一种可代替缆绳兼具护舷功能的智能化轻型系靠泊系统的制作方法

本发明涉及一种系靠泊系统，特别涉及一种可代替缆绳兼具护舷功能的智能化轻型系靠泊系统。

背景技术：

多年来，船、岸上的水手们一直在重复着解缆-系缆-调缆-固定船舶这样的动作，虽然缆绳的材质从原始的植物纤维发展到了现代的高科技材料，但是船舶系泊的方式却几乎没有发生较大的改变。近年来随着国际贸易的发展与国际航运业的发展，海上运输需求越来越大，相应的船舶大型化、装卸效率提升、频繁的系靠泊等成为了未来发展的一种趋势。这对船舶设计、制造、码头管理等方面均提出了更高的要求，特别是对多船舶在码头的系泊安全提出考验。进港靠泊系缆通常是在气候良好、风平浪静、潮水平稳的情况下，船舶能安全停泊于泊位上，但是这种理想的气候和环境并非一直存在，恶劣气候和环境的变化一旦出现，就会给船舶靠泊期间的系缆带来巨大风险。随着造船业，航运业突飞猛进，港口设施也越来越发达，相应的船舶吨位越来越大，缆绳也越来越粗，带缆作业变得越来越困难，越来越危险。据不完全统计，每年都有上百起人身伤亡事故是在带缆作业时发生的。如何保证系泊船舶的安全日益引起国内外的关注与重视，并通过大量的理论和试验研究得到了一定安全保证和优化，并在实际应用中不断积累经验，取得了良好的效果。全球经济一体化要求船舶周转加快，激烈的竞争也要求船舶营运的经济效率更高、更安全。因此，采用何种系泊方式、初始力设置多少合理、如何及时调整系泊缆力分配以及采用何种高效的码头系泊管理，才能保证船舶与系泊设备的安全以及什么时候必须要离岗抛锚避风，都是港口码头设计与运营管理中日益重视和急需解决的问题。同时，我们也应看到，现有国内、外规范对于系泊安全的具体规定相对较少，一般都是以环境条件中的一些影响因素来确定，对于船舶系泊的具体操作而言较为粗糙。一般情况下，现有规范对于船舶仅规定了所配备缆绳的规格、数量以及不同波高、运动量限制推荐值等，而没有关于在何种风浪流组合情况下应采用何种系泊方式的建议或者参考，仅仅规定了系泊船舶必须采用的最少系泊缆绳数量，而未考虑缆绳规格、性能、长度等，特别是应对极端情况的措施建议等，都是有欠缺的。

综上所述，随着海运事业的发展和适应不断提升的安全标准要求，码头系泊系统的可靠性将变得越来越重要，尤其对于一些重要码头，如油船码头、液化天然气(LNG/LPG)码头、化学品码头等。同时，随着现代科学技术的发展，特别是计算机、自动化技术的广泛应用，使得实时监控、自主调整的新型智能化码头系泊系统成为现实，利用高新技术保证船舶系泊安全以代替多年来传统的带缆方式已经成为可能。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可代替缆绳兼具护舷功能的智能化轻型系靠泊系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可代替缆绳兼具护舷功能的智能化轻型系靠泊系统，包括检测系统、真空吸附盘、码头安装固定底座以及均布在所述真空吸附盘和所述码头安装固定底座之间的每两个一组的至少三组电动缸和至少三个承载弹簧，所述电动缸成组沿周向均布在所有所述承载弹簧的周围；每组内的两个所述电动缸的输出端集中且各通过一个运动关节Ⅰ与所述真空吸附盘连接，每组内的两个所述电动缸分开且各通过一个运动关节Ⅱ与所述码头安装固定底座连接；所有所述承载弹簧的上端分开均布在所述真空吸附盘的下表面上，所有所述承载弹簧的下端集中均布在所述码头安装固定底座的上表面上；所述检测系统根据系泊船舶的六维姿态对所述真空吸附盘和所述电动缸进行控制，以实现稳定系泊。

所述真空吸附盘采用正方形结构，所述电动缸有四组，所述承载弹簧有四个，每组所述电动缸的输出端与正方形真空吸附盘的一个角部连接，每个所述承载弹簧的上端与所述正方形真空吸附盘的一个角部连接。

本发明具有的优点和积极效果是：

一)依靠真空吸盘产生的吸附力来代替传统的缆绳拉力，其吸附力可根据不同的设计需要定制(如20t，40t、80t等)来适应不同类型和大小的船舶，其形状和材质可适用于不同船舶船舷侧不规则的平面。

二)真空吸附盘有6个运动自由度，可以在横向、纵向和垂直方向上自动拉伸和扭转，以调整位置适应船舶停靠。

三)无缆绳，减少了船舶对缆绳的需求，缩短了系靠泊带缆作业的周期，提高了码头作业的效率，使码头的自动化程度得到提高。

四)在一定程度上减少了系泊时船舶移动造成的船壳油漆刮落现象，节省了维护保养船壳的费用。

五)可六自由度智能调整稳定系泊，能够在感知缆力的同时，根据波、流等运动响应实现自动调整系泊力的均匀分配，改善系泊期间的泊稳条件，可为船-岸间的码头作业提供更稳定的装卸作业平台。

六)随着停泊期间码头潮位、波浪、水流等变化，传统系缆的船舶必须不断调整缆绳长度，以保证船舶良好的靠泊，这不仅增大了船员的劳动强度，而且增大了事故发生的几率和风险。特别是在涌浪比较大的海域，船舶前后左右不断地晃动，缆绳常常因磨损而绷断，传统系泊方式又很难克服剧烈运动，从而危及船舶和人员安全。因此，在这些港口装上这类智能系泊系统可以在很大程度上减少事故的发生，保障生命财产风险，提升港口安全。

综上所述，本发明能够实时根据风浪流环境变化调整系泊状态，并实现了无缆绳化系泊作业，在提升码头作业效率的同时，可减少事故的发生，提升港口安全。

附图说明

图1是本发明的三维结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的侧视图；

图4a～图4b是船舶系靠泊期间系统工作过程平面示意图；

图5a～图5c是船舶不同姿态系泊控制示意图。

图中：1、真空吸附盘(兼护舷碰撞垫)，2、运动球关节Ⅰ，3、电动缸，4、运动球关节Ⅱ，5、承载弹簧，6、安装固定底座。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图3，一种可代替缆绳兼具护舷功能的智能化轻型系靠泊系统，包括检测系统、真空吸附盘1、安装固定底座6以及均布在所述真空吸附盘1和所述码头安装固定底座6之间的每两个一组的至少三组电动缸3和至少三个承载弹簧5，所述电动缸3成组沿周向均布在所有所述承载弹簧5的周围。

每组内的两个所述电动缸3的输出端集中且各通过一个高强度运动球关节Ⅰ2与所述真空吸附盘1连接，每组内的两个所述电动缸3分开且各通过一个高强度运动球关节Ⅱ4与所述固定底座6连接。

所有所述承载弹簧5的上端分开均布在所述真空吸附盘1的下表面上，所有所述承载弹簧5的下端集中均布在所述码头安装固定底座6的上表面上。

所述检测系统借鉴成熟的六维并联机构运动补偿技术，即应用神经网络算法，经过对风浪流等作用形式的学习训练，可对系泊系统在风浪流作用下调整运动响应姿态进行实时预测，并根据实时检测的系泊船舶六维运动姿态对所述真空吸附盘1和所述伺服电机电动缸3进行控制，通过调整系泊系统的伸缩和扭转幅度以适应船舶运动，并在系泊系统承载能力范围内适时限制较大的运动以满足船舶的运动量满足系泊或作业要求，从而实现船-岸间的稳定系泊。

本发明的机构运动自由度为六个，检测系统用以计算真空吸附盘1的六维姿态，可实时根据系泊船舶在风浪流作用下的运动响应姿态调整运动幅值，从而通过与电动缸相连接的真空吸附盘1控制船身运动幅值，实现系泊状态的稳定。

在本实施例中，为了兼做传统形式的护舷碰垫，所述真空吸附盘1采用正方形结构，所述电动缸3有四组，所述承载弹簧5有四个，每组所述电动缸3的输出端与正方形真空吸附盘的一个角部连接，每个所述承载弹簧5的上端与所述正方形真空吸附盘的一个角部连接。

在本实施例中，真空吸附盘1兼顾缆力固定与护舷碰垫功能，运动关节Ⅰ2和运动关节Ⅱ4采用高强度运动关节，8个电动缸采用伺服电机驱动，支持六维运动，承载弹簧5是大负载高动态承载弹簧。

请参见图4a～图4b，采用四组智能系泊系统组成一个简单的码头智能系泊系统，四组智能系泊系统从前至后依次命名为：#1系统、#2系统、#3系统和#4系统，当进港船舶在自身动力或者拖轮辅助下以一定靠泊角度和速度靠泊时，船艏最先与#1系统碰撞接触，此时#1系统的真空吸附盘1与船艏外侧接触，由于受撞击力，承载弹簧5同时压缩，船艏外侧为曲面，真空吸附盘为保持100％贴附船身在伺服电机驱动的电动缸的配合下出现一定倾斜，以配合船舶运动。

随着整个船身逐渐完成靠泊动作，四组智能系泊系统同时吸附住船身，吸附力随着船舶吨位大小和保持系泊稳定而调整，承载弹簧5呈现一定程度的压缩状态。船艏和船艉处的#1和#4系统为适应船身曲面从而有效吸附固定，其吸附盘通过电动缸伸缩扭转来呈现不同程度的倾角与之适应，各个系泊系统达到稳定后，整个系泊系统的靠泊作业完成。

此后，在该船舶停靠码头的整个作业系泊期间，四组系泊系统将随时根据潮位变化以及风浪流对伺服电机带动的电动缸做调整，以满足各组系统的系泊运动量与受力均衡，请参见图5a～图5c，在整个由船-码头岸组成的系泊环境下，当船舶分别发生横摇、横移和升沉时，该智能系泊系统将随之发生调整以在允许的范围内适应船舶运动。

该智能化系泊系统的具体控制方案如下：

一)船舶六自由度运动量：根据不同船型进行设置，以满足国际航运协会(PIANC，1995)推荐标准。在实际应用中，系统主要通过控制8个电动缸的拉力，限制过大的船舶位移和摇角，并通过调整伸缩及荷载，控制船舶运动量满足要求。

二)船舶系缆力：为满足系泊作业期间的船舶允许运动量标准，系统要不断地根据风浪流条件实时调整吸附力，主要通过真空吸附盘以及电动缸组合作用于船身的作用力，并随着运动量伸缩而适时调整大小，实现类似传统缆绳调整松紧的功能，并参照OCIMF系泊指南的要求，以本系统所能承受拉力的50％或者60％作为设置警报的极限。如果船舶运动量过大导致拉力增大并超出本系统所设置的极限范围将自动断开真空吸附盘吸力，从而避免过大拉力导致的损坏和进一步损坏。系统通过自身荷载和位移感知功能，使得拉力与运动量配合协调，以达到尽可能满足作业和系泊的要求。

三)撞击力：真空吸附盘与承载弹簧起到传统护舷的作用，当船身不同程度地挤压码头时，该系统一方面通过可六自由度运动的吸附盘贴紧船身以适应撞击点的变化，另一方面承载弹簧受力压缩并感知荷载变化，一旦超过本系统负载范围，则8个电动缸将参与支撑受力。一旦撞击荷载超过该系统设置极限，则发出警报。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。