一种船舶起重机波浪补偿辅助装置和补偿方法与流程

本发明涉及船舶领域，并且更具体地，涉及一种船舶起重机波浪补偿辅助装置和补偿方法。

背景技术：

海洋船舶起重机是一种海洋工程建设和海上能源开发的重要大型机械装备。并且，随着海洋作业的日益发达和繁荣，海上船舶起重机的使用环境也变得愈加恶劣。由于风浪的影响，海上作业的船舶会随着海浪进行无规律的摇摆，严重影响了船舶起重机海上作业效率并存在较大的安全隐患。因此，必须对船舶起重机进行波浪补偿，以提高海上吊装作业的工作效率和安全系数。

然而，目前大多数波浪补偿装置主要侧重于垂荡方向的主动波浪补偿控制，无法补偿在精确定位需求下船舶由于横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊钢丝绳带来的耦合影响。

技术实现要素：

针对上述解决的技术问题，本发明的目的是提供一种船舶起重机波浪补偿辅助装置和补偿方法。

为了实现上述发明，本发明采用如下技术方案：

一种船舶起重机波浪补偿辅助装置，包括导轨、小车、钢丝绳卡钩、纵向补偿液压缸、横向补偿液压缸和PLC控制器，其中小车沿导轨运动；纵向补偿液压缸固定在小车上方，纵向补偿液压缸设置有第一活塞杆；第一活塞杆与钢丝绳卡钩连接；横向补偿液压缸设置有第二活塞杆；第二活塞杆与小车连接；纵向补偿液压缸和横向补偿液压缸分别连接到PLC控制器。

进一步地，第二活塞杆与小车采用法兰连接。

进一步地，当进行吊装作业时，钢丝绳卡钩卡在起吊钢丝绳上。

进一步地，纵向补偿液压缸和横向补偿液压缸各自设置有位移传感器。

进一步地，位移传感器通过A/D模块连接到PLC控制器。

进一步地，该装置进一步包括电磁比例方向阀，其中纵向补偿液压缸和横向补偿液压缸分别与各自的电磁比例方向阀连接。

进一步地，该装置进一步包括变量泵，变量泵与电磁比例方向阀连接。

进一步地，电磁比例方向阀通过功率放大器和D/A模块连接到PLC控制器。

一种船舶起重机波浪补偿方法，包括以下步骤：

1)将钢丝绳卡钩卡在准备下放的起吊钢丝绳上；

2)通过船舶姿态传感器测量船舶运动姿态值，将测得的运动姿态值传输给PLC控制器；

3)PLC控制器根据运动姿态值计算出吊装钢丝绳因船舶横摇、纵摇以及横移、纵移运动造成的横向、纵向位移值l₁和l₂，则l₁和l₂的相反值即为补偿值；

4)PLC控制器控制电磁比例方向阀分别以补偿值l₁和l₂的模拟电信号输出相应的流量，以控制横向补偿液压缸和纵向补偿液压缸进行运动，从而补偿船舶由横摇、纵摇以及横移、纵移运动对吊装钢丝绳带来的横向和纵向的耦合影响。

进一步地，该方法进一步包括步骤5)横向补偿液压缸和纵向补偿液压缸各自自身设置的位移传感器实时将两个液压缸的位移值a₁和a₂反馈给PLC控制器，PLC控制器计算出位移偏差error₁和error₂，根据位移偏差分别对两个液压缸进行闭环控制。

由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为：

本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置结构简单，操作方便，能够补偿船舶由于横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊重物带来的耦合影响。

本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置应用在带有垂荡方向主动波浪补偿功能的船舶起重机上时，由于控制精度的需要，起重负载不会过大，并且波浪补偿辅助装置的最大工作半径以及最大补偿位移可以根据液压缸的额定伸长量进行确定。

本发明在船舶起重机吊装货物时，通过船舶姿态传感器测量船舶的横摇、纵摇以及横移、纵移的运动参数并实时传输给PLC控制器，PLC控制器计算出船舶横摇、纵摇以及横移、纵移运动对起吊钢丝绳所造成的横向、纵向偏移值，即为横向、纵向补偿值，并将算出的补偿值由数字信号转换成模拟信号，模拟信号经放大器放大后传输给电磁比例换向阀，电磁比例换向阀根据处理后的模拟控制信号控制两个液压缸的运动，从而实时补偿船舶横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊钢丝绳所带来的耦合影响。

本发明能够在恶劣的海况下安全高效地执行吊装作业，具有精度高、成本低，功能多等优点。

附图说明

图1是本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是本发明的船舶起重机波浪补偿辅助装置中液压系统的示意图；

图4是本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置的控制框图。

附图标记说明

1纵向补偿液压缸、2小车、3导轨、4钢丝绳卡钩、5横向补偿液压缸、6起吊钢丝绳、7第一电磁比例方向阀、8第二电磁比例方向阀、9溢流阀、10变量泵、11电机、12油箱、13第一活塞杆、14第二活塞杆、15法兰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，本发明提供的一种船舶起重机波浪补偿辅助装置，包括导轨3、小车2、钢丝绳卡钩4、纵向补偿液压缸1、横向补偿液压缸5和PLC控制器(图中未示出)，其中小车2沿导轨3运动；纵向补偿液压缸1固定在小车2上方，纵向补偿液压缸1设置有第一活塞杆13；第一活塞杆13与钢丝绳卡钩4连接；横向补偿液压缸5设置有第二活塞杆14；第二活塞杆14与小车2连接；纵向补偿液压缸1和横向补偿液压缸5分别连接到PLC控制器。

在上述技术方案中，第二活塞杆14的前端设置有法兰15，第二活塞杆14与小车2通过该法兰15连接。

在上述技术方案中，当吊装作业时，钢丝绳卡钩4卡在起吊钢丝绳6上(如图2所示)。

再次参照图3-4，在上述技术方案中，纵向补偿液压缸1和横向补偿液压缸5可以分别与对应的第二电磁比例方向阀8和第一电磁比例方向阀7连接，装置进一步包括变量泵10，该变量泵10与第二电磁比例方向阀8和第一电磁比例方向阀7连接。第一和第二电磁比例方向阀7、8分别通过各自的功率放大器以及D/A模块连接到PLC控制器。

在上述技术方案中，如图3所示，变量泵10通过电机11供电，通过油箱12提供流体，同时通过溢流阀9控制泵的压力和流体。

另外，本发明装置中纵向补偿液压缸1和横向补偿液压缸5自身分别设置有位移传感器，如图4所示，两个液压缸各自的位移传感器通过A/D模块连接到PLC控制器。

本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置进行波浪补偿时，首先将钢丝绳卡钩4卡在准备下放的起吊钢丝绳6上，通过船舶姿态传感器测量船舶运动姿态值，将测得的运动姿态值传输给PLC控制器；然后PLC控制器根据运动姿态值计算出吊装钢丝绳因船舶横摇、纵摇以及横移、纵移运动造成的横向、纵向位移值l₁和l₂，则l₁和l₂的相反值即为补偿值；最后PLC控制器控制第一和第二电磁比例方向阀7、8分别以补偿值l₁和l₂的模拟电信号输出相应的流量，分别控制横向补偿液压缸5和纵向补偿液压缸1进行运动，从而补偿船舶由横摇、纵摇以及横移、纵移运动对吊装钢丝绳带来的横向和纵向的耦合影响。

此外，在进行波浪补偿时，横向补偿液压缸5和纵向补偿液压缸1各自自身设置的位移传感器实时将两个液压缸5、1的位移值a₁和a₂反馈给PLC控制器，PLC控制器计算出位移偏差error₁和error₂，根据位移偏差分别对两个液压缸5、1进行闭环控制，从而进一步实时补偿船舶横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊钢丝绳所带来的耦合影响，提高主动波浪补偿的实时性和准确性，确保吊机在进行吊装任务时能够精确定位，平稳有效。

本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置结构简单，操作方便，通过本发明提供的补偿辅助装置和补偿方法，能够实时补偿船舶横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊钢丝绳所带来的耦合影响。

本发明能够在恶劣的海况下安全高效地执行吊装作业，具有精度高、成本低，功能多等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。