波浪补偿仿真模拟装置的制作方法

1.本发明涉及海工船舶技术领域，特别涉及一种波浪补偿仿真模拟装置。


背景技术：

2.在海上作业过程中，在船舶不稳定的情况下，经常会引起待机。例如，因船舶耐波性能、钩头摇摆严重等问题引起的海上作业待机率超过50％，造成工期延误、生产效率降低，从而造成巨额的经济损失。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矫正。波浪补偿技术对于海上补给、海洋钻井、深海探测等方面有着重要的作用。
3.波浪补偿主要有三种方式：被动补偿、主动补偿和复合波浪补偿系统。
4.被动补偿一般用于重载且精度不高的场合，通过补偿钢丝绳的张力,防止由于船舶的上下起伏而导致钢丝绳松弛从而避免或减轻对起重机的冲击或过载。主动补偿使用姿态传感器测量船舶的姿态，再通过几何计算，得出吊钩在升沉方向的移动，从而控制执行机构收放钢丝绳，以抵消由于波浪而引起吊钩的额外运动。主动补偿可以用于任何工况，比被动补偿适应性更强，精度更高。但是处于对安全性和成本的考虑，带波浪补偿功能的船舶起重设备在海洋环境进行各种海况的实验是难以实现的。复合波浪补偿系统综合了被动补偿和主动补偿的优点，但是费用高昂，对操作者要求很高，使用前还需要根据海况作适当的参数控制调整。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种波浪补偿方针模拟装置，能够在方便、经济、安全、可靠的实验室环境下，模拟各种海况对作业的影响，验证波浪补偿算法的可靠性，保证作业过程的安全可靠。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种波浪补偿仿真模拟装置。
7.第一方面，本发明的实施例提供一种波浪补偿仿真模拟装置，包括:
8.固定架，所述固定架包括竖直设置的且间隔设置的两个支架；
9.提升平台，所述提升平台设置与两个所述支架之间，且所述提升平台的两端分别与两个所述之间滑动连接；
10.提升机构，所述提升机构与所述固定架固定连接，所述提升机构与所述提升平台通过第一连接件连接，所述提升机构通过控制所述第一连接件的收放，调整所述提升平台在竖直方向上下移动；
11.起升机构，所述起升机构固定在所述提升平台上，并在所述提升平台上下移动时沿竖直方向移动；
12.试重块，所述试重块与所述起升机构通过第二连接件相连，所述第二连接件通过固定支架的顶端平台作为支撑，且其一端垂下并与所述试重块连接；
13.姿态传感器，所述姿态传感器安装在所述固定架上，用于测量影响所述试重块竖直方向上移动的物理数据，所述物理数据用于表示所述起升机构模拟波浪施加给所述试重
块的力，及所述试重块力产生的位移，及移动速度；
14.控制器，所述控制器与所述姿态传感器、所述提升机构和所述起升机构连接，基于所述物理数据计算出给予所述试重块的补偿量，基于所述补偿量控制所述提升机构，以使所述提升机构通过控制所述第一连接件的收放速度，维持所述试重块在竖直方向上的位置保持不变。
15.优选地，该装置还包括提升缠绕机构，所述提升缠绕包括多个滑轮组件，多个所述滑轮组件固定在所述固定架上，其中一部分所述滑轮组件位于所述提升平台的下方，另一部分所述滑轮组件位于所述提升平台的上方的所述顶端平台，所述第一连接件的中间部分缠绕分别缠绕在所述多个滑轮组件上。
16.优选地，该装置还包括起升缠绕组件，所述起升缠绕组件包括：
17.定滑轮组，所述定滑轮组固定在所述顶端平台；
18.动滑轮组，所述动滑轮组固定在所述顶端平台，并与所述定滑轮组相对设置，所述第二连接件一端与所述起升机构连接，且其中间部分与定滑轮组合动滑轮组缠绕连接。
19.优选地，所述提升机构包括：
20.提升电机，所述提升电机固定在所述固定架上；
21.提升减速器，所述提升减速器与所述提升电机的输出轴连接；
22.两个提升卷筒，两个所述提升卷筒对称设置，并分别与所述提升减速器的卷筒联轴器的两端固定连接，每一个所述提升卷筒上固定一个所述第一连接件。
23.优选地，所述提升减速器的卷筒联轴器为鼓形齿式卷筒联轴器。
24.优选地，所述起升机构包括：
25.起升电机，所述起升电机固定在所述提升平台上；
26.起升减速器，所述起升减速器与所述起升电机的输出轴连接；
27.起升卷筒，所述起升卷筒与所述起升减速器的卷筒联轴器固定连接；
28.所述第二连接件的一端固定在所述起升卷筒上。
29.优选地，所述起升减速器的卷筒联轴器为鼓形齿式卷筒联轴器。
30.优选地，所述起升机构还包括油缸，所述油缸固定在所述顶端平台上，所述油缸与所述第二连接件连接，用于对所述第二连接件的收放进行微调。
31.优选地，所述支架对应所述提升平台的侧面设有竖直导轨，所述提升平台上设有导向装置，所述导向装置的一端与所述竖直导轨匹配。
32.优选地，所述试重块为铁块。
33.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
34.根据本发明实施例的波浪补偿仿真模拟装置，通过设置固定架、提升平台、提升机构、起升机构、试重块和姿态传感器控制器，以及各部件之间的连接关系，可以有效的模仿船舶在海上作业过程中产生的波动，通过模拟各种海况对作业的影响，验证波浪补偿算法的可靠性，保证作业过程的安全可靠，对海洋工程及海上资源的开发具有重要的实际意义。
附图说明
35.图1为本发明一个实施例的波浪补偿方针模拟装置结构示意图；
36.图2为本发明一个实施例的提升机构的结构示意图；
37.图3为本发明一个实施例的起升机构、提升平台和支架安装的结构示意图；
38.图4为本发明一个实施例的提升缠绕机构与钢丝绳缠绕的结构示意图；
39.图5为本发明一个实施例的起升缠绕机构与钢丝绳缠绕的结构示意图。
40.附图标记
41.波浪补偿仿真模拟装置100；
42.固定架10，支架11；
43.提升平台20，导向装置21；
44.提升机构30；提升电机31；提升减速器32；提升卷筒33；第一连接件34；
45.起升机构40；起升电机41；起升减速器42；起升卷筒43；油缸44；第二连接件45；试重块50；
46.提升缠绕机构60，滑轮组件61；
47.起升缠绕机构70；定滑轮组71；动滑轮组72。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.下面结合附图对本技术实施例的波浪补偿仿真模拟装置100。
50.如图1至图5所示，本发明实施例的波浪补偿仿真模拟装置100，包括：固定架10、提升平台20、提升机构30、起升机构40、试重块50、姿态传感器(未图示)和控制器(未图示)。
51.具体地，固定架10包括竖直设置的且间隔设置的两个支架11，提升平台20设置与两个支架11之间，且提升平台20的两端分别与两个之间滑动连接，提升机构30与固定架10固定连接，提升机构30与提升平台20通过第一连接件34连接，提升机构30通过控制第一连接件34的收放，调整提升平台20在竖直方向上下移动，起升机构40固定在提升平台20上，并在提升平台20上下移动时沿竖直方向移动，试重块50与起升机构40通过第二连接件45相连，第二连接件45通过固定支架11的顶端平台作为支撑，且其一端垂下并与试重块50连接，姿态传感器安装在固定架10上，用于测量影响试重块50竖直方向上移动的物理数据，物理数据用于表示波浪施加给试重块50的，能够使试重块50在竖直方向上移动的力的大小，控制器与姿态传感器、提升机构30和起升机构40连接，基于物理数据计算出给予试重块50的补偿量，基于补偿量控制提升机构30和起升结构，以使提升机构30通过控制第一连接件34的收放速度，起升机构40通过控制第二连接件45的收放速度，维持试重块50在竖直方向上的位置保持不变。
52.也就是说，在实验时，固定架10可以通过螺栓固定在实验室地面上。提升机构30通过控制第一连接件34，例如钢丝绳，通过控制钢丝绳的收放控制提升平台20延两侧支架11上下移动，进而带动起升机构40上下移动。起升机构40模拟海况对船舶在升沉方向上的影响，并通过控制第二连接件45的收放，使得试重块50在竖直方向上上升和下降，进而模拟海况对作业的影响。在模拟海况作业的过程中，控制器接收由姿态传感器测量试重块50升沉相关的物理数据，例如，通过模拟波浪施加给试重块50的力，以及试重块50在力的作用下移
动的距离，移动速度等。而控制器接收这些物理数据，并计算出若将试重块50保持原先位置，提升机构30需要控制第一连接件34的收放速度，进而通过补偿模拟海况在升沉方向上的影响，使得试重块50保持原先位置。
53.根据本发明实施例的波浪补偿仿真模拟装置100，可以有效的模仿船舶在海上作业过程中产生的波动，通过模拟各种海况对作业的影响，验证波浪补偿算法的可靠性，保证作业过程的安全可靠，对海洋工程及海上资源的开发具有重要的实际意义。
54.在本发明的一个实施例中，如图1和图4所示，装置还包括提升缠绕机构60，提升缠绕包括多个滑轮组件61，多个滑轮组件61固定在固定架10上，其中一部分滑轮组件61位于提升平台20的下方，另一部分滑轮组件61位于提升平台20的上方的顶端平台，多个滑轮组之间可以通过多根钢丝绳(第一连接件34)缠绕。如图4中，钢丝绳的中间部分缠绕分别缠绕在多个滑轮组件61上，钢丝绳的两端分别与提升机构30和提升平台20固定连接，提升机构通过收放钢丝绳，带动提升平台20延支架11竖直方向上滑动。其中，采用滑轮组件61可以省力，且更好的保护钢丝绳。
55.如图1和图5所示，装置还包括起升缠绕机构70，起升缠绕机构70包括定滑轮组71和动滑轮组72，定滑轮组71固定在顶端平台，动滑轮组72固定在顶端平台，并与定滑轮组71相对设置，钢丝绳(第二连接件45)一端与起升机构40连接，且其中间部分与定滑轮组71合动滑轮组72缠绕连接，另一端与试重块50固定连接。起升机构40通过收放钢丝绳从而时钢丝绳在定滑轮组71和动滑轮组72的带动下滑动。采用滑轮组能够增大倍率，减少拉力。
56.如图2所示，提升机构30包括提升电机31、提升减速器32和两个提升卷筒33，提升电机31固定在固定架10上，提升减速器32与提升电机31的输出轴连接，并通过螺栓固定在支架11上。两个提升卷筒33对称设置，并分别与提升减速器32的卷筒联轴器的两端固定连接，每一个提升卷筒33上固定一个第一连接件34。优选地，提升减速器32的卷筒联轴器为鼓形齿式卷筒联轴器。工作时，提升机构30通过螺栓固定在波浪补偿的支架11上，提升电机31通过轴与提升减速器32连接，输出扭矩，通过鼓形齿式卷筒联轴器连接对称位置的两个提升卷筒33，从而控制钢丝绳的收放。
57.如图3所示，起升机构40包括起升电机41、起升减速器42和起升卷筒43，起升电机41固定在提升平台20上，起升减速器42与起升电机41的输出轴连接，起升卷筒43与起升减速器42的卷筒联轴器固定连接，第二连接件45的一端固定在起升卷筒43上。优选地，起升减速器42的卷筒联轴器为鼓形齿式卷筒联轴器。工作时，起升电机41通过轴与起升减速器42连接，输出扭矩，通过鼓形齿式卷筒联轴器连接一个起升卷筒43，通过对钢丝绳的收放控制试重块506在竖直方向的上升和下降来模拟海况对作业的影响。
58.根据本发明的一个实施例，如图1和图5所示，起升机构40还包括油缸44，油缸44固定在顶端平台上，油缸44与第二连接件45连接，用于对第二连接件45的收放进行微调。从而能够使得海况模拟更加精确。
59.根据本发明的一个实施例，支架11对应提升平台20的侧面设有竖直导轨，提升平台20上设有导向装置21，导向装置21的一端与竖直导轨匹配。通过导向装置21与竖直导轨的配合，可以使提升平台20以及起升机构40延支架11的竖直方向移动，更好的给予试重块50在竖直方向上的补偿。提高补偿的精准性。
60.根据本发明的一个实施例，试重块50为铁块，由于铁块较重，不易摇摆，可以更精
准的确定对竖直方向上的波浪补偿。
61.根据本发明实施例的波浪补偿方针模拟装置，能够更精准的模拟海浪在竖直方向上对船舶的影响，进而能够精准的给予波浪补偿，确保船舶保持原位。且能够在方便、经济、安全、可靠的实验室环境下，模拟各种海况对作业的影响，验证波浪补偿算法的可靠性，保证作业过程的安全可靠。
62.除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
63.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。