船舶升沉运动模拟系统主视图；
[0040] 图7船舶升沉运动模拟系统侧视图；
[0041] 图8不规则波系统实验流程图；
[0042] 图9控制原理图；
[0043] 图10船舶升沉运动图；
[0044] 图11货物与甲板相对距离随时间变化图；
[0045] 图12货物卸放阶段与甲板距离随时间变化图；
[0046] 图中：101-起重装置；102-绞车；103-升沉补偿执行装置；104-控制器；105- 船舶升沉模拟系统；201-步进电机I ;202-外部框架；203-矩形铝管；204-螺栓；205- 电磁铁；206-声波传感器；207-联轴器；208-滚珠丝杠 I ;209-运动转换刚片；210-立 式轴支座I ;211-螺纹杆；212-圆锥滚子轴承；213-滑块轴承；214-光杠；301-定滑 轮；302-立柱；303-底座；304-立式轴支座II ;305-吊臂；401-步进电机II ;402-刚 性联轴器；403-卷筒；404-凸缘；405-轴承座；406-卷筒支座；407-光杠；408-电机 支架；501-直线滑台；502-滚珠丝杠 II ;503-甲板；504-直线位移传感器；505-底座； 506-底板；507-滑块；508-步进电机III。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
[0048] 如图1所示，本实用新型公开了一种新型海上起重机升沉补偿系统，包括一个起 重装置101、绞车102、升沉补偿执行装置103、控制器104和船舶升沉模拟系统105,升沉补 偿执行装置103吊装在起重装置上，船舶升沉运动模拟系统安装在升沉补偿执行装置的下 方，通过控制器控制起重装置101、升沉补偿执行装置103、船舶升沉模拟系统105,实现升 沉补偿执行装置和船舶升沉模拟系统105的相互配合。
[0049] 升沉补偿系统执行装置结构如下：包括一个连接在起重机钢丝绳端部的外部框架 202,在所述的外部框架顶部固定一个步进电机1201，所述的步进电机1201的输出端通过 联轴器207驱动一个滚珠丝杠1208,在滚珠丝杠208上设有一个与其相配合滑块，滑块上安 装两个与滚珠丝杠1208相平行的螺纹杆211，两个所述的螺纹杆211的端部与同一个矩形 铝管203相连，在所述的矩形铝管203的底部安装有一个声波传感器206和电磁铁205。
[0050] 声波传感器206采用5V电源供电，输出信号为数字信号，输出信号线SDA、SCL分 别与控制器单片机的P3. 6、P3. 7管脚相接，进行I2C通信。
[0051] 接收单片机输出信号的元件有两个步进电机驱动器和电磁铁。
[0052] 方形钢管（20*20*1，下同）和角钢（30*30*2. 0,下同）作为外部框架202,连接方 式均采用螺栓204 (M3)连接；所用滚珠丝杠1208直径为16mm，导程为IOmm ;滚珠丝杠1208 两端用圆锥滚子轴承212(30201型）、铝板（90*30*3)进行固定；采用光杠 （Φ 1〇,下同）、 滑块轴承213 (SMAlO)、立式轴支座210 (立式SKlO)对运动转换刚片209进行周向固定；采 用螺纹杆211 (M6)将矩形铝管（50*25*2,下同）与运动转换刚片209相连接；采用梅花联 轴器207 (L50D1