二次马达控制波浪补偿系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种二次马达控制波浪补偿系统，具有补偿响应高，能耗小，可操作性强，补偿精度高，稳定性高可调节范围大特点，适合多种吨位的和不同海况下作业的起重机波浪补偿系统。其技术方案为：采用二次马达进行控制，通过摆动二次马达摆角进行正反转补偿，加大了响应速度，二次马达角速度传感器输出的角位移及伺服缸位移传感器反馈的实际波浪位移所形成的闭环回路进行闭环控制补偿，提高了补偿精度。二次马达伺服缸控制单元的蓄能器来确保控制的稳定性。制动单元采用双电磁换向阀增加系统安全性。二次马达主油口采用二通插装阀来控制在保证安全的同时减小压损。通过充氮气控制单元调节气瓶压力来适应多种海况作业。
【专利说明】二次马达控制波浪补偿系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电液控制技术为特征的主动式波浪补偿系统领域，尤其涉及采用二次马达进行控制的主动式波浪补偿系统。
【背景技术】
[0002]波浪补偿是指因海面起伏引起作业装备产生波动而进行的补偿校正。主要应用于海上补给、海洋钻井、有缆海底机器人安装作业、深海探测等方面。由于海浪起伏的影响，起重机负载随着波浪产生相对运动，负载物资可能会引起碰撞或增加海上作业困难，从而不能有效安全作业。
[0003]具备波浪补偿功能的起重装备可以很好的解决这个问题，更大程度拓宽各海况作业时间，增强海上作业的安全性、高效性和可靠性。现有波浪补偿系统主要有被动补偿和主动补偿两种形式。被动补偿系统通常采购油缸连接蓄能器组成的类弹簧装置，这种装置结构简单，制造成本较低，但稳定性低可调节范围小，海上自适应性差，一般应用在海况等级低，补偿精度要求不高，起重吨位较小的起重机上。
[0004]主动补偿系统通常根据波浪起伏提供正反方向的动力源，实现补偿船体直线位移的目的，这种方法可装机吨位大，适应海况能力较高，调节范围大，可操作性强，但补偿响应慢，整机制造成本昂贵，系统能耗大，不适合较高精度作业使用。
实用新型内容
[0005]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0006]本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种二次马达控制波浪补偿系统，具有补偿响应高，能耗小，可操作性强，补偿精度高，稳定性高可调节范围大特点，适合多种吨位的和不同海况下作业的起重机波浪补偿系统。
[0007]本实用新型的技术方案是:本实用新型揭示了一种二次马达控制波浪补偿系统，包括液压动力源、二次马达制动单元、二次马达伺服缸控制单元、蓄能器补偿单元、二次马达A/B 口油路控制单元，液压动力源分别连接二次马达制动单元和二次马达伺服缸控制单
J L.ο
[0008]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，液压动力源给二次马达制动单元的蓄能器充液储备液压能，二次马达制动单元的蓄能器的出口并联连接压力继电器、溢流阀和球阀，在二次马达制动单元的蓄能器之后安装减压阀，减压阀的出口连接二位四通换向阀，二位四通换向阀和单向截止阀并联连接，单向截止阀的出口并联连接压力继电器和二次马达制动器。
[0009]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，在二次马达伺服缸控制单元中，单向阀出口连接高压过滤器，高压过滤器的出口连接蓄能器组、二位四通换向阀以及伺服阀，伺服阀连接控制马达伺服缸。
[0010]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，在马达上同时安装角速度传感器以及伺服缸位移传感器。
[0011]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，蓄能器补偿单元采用活塞蓄能器与氮气瓶连接，同时安装压力阀压力传感器，蓄能器补偿单元中还设有充氮控制模块。
[0012]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，二次马达A/B 口油路控制单元中的二位四通换向阀控制二通插装阀的启闭，二通插装阀的出口安装两个单向阀给二次马达低压侧进行补油，压力传感器实时检测二次马达高压侧压力。
[0013]根据本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的一实施例，系统还配备冷却补油单元。
[0014]本实用新型对比现有技术有如下的有益效果:本实用新型采用二次马达进行控制，通过摆动二次马达摆角进行正反转补偿，加大了响应速度，二次马达角速度传感器输出的角位移及伺服缸位移传感器反馈的实际波浪位移所形成的闭环回路进行闭环控制补偿，提高了补偿精度。二次马达伺服缸控制单元的蓄能器来确保控制的稳定性。制动单元采用双电磁换向阀增加系统安全性。二次马达主油口采用二通插装阀来控制在保证安全的同时减小压损。通过充氮气控制单元调节气瓶压力来适应多种海况作业。相比传统技术，本实用新型具有普通起重机功能外同时具备恒张力功能和波浪补偿功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1示出了本实用新型的二次马达控制波浪补偿系统的较佳实施例的液压原理图。
[0016]图2示出了本实用新型的二次马达控制图。
[0017]图3A和3B示出了本实用新型的波浪补偿系统吊机机构的示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的描述。
[0019]如图1所示，二次马达控制波浪补偿系统包括液压动力源、二次马达制动单元、二次马达伺服缸控制单元、蓄能器补偿单元、二次马达A/B 口油路控制单元，液压动力源分别连接二次马达制动单元和二次马达伺服缸控制单元。较佳的，系统还配备冷却补油单元13。
[0020]液压动力源给二次马达制动单元的蓄能器充液储备液压能，二次马达制动单元的蓄能器111的出口并联连接压力继电器91、溢流阀和球阀，在二次马达制动单元的蓄能器112之后安装减压阀6，减压阀6的出口连接二位四通换向阀21 (也称为二位四通电磁换向阀)，二位四通换向阀21和单向截止阀14并联连接，单向截止阀14的出口并联连接压力继电器91和二次马达制动器。
[0021]在二次马达伺服缸控制单元中，单向阀出口连接高压过滤器4，高压过滤器4的出口连接蓄能器组、二位四通换向阀21以及伺服阀，伺服阀连接控制马达伺服缸。在马达上同时安装角速度传感器以及伺服缸位移传感器。
[0022]蓄能器补偿单元采用活塞蓄能器12与氮气瓶2连接，同时安装压力阀压力传感器，蓄能器补偿单元中还设有充氮控制模块10。
[0023]二次马达A/B 口油路控制单元中的二位四通电磁换向阀21控制二通插装阀161和162的启闭，二通插装阀161和162的出口安装两个单向阀给二次马达17低压侧进行补油，压力传感器实时检测二次马达17高压侧压力。
[0024]在二次马达17控制油源进口处安装高压过滤器4不仅可以保持控制油源的清洁度有利于增加控制元件的寿命，而且有利于保持波浪补偿的控制精度和系统的灵敏性。蓄能器111除了蓄存液压能外还可吸收波动液动力保证二次马达比例阀22控制的平稳性，用压力继电器91来检测控制油源压力是否满足。二位四通电磁换向阀21作为二次马达伺服缸控制的使能信号，通过减压阀6可以得到适合制动器18的压力。蓄能器112安装在减压阀6进口处最大限度增加蓄能器储能容量。电磁换向阀151及152同时控制制动器确保系统安全性。单向截止阀14来减缓制动器关闭时间防止冲击。压力继电器93自动检测制动器启闭状态。用冷却补油单元13对液压二次马达低压端进行补油及冷却系统温度，可通过计算不同吨位的起重机配置相应氮气瓶2和二次马达17的规格和数量。充氮控制模块10则根据不同海况和补偿精度给氮气瓶2充对应压力的氮气。氮气瓶2出口连接活塞蓄能器12，压力传感器84实时采集当前氮气压力而压力传感器81则实时采集活塞蓄能器12储存油液的压力值。电磁换向阀153及154分别控制二通插装阀161及162启闭情况。二通插装阀161出口连接压力传感器83及二通插装阀162出口连接压力传感器82可以采集二次马达高压端及低压端的压力，根据二次马达高低端的压差可以准确计算出二次马达输出扭矩，二次马达前端安装单向阀33和单向阀34对马达低压端进行补油，有效防止马达出现吸空现象。二次马达速度传感器19及二次马达伺服缸位移传感器20比较精确反馈二次马达的控制及运行状态，其反馈控制框图如图2所示，当非工作状态系统需要维护时可操作球阀71，73及75放掉对应蓄能器压力确保安全情况下进行维护。
[0025]作业前确认各元件及电气信号是否正常，并根据当前的海况，通过充氮气模块10给氮气瓶组2充一定压力值的氮气，并通过压力传感器84检查氮气是否已经充到合适压力。启动泵站动力源1，泵站给系统预加载，通过压力继电器91常闭发讯可知控制油源蓄能器111加载完成，压力继电器92常闭发讯可知马达制动单元蓄能器112加载完成。压力传感器81实时采集活塞式蓄能器12的充液压力情况。当压力达到设定值时，动力源I处于待机状态，此时耗能较少。当任何压力继电器常开发讯时或压力传感器81采集到活塞蓄能器压力过低时动力源I恢复加载状态，直到满足所需压力条件根据实际情况延时进入待机状态。在设备作业时可以选择起重机主起升“吊机普通模式”、“恒张力模式”、“波浪补偿控制模式”这几种主要模式:
[0026]当司机按下“普通吊机模式”按钮后，“普通吊机模式”被激活，绿色指示灯亮，同时压力传感器81采集压力达到设定值时。电磁阀153，154及21得电，此时马达处于可控状态。接收司机操作手柄通过斜坡信号发出给比例阀22，同时电磁换向阀151和152得电，压力继电器93闭合发讯。制动器18打开，起重机随着手柄输出做速度控制。
[0027]当司机按下“恒张力模式”按钮后，“恒张力模式”被激活，绿色指示灯亮，同时压力传感器81采集压力达到设定值时，电磁阀153，154及21得电。司机通过电位计旋钮输入到PLC，由PLC发出的扭矩命令控制信号，做绞车的扭矩闭环控制。同时电磁换向阀151和152得电，压力继电器93闭合发讯，制动器18打开。PLC采集吊机的重量传感器的数值、钢丝绳的圈数进行实际的扭矩计算，根据PLC输入的命令值和实际反馈值做二次马达的摆角控制。
[0028]在吊机使用“波浪补偿模式”前，需要先使用吊机的“普通模式”起吊货物，调整好系统的氮气瓶内的氮气压力值到预定值，然后才可以启动“波浪补偿模式”。在这种模式下检测船姿态的运动控制器MRU输出的信号给PLC做速度控制，当司机按下“波浪补偿模式”按钮后，“波浪补偿模式”被激活，绿色指示灯亮。压力传感器81采集压力达到设定值时，电磁阀153，154及21得电，同时电磁换向阀151和152得电，压力继电器93闭合发讯，制动器18打开，司机控制手柄通过PLC发出的速度命令控制信号，做起重机的速度控制闭环控制。当运动控制器MRU检查到船体随着波浪下降时，马达摆角增加，起重机做收绳动作。当运动控制器MRU检查到船体随着波浪上升时，马达摆角较小，起重机做放绳子动作。通过改变马达摆角迅速补偿波浪所造成物体上下波动，从而达到在一定范围内保证重物的相对位置不变。
[0029]图3A和3B示出了示出了本实用新型的波浪补偿系统吊机机构，这个吊机结构包括了臂架la、回转结构2a、起重机底座3a、起升机构4a、回转机构5a、主变幅油缸6a、起升缠绕系统7a、副变幅油缸8a、司机室9a和液压站10a。
[0030]本实用新型波浪补偿系统通过改变马达的摆角度闭环控制来实现重物的位移补偿，不仅仅具有普通吊机的功能，而且能有效的实现恒张力控制和响应快精度高的波浪补偿控制。所采用的液压系统操作简单，补偿响应高，能耗小，可操作性强，补偿精度高，稳定性较好，能满足多种海况下作业。
[0031]提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
【权利要求】
1.一种二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，包括液压动力源、二次马达制动单元、二次马达伺服缸控制单元、蓄能器补偿单元、二次马达A/B 口油路控制单元，液压动力源分别连接二次马达制动单元和二次马达伺服缸控制单元。
2.根据权利要求1所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，液压动力源给二次马达制动单元的蓄能器充液储备液压能，二次马达制动单元的蓄能器的出口并联连接压力继电器、溢流阀和球阀，在二次马达制动单元的蓄能器之后安装减压阀，减压阀的出口连接二位四通换向阀，二位四通换向阀和单向截止阀并联连接，单向截止阀的出口并联连接压力继电器和二次马达制动器。
3.根据权利要求1所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，在二次马达伺服缸控制单元中，单向阀出口连接高压过滤器，高压过滤器的出口连接蓄能器组、二位四通换向阀以及伺服阀，伺服阀连接控制马达伺服缸。
4.根据权利要求3所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，在马达上同时安装角速度传感器以及伺服缸位移传感器。
5.根据权利要求1所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，蓄能器补偿单元采用活塞蓄能器与氮气瓶连接，同时安装压力阀压力传感器，蓄能器补偿单元中还设有充氮控制模块。
6.根据权利要求1所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，二次马达A/B口油路控制单元中的二位四通换向阀控制二通插装阀的启闭，二通插装阀的出口安装两个单向阀给二次马达低压侧进行补油，压力传感器实时检测二次马达高压侧压力。
7.根据权利要求1所述的二次马达控制波浪补偿系统，其特征在于，系统还配备冷却补油单元。
【文档编号】B66C23/62GK204150975SQ201420599459
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】叶建华, 党琪, 李达平 申请人:上海振华重工(集团)股份有限公司