1.本发明属于船舶技术领域，涉及一种取水泵船船体平衡装置及其方法。
背景技术：2.目前，我国的淡水资源分布不均匀，部分地区经常出现干旱缺水的现象。取水泵船可以利用在河流中航行的优势，更加快速且便捷地为干旱地区输送淡水资源。但是，当同侧水泵都处于工作状态时，水管里的水和水管的重力会使取水泵船沿船体宽度方向的横滚角发生变化，对水泵的垂直度产生影响；此外，由于取水泵船上不同数量、组合的水泵开启后，会导致取水泵船沿船体长度方向的俯仰角和沿船体宽度方向的横滚角方发生动态变化，使水泵的垂直度发生变化，从而减少水泵的使用寿命。此外，现有的一些船舶平衡装置无法解决这一问题。
3.中国实用新型专利(202022523969.0)公开了一种防倾斜的船舶平衡装置，包括船体、遥控接收装置、螺旋桨、电机和水泵等。船体两侧设有固定在伸缩杆上的救生圈，通过螺纹杆可以使救生圈构成滑动装置，使救生圈下部接触到水面；船体内部设置水泵，水泵的出水口和喷水口固定在伸缩板上，进水口的直径比喷水口的直径大一倍，伸缩板与船体外侧活动连接，并且伸缩门向下的倾斜角度为30
°
；船体内部设有电动机，电动机通过皮带传动与螺旋桨连接，螺旋桨被安装在船体外侧，且通过转轴与从动轮相连。首先，通过松紧螺纹杆控制救生圈与水面接触，当船舶发生倾斜时，救生圈就会沉入水中，提供一个与船舶倾斜相反的力，使船舶回正，其次，当船舶倾斜时，向哪一倾斜，就可以打开哪一边的水泵和螺旋桨，给与船体一个斜向上的力，从而使船体回正，而放置喷水口和进水口的伸缩板，则使船体更加稳定。该船舶平衡装置采用了较多的方法来保持船舶的平衡，在一定程度上增加了船舶行驶的负担和结构的复杂性；电动机通过皮带传动和转轴为螺旋桨提供动力，使得螺旋桨在船上只能保持固定的位置，无法根据实际情况进行调整；安装在伸缩板上的水泵出水口，只能依靠伸缩板来进行摆动，无法移动自己的位置，因此，这种装置只能应对沿船体宽度方向的倾斜，此外，由于水泵的进水口和出水口都安装在伸缩版上，且出水口与出水口之间的位置过于靠近，相互之间容易产生影响。
4.中国实用新型专利(201721458983.9)公开了一种防止船体倾斜的船舶平衡装置，包括平衡装置主体和平衡装置箱。平衡装置箱的底部外侧内嵌有浮力块，且平衡装置箱的底部安装了活动嵌槽；螺旋桨外框通过固定螺栓安装在固定嵌槽上，且固定螺栓内侧有固定板和支撑板，螺旋桨呈“一”字结构排列组合在螺旋桨外框上，可以使船舶快速转向；在船舶两侧设置了呈“对称”结构分布的浮力块，且浮力块由小密度材料制成，可以解决上轻下重的结构使船舶下体不够沉稳的问题，此外，设置了伸缩板，伸缩板内设置了气泡槽，气泡槽内充满氮气，船舶倾斜时，伸缩板伸出，增大了船舶与水面的接触面积，使船舶保持平衡。该船舶平衡装置设置的“一”字螺旋桨装置仅用来快速改变船舶的行驶方向，而不是使用其来保持船舶平衡，伸缩板和浮力块与海水接触且长时间浸泡，会被海水腐蚀，影响内部密度结构，带来安全隐患，此外，无法保证两侧的浮力块在波动较大的海面上产生同样的浮力，
因此，会增加船舶的颠簸，影响船舶的舒适性。
技术实现要素：5.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种取水泵船船体平衡装置及其方法，在船体出现横倾、纵倾或横倾+纵倾的情况时，均能有效调整船体的状态，使船舶保持平衡，从而减少船舶的颠簸，提高船舶的平稳性。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
7.本发明的一种取水泵船船体平衡装置，其特征在于，包括船体，设置在船体上的动力装置、检测装置和控制系统；
8.所述的船体，还设置两段导轨，分别放置在船体底部的横向中心线和纵向中心线上。
9.所述的动力装置，用于为船舶平衡提供动力，包括电动机、液压缸、导轨小车；
10.所述的检测装置，包括两轴倾角传感器和水深传感器，用于将船舶的状态转化成有关参数：横滚角、俯仰角和船舶的吃水深度，并将这些参数传递给控制系统；
11.所述的控制系统，包括设置在船体上方的主控设备，用于检测船舶是否平衡、并控制动力装置使船舶始终处于平衡状态；通过分析两轴倾角传感器和水深传感器传递的数据来判断船舶是否处于平衡状态，并且处理这些数据来控制动力装置使船舶保持平衡；主控设备的显示屏可显示检测装置传递的参数，也可设置相关参数。
12.进一步的，包括两个所述的动力装置，分别设置在轮船底部的两个导轨上；所述的导轨小车可沿导轨移动，从而调整其位置。
13.进一步的，所述的检测装置，其两轴倾角传感器安装在船体的中心，用于检测轮船的俯仰角和横滚角；水深传感器安装在船体的四周，用于辅助计算螺旋桨对船舶产生的影响，同时检测轮船四周的吃水深度；控制系统通过分析吃水深度来判断两轴倾角传感器的参数是否可靠。
14.进一步的，所述的动力装置中，伺服电动机使用联轴器与螺旋桨相连，另一侧使用螺栓与液压缸相连，液压缸可以根据实际情况对螺旋桨的深度进行调整；液压缸通过螺栓固定在导轨小车的底板上。
15.进一步的，所述的导轨小车用于移动螺旋桨，包括四个滚轮、底座、直流伺服电动机；四个滚轮分别安装装在导轨两侧，底板安装在滚轮上面，直流伺服电动机通过螺栓固定在底板上；直流伺服电动机通过一对啮合的齿轮来控制滚轮的移动速度。
16.进一步的，所述的导轨小车和螺旋桨，在取水泵船发生以下三种倾斜情况时的移动和工作情况分别是：一是沿船体宽度方向的倾斜即横倾时，位于纵向中心线上的导轨小车需要移动指定位置；若导轨小车位于轮船倾斜的同侧，可调整螺旋桨使船舶保持平衡；若导轨小车的位置在轮船倾斜侧的另一侧，则通过改变螺旋桨的旋向，为船舶提供一个向下的拉力，使船舶保持平衡；二是沿船体长度方向上的倾斜即纵倾时，其调节方式与第一种相同；三是船舶处于任意状态即同时横倾和纵倾时，则需要移动两个导轨上的导轨小车到指定位置，协调控制两个螺旋桨旋向，使船舶平衡。
17.本发明的一种取水泵船船体平衡方法，采用上述的平衡装置，设定船体的俯仰角α、横滚角β、吃水深度d，规定沿船体宽度方向为ox轴，沿船体长度方向为oy轴；其方法包括
以下步骤：
18.步骤1.将俯仰角α、横滚角β和吃水深度d的可允许偏差参数输入主控设备，作为判断船舶是否发生倾斜的标准；
19.步骤2.当船舶发生横倾时，即ox轴发生了倾斜，oy轴无变化，检测装置的两轴倾角传感器和水深传感器向控制系统提供参数；
20.步骤3.控制系统通过对检测装置提供的参数与标准参数进行比较：当俯仰角α不变，横倾角β改变；船舶左右两侧的吃水深度d不同但是同侧吃水深度d却相同，则判断船舶正处于横倾状态；控制系统通过相关优化算法，得出动力装置需要在ox轴上移动距离d并且螺旋桨需要提供推力f形成的力矩m使船体平衡的效果最好，因此控制系统向导轨小车发出移动信号；
21.步骤4.在ox轴上的导轨小车接收到控制系统的信号，开始执行命令，当导轨小车移动到了指定位置后，向控制系统发出完成信号，控制系统接收完成信号；
22.步骤5.控制系统向螺旋桨发出工作信号，螺旋桨按照控制系统提供的功率p进行工作；
23.步骤6.两轴倾角传感器和水深传感器继续为控制系统提供参数，控制系统对参数进行比较，包括以下两种情况：
24.情况一、参数在误差范围之内，控制系统向动力装置发出信号，螺旋桨停止工作，导轨小车回归原位；
25.情况二、参数不在误差范围之内，则继续进行步骤5；检测装置继续进行检测并向控制系统提供参数，使船体完成平衡。
26.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
27.1.本发明采用可移动式螺旋桨，利用导轨小车进行移动，根据力矩公式，只要增加力到支点的距离，即增加螺旋桨到支点的距离，就可以采用较小的螺旋桨功率达到平衡船舶的效果。
28.2.本发明的螺旋桨可以通过液压缸来调整自己在水中的深度，使得船舶的行驶范围更加广泛。
29.3.本发明充分考虑轮船纵倾对船舶平衡的影响，若船舶纵倾，可以通过纵轴上的动力装置进行平衡，当船舶处于任意状态时(纵倾+横倾)，则可以通过两个动力装置的配合，可以保证船体的横滚角和俯仰角在可允许的误差内，使船舶保持平衡。
30.4.本发明采用了检测装置，可以通过分析检测装置反馈的数据，对整个系统进行有效的调整，使得对船舶平衡的控制更加准确。
31.5.本发明使用主控设备可以更加合理的使各部件之间工作更加协调，减少了由于系统控制问题带来的误差。
附图说明
32.图1为本发明的一种取水泵船船体平衡装置的结构俯视示意图。
33.图2是图1的主视图。
34.图3为本发明的一种实施例的动力装置结构示意图。
35.图4为本发明的一种实施例的导轨小车结构示意图，其中，图4a是侧视图，图4b是
主视图。
36.图5为本发明的一种实施例的主控设备示意图。
37.图6为本发明的一种实施例的检测装置框图。
38.其中，水深传感器1，两轴倾角传感器2，主控设备3，导轨4，动力装置5，螺旋桨6，联轴器7，伺服电动机8，液压缸9，螺栓10，导轨小车11，直流伺服电动机12，底板13，滚轮14，从动轮15，主动轮16。
具体实施方式
39.本发明提供一种取水泵船船体平衡装置，包括船体，设置在船体上的动力装置、检测装置和控制系统。
40.船体底部的横向中心线和纵向中心线上分别设置一段导轨，相互呈l型。所述的动力装置用来为船舶平衡提供动力，包括螺旋桨、电动机、液压缸、导轨小车；动力装置有两个，分别在放置在两段导轨上；所述的导轨小车可在各自的导轨上移动，从而调整其位置。轮船发生倾斜的情况，通常有三种，一种是沿船体宽度方向的倾斜(横倾)，可以通过调整位于纵向中心线上的小车，到达指定位置，若小车的位置在轮船倾斜的同侧，可以调整螺旋桨使船舶保持平衡，若小车的位置在轮船倾斜的另一侧，则可以通过改变螺旋桨的旋向，为船舶提供一个向下的拉力，使船舶保持平衡；第二种则是沿船体长度方向上的倾斜(纵倾)，这种调节方式与第一种是一样的；在实际情况中，船舶更多的则是处于任意状态(横倾+纵倾)，则需要两个导轨小车到指定位置，两个动力装置协调工作，使船舶平衡；
41.所述的检测装置用来将船舶所处的状态转化成相关参数(横滚角、俯仰角和船舶的吃水深度等)并将这些参数传递给控制系统，包括两轴倾角传感器和水深传感器。两轴倾角传感器安装在船体的中心，采用电容微型摆锤原理，主要用来检测轮船的俯仰角和横滚角；水深传感器安装在船体的四周，可以用来辅助计算螺旋桨对船舶产生的影响，同时还可以检测轮船四周的吃水深度，控制系统可以通过分析吃水深度来判断两轴倾角传感器的参数是否可靠，增加了检测装置提供的参数的可靠性；
42.所述的控制系统用来检测船舶是否平衡和控制动力装置使船舶始终处于平衡状态，包括主控设备，放置在船体上方；通过分析两轴倾角传感器和水深传感器传递的数据来判断船舶是否处于平衡状态，并且处理这些数据来控制动力装置使船舶保持平衡；主控设备上的显示屏可以显示检测装置传递的参数，也可以通过主控设备上来设置相关参数；
43.在所述的动力装置中，电动机通过联轴器与螺旋桨相连，另一侧通过螺栓与液压缸推杆相连，液压缸可以根据实际情况对螺旋桨的深度进行调整；液压缸通过螺栓固定在导轨小车的底板上，因此，螺旋桨可以通过导轨小车来调整位置。
44.所述导轨小车，包括导轨、滚轮、底座、直流伺服电动机。包括四个滚轮，分别安装在导轨两侧，底板安装在滚轮上面，直流伺服电动机通过螺栓固定在底板上；直流伺服电动机通过一对啮合的齿轮来控制滚轮的移动速度。
45.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
46.如图1、图2所示，本发明的一种取水泵船船体平衡装置，包括船体，设置在船体上的动力装置、检测装置和控制系统；水深传感器1、两轴倾角传感器2、主控设备3、导轨4、动力装置5。水深传感器1安装在船体的四周，用来检测轮船四周的吃水深度；两轴倾角传感器
2安装在轮船的中心，用来检测轮船的横滚角和俯仰角；主控设备3用来处理水深传感器1和两轴倾角传感器2传递的数据，通过分析和处理数据为动力装置提供合适的数据，使船舶保持平衡；导轨4上钻了阶梯孔，用来安装螺栓，将导轨固定在船体上；动力装置5则用来阻止船舶倾斜。
47.如图3所示，本发明的动力装置包括螺旋桨6、联轴器7、伺服电动机8、液压缸9、螺栓10、导轨小车11。伺服电动机7通过齿轮传动与螺旋桨6相连，控制系统可以控制伺服电动机8的转速，从而达到控制螺旋桨6的目的；液压缸8的推杆与伺服电动机相连，液压缸 8根据实际使用过程中的需要改变螺旋桨6在水中的深度；液压缸8通过螺栓9固定在导轨小车11上；导轨小车11用来移动螺旋桨6的位置，可以增加螺旋桨6到支点的距离，从而增大力矩。
48.如图4a、图4b所示，本发明的导轨小车包括直流伺服电动机12、底板13和滚轮14。滚轮14与导轨4配合，并且滚轮14支撑着底座13；直流伺服电动机12有两个，通过主动轮16和从动轮15驱动图4b中右侧的两个轮，同时，控制系统可以通过控制直流伺服电动机 12来控制动力装置5的移动速度。
49.如图5所示，主控设备3安装船舶上，用来处理检测装置传输的数据和控制动力装置5。包括一个开关，一块触摸屏和多个常用的控制按钮，通过线路与动力装置5和检测装置相连；主控设备可以分析、判断检测装置传递过来的数据，并且依据处理过的数据来控制动力装置，使船舶始终保持平衡。
50.如图6所示，检测装置主要用来检测船舶的平衡状态，并转化成相关数据；plc控制层可以向动力装置发出相关指令，动力装置也可以向plc控制层反馈自己的工作状态，以便下一个动作的运行；plc控制层将检测装置提供的相关参数和动力装置的相关参数通过显示器监控层(主控设备3)显示出来，并且可以统过主控设备进行人机交互，直接控制动力装置进行相关操作。
51.本发明的一种取水泵船船体平衡方法，采用上述装置，涉及以下参数：俯仰角α、横滚角β、吃水深度d。现以使船舶发生横倾为例，并且规定沿船体宽度方向为ox轴，沿船体长度方向为oy轴。包括以下步骤：
52.步骤1.将俯仰角α、横滚角β和吃水深度d的可允许偏差参数输入主控设备3，作为判断船舶是否发生倾斜的标准；
53.步骤2.当船舶发生了横倾(ox轴发生了倾斜，oy轴无变化)，两轴倾角传感器2和水深传感器1将船舶倾斜状况转化成参数α、β、d，并且将参数α、β、d传递到控制系统当中；
54.步骤3.控制系统通过两轴倾角传感器2和水深传感器1提供的参数α、β、d进行处理，并与参数的可允许偏差量进行比较：俯仰角α在允许偏差范围内，横倾角β不在允许的偏差范围内并且船舶左右两侧的吃水深度d不同但是同侧吃水深度d却相同，因此，判断船舶正处于横倾状态；控制系统通过相关优化算法，得出动力装置5需要在ox轴上移动距离ι并且螺旋桨需要提供推力f形成的力矩m使船体平衡的效果最好，因此控制系统向导轨小车11 发出沿ox轴移动距离ι的信号；
55.步骤4.在ox轴上的导轨小车11接受到控制系统的信号，开始执行命令，当导轨小车11 移动到了指定位置后，向控制系统发出完成信号；
56.步骤5.控制系统再向控制螺旋桨6的伺服电动机8发出工作信号，伺服电动机8按
照控制系统要求的功率p进行工作；
57.步骤6.两轴倾角传感器2和水深传感器1继续为控制系统提供参数，控制系统对参数进行比较，会有以下两种情况：
58.情况一：参数在误差范围之内，控制系统向动力装置5发出信号，螺旋桨6停止工作，导轨小车11回归原位；
59.情况二：参数不在误差范围之内，则继续进行步骤5。
60.两轴倾角传感器2和水深传感器1继续进行检测并向控制系统提供参数，船体保持平衡状态。