一种用于海洋工程的稳定补偿平台

1.本发明涉及稳定平台技术领域，具体为一种用于海洋工程的稳定补偿平台。


背景技术：

2.在海洋工程作业中，海工船在海浪激励下产生垂荡、横荡、纵荡、首摇、横摇、纵摇六个方向频率较低幅度较大的摇摆，如图1；同时船体在海风和其他设备如发动机等影响下也产生频率较高幅度较小的振动；稳定补偿平台是船上重要设备常用的一种防摇减振装置，如起重船上安装的起重机，为减少海浪激励对吊重的摇摆影响，需要加装稳定补偿平台；军舰上安装的雷达需要稳定的工作环境，同样也需稳定补偿平台保护；
3.传统的方案是采用纯主动六自由度补偿平台或简单的缓冲阻尼装置，如图2是一种海工船常用的六自由度(纯)主动补偿平台，类似stewart平台结构，6个油缸活塞杆以“长边连短边”的方式支撑起上平台(动平台)，可以补偿全部6个自由度的摇摆，此种稳定补偿平台方案，由于负载完全由6个油缸活塞杆撑起，而如起重机等重量十分巨大，补偿需要耗能很大，其次需要较大功率的液压驱动设备，将增加成本；工作过程中，面对海浪海风及其他运动部件的激励，船体难免产生振动，上述方案也不能应对振动补偿；并且对于采用简单的缓冲阻尼装置的方案，其不能很好地隔离振动也不能补偿海浪激励；
4.鉴于此，我们设计了对现有的补偿平台做出改进，以满足海洋工程作业使用的需要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种稳定补偿平台，以解决海洋工程作业中，传统方案耗能大，成本高，且不能隔离船体振动的问题，具体为一种用于海洋工程的稳定补偿平台。
6.实现上述目的本发明的技术方案为，一种用于海洋工程的稳定补偿平台，包括被动惯容减振机构、设置于被动惯容减振机构上方的主动液压补偿平台、设置于主动液压补偿平台上方中间位置的转盘、与转盘连接的旋转驱动机构，所述主动液压补偿平台上方且位于转盘下方还设有姿态传感器，所述姿态传感器、被动惯容减振机构、主动液压补偿平台、旋转驱动机构与主动芯片连接；所述转盘上安装海洋工程设备。
7.对本技术方案的进一步补充，所述被动惯容减振机构包括基座、设置于基座上方且位于其外圆周的多个流体惯容器、设置于流体惯容器上且与其连接的弹簧、设置于基座中心位置的限位缓冲机构、设置于流体惯容器、限位缓冲机构上方的中平台，所述流体惯容器的下端与基座通过万向节连接且其上端通过球铰链与中平台连接，所述限位缓冲机构的下端与基座通过万向节连接且其上端通过球铰链与中平台连接。
8.对本技术方案的进一步补充，所述流体惯容器设有6个，6个所述流体惯容器对称设置于基座的左右两侧。
9.对本技术方案的进一步补充，所述限位缓冲机构包括限位惯容气缸、与限位惯容气缸连接的限位惯容杆，限位惯容气缸的下端与基座通过万向节连接且限位惯容杆上端通
过球铰链与中平台连接。
10.对本技术方案的进一步补充，所述主动液压补偿平台包括平均分布于中平台上的多个液压升降机构、设置于中平台上方中心位置的支撑柱、设置于液压升降机构、支撑柱上方的上平台，所述转盘设置于上平台上方，所述液压升降机构的上端通过万向节与上平台连接且其下端通过万向节与中平台连接，所述支撑柱的下端与中平台固定连接且其上端与上平台通过万向节连接，所述姿态传感器设置于上平台上。
11.对本技术方案的进一步补充，所述液压升降机构设有四个且平均分布于中平台上。
12.对本技术方案的进一步补充，所述液压升降机构(21)包括液压油缸(211)、与液压油缸(211)连接的油缸活塞杆(212)、设置于液压油缸(211)下方的惯容器(213)；所述油缸活塞杆(212)通过万向节与上平台(23)连接，所述惯容器(213)的下端通过万向节与中平台的上表面连接。
13.对本技术方案的进一步补充，所述旋转驱动机构内置于转盘内。
14.其有益效果在于，采取了六自由度的被动惯容减振机构，能减小全部方向的高频低幅度振动，与主动液压补偿平台结合，能补偿海浪引起横摇、首摇、纵摇三个方向的摇摆，并且增加了支撑柱可支撑大部分重量，减少能耗，进一步降低了液压升降机构所需功率。
附图说明
15.图1是海工船工况下受力图；
16.图2是现有技术结构示意图；
17.图3是本发明的第一角度结构示意图；
18.图4是本发明的第二角度结构示意图；
19.图5是本发明中主动补偿部分的液压原理图。
20.图中，1、被动惯容减振机构；11、基座；12、流体惯容器；13、弹簧；14、限位缓冲机构；141、限位惯容气缸；142、限位惯容杆；15、中平台；2、主动液压补偿平台；21、液压升降机构；211、液压油缸；212、油缸活塞杆；213、惯容器；22、支撑柱；23、上平台；3、转盘。
具体实施方式
21.首先说明本发明的设计初衷，由于现有的补偿平台在运用于海洋工程中时，虽然能够补偿6个自由度的摇摆，但是由于负载完全由6个油缸活塞杆撑起，而如起重机等重量十分巨大，补偿需要耗能很大，其次需要较大功率的液压驱动设备，将增加成本，使用效果不佳，基于此我们设计了一种通过主动及被动复合的稳定补偿平台，采取了六自由度的被动惯容减振机构，能减小全部方向的高频低幅度振动，与主动液压补偿平台2结合，能补偿海浪引起横摇、首摇、纵摇三个方向的摇摆。
22.本发明不同于现有技术(图2)的是，在现有技术(图2)基础上增加了被动惯容减振机构，并且对主动液压补偿平台2的结构做出了设计改进创新；由于船的摇摆中横摇、首摇、纵摇、垂荡四个方向的摇摆是最大的，另其中垂荡的影响容易通过传统方式补偿而无需平台重复补偿，另外两个方向的摇摆较小，通过被动惯容减振机构即可消减影响无需中间的支撑柱22提供主要支撑力，液压升降机构21只需要调整姿态的驱动力而不需要托起整个负
载，支撑柱22能够可支撑大部分重量，减少能耗，能够进一步降低液压升降机构21的使用功率，本技术方案通过被动惯容减振机构1与主动液压补偿平台2结合，能够实现减振补偿一体功能。
23.为了便于本领域技术人员对本技术方案更加清楚，下面将结合附图3-5说明上述各个机构的具体结构和原理：
24.如图3-5所示,一种用于海洋工程的稳定补偿平台，包括被动惯容减振机构1、设置于被动惯容减振机构1上方的主动液压补偿平台2、设置于主动液压补偿平台2上方中间位置的转盘3、与转盘3连接的旋转驱动机构(未图示)，为了进一步节省空间且方便操控转盘3工作，旋转驱动机构内置于转盘3内，详细地，旋转驱动机构采用电机驱动；主动液压补偿平台2上方且位于转盘3下方还设有姿态传感器(未图示)，可检测上平台23所处姿态，姿态传感器、被动惯容减振机构1、主动液压补偿平台2、旋转驱动机构与主动芯片连接；主动芯片能够监控姿态传感器、被动惯容减振机构1、主动液压补偿平台2、旋转驱动机构的工作状态以及控制其工作；将海洋工程设备(例如起重机等)安装在转盘3上，工作时，被动惯容减振机构1可减全部六个方向的振动，主动液压补偿平台2能补偿船体的横摇、首摇、纵摇三个方向的摇摆，实现减振补偿一体功能。
25.下面将对被动惯容减振机构1的结构做详细地阐述，其包括基座11、设置于基座11上方且位于其外圆周的多个流体惯容器12、设置于流体惯容器12上且与其连接的弹簧13、设置于基座11中心位置的限位缓冲机构14、设置于流体惯容器12、限位缓冲机构14上方的中平台15，流体惯容器12的下端与基座11通过万向节连接且其上端通过球铰链与中平台15连接，限位缓冲机构14的下端与基座11通过万向节连接且其上端通过球铰链与中平台15连接；
26.如图1所示，其中，流体惯容器12沿着从上至下的方向向外侧倾斜，详细地，流体惯容器12与基座11的铰接点位于基座的周向边沿位置，且沿着基座11的周向方向间隔布置，流体惯容器与中平台15的铰接点位于中平台15的周向边沿位置，且沿着中平台15的周向方向间隔布置，流体惯容器与中平台15的铰接点和流体惯容器15与基座11的铰接点相比位置分布不同；使得流体惯容器在竖直方向和水平方向上倾斜且各流体惯容器倾斜方向不同。
27.作为一种优选的实施例，设置流体惯容器12数量为6个，6个流体惯容器12对称设置于基座11的左右两侧，6个流体惯容器12与弹簧13结合替代现有的6个主动杆，使用效果更佳。
28.其中，限位缓冲机构14包括限位惯容气缸141、与限位惯容气缸141连接的限位惯容杆142，限位惯容气缸141的下端与基座11通过万向节连接且限位惯容杆142上端通过球铰链与中平台15连接，能够进一步实现限位缓冲减压的功能。
29.下面将对主动液压补偿平台2的结构做详细地阐述，其包括平均分布于中平台15上的多个液压升降机构21、设置于中平台15上方中心位置的支撑柱22、设置于液压升降机构21、支撑柱22上方的上平台23，转盘3设置于上平台23上方，液压升降机构21的上端通过万向节与上平台23连接且其下端通过万向节与中平台15连接，支撑柱22的下端与中平台15固定连接且其上端与上平台23通过万向节连接，姿态传感器设置于上平台23上，液压升降机构21包括液压油缸211、与液压油缸211连接的油缸活塞杆212、设置于液压油缸下方的惯容器213；所述油缸活塞杆212通过万向节与上平台23连接，所述惯容器213的下端通过万向
节与中平台15的上表面连接。
30.作为一种优选地实施例，液压升降机构21设有四个且平均分布于中平台15上，采用4个液压升降机构21替代现有技术的6个液压升降机构21，与被动惯容减振机构1复合稳定补偿效果佳。
31.优选地，基座11的形状尺寸大于中平台15的形状尺寸，上平台23的形状尺寸大于中平台15的形状尺寸，有利于降低本补偿平台的中心，提高了补偿平台的稳定性和承重能力；进一步地，基座的形状为左右对称设置的六边形板，中平台15的形状与基座形状相同且其尺寸小于基座11的尺寸，基座11与中平台15不是按照偏移的位置放置，其上边及下边反向安装放置，限位缓冲机构14、支撑柱22设置于基座11、中平台15的重心位置；上平台23的结构设计为方形，支撑柱22的上端设置于上平台的重心位置，并且上平台23的尺寸设计与中平台15的尺寸设计使得液压升降机构21呈竖直放置且分别与上平台23、中平台15连接。
32.如图5所示，主动液压补偿平台的工作原理为：首先安装在上平台上的姿态传感器检测到上平台的姿态变化，将检测数据输送至主控芯片，控制系统计算四个液压油缸(缸a1、缸a2、缸a3和缸a4)所需补偿的位移量，控制四个电动液压泵(电动液压泵m1、电动液压泵m2、电动液压泵m3和电动液压泵m4)供油，以及四个三位四通电磁阀(电磁阀v1、电磁阀v2、电磁阀v3和电磁阀v4)的电磁铁(电磁铁k10和电磁铁k11、电磁铁k20和电磁铁k21、电磁铁k30和电磁铁k31以及电磁铁k40和电磁铁k41)的正反向供电的时间，驱动四个液压油缸，分别为油缸a1、油缸a2、油缸a3和油缸a4的油缸活塞杆运动；四个油缸(油缸a1、油缸a2、油缸a3和油缸a4)驱使平台改变姿态，从而实现了平台在横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及在该方向上的叠加运动的补偿。
33.下面将系统的说明本发明的整体工作原理：本发明的主被动复合稳定补偿平台的被动惯容减振机构1部分无需主动操作，当振动激励时，中平台15与基座11产生未知方向相对运动趋势，全部六个方向的相对运动趋势都会使6个流体惯容器12及弹簧13产生伸缩趋势，其能减少该种运动趋势从而抑制中平台15与基座11之间的各个方向振动，安装在上平台23的姿态传感器随时监测平台姿态传到主控芯片，主控芯片返回的数据驱动4个液压升降机构21升降和驱动转盘3旋转，补偿船体的横摇、首摇、纵摇，使上平台23保持稳定。
34.上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。