发明专利转让：一种起重船舶平衡系统及其工作方法

【专利名称】一种起重船舶平衡系统及其工作方法

【专利号】2018113883716

【申请日】2018年11月21日

【法律状态】专利权维持

【专利权人】广西南宁胜祺安科技开发有限公司

【专利摘要】本发明提供了一种起重船舶平衡系统及其工作方法，包括船体、平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机及PLC控制系统；所述平衡水槽设在船体两侧的船舷上，所述调谐平衡水箱设在在船体内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱包括主水箱和副水箱，所述升力风扇分别设在船体四周的甲板上，所述甲板上设有两组起重轨道，所述起重轨道上设有自平衡起重机，所述自平衡起重机平衡臂上设有固定配重块和可变配重水箱装置。本发明利用平衡水槽的重力和浮力、调谐平衡水箱的重力以及升力风扇提供船体的平衡力矩，起重机在起重搬运货物时能够自动调节平衡力，整套系统均连接到PLC控制系统中，实现自动化控制，符合新型船舶加工制造要求。

【发明内容】

技术领域

本发明属于起重船舶技术领域，涉及一种起重船舶平衡系统及其工作方法。

背景技术

目前在船舶中存在有中、大型的起重接驳运输船，可以将货物起吊后，运送到停靠在深海中的大型油轮上，该船只可以运用在不完善的港口中。通常的起重接驳运输船在船的两侧设置有轨道起重机用于吊装搬运货物，但是在吊装货物过程中，由于船舶不稳，容易引发起重机重心不平衡，造成倾斜翻倒现象，从而减少起重机的使用寿命；同时，在大批量起吊重物时，船舶重心不稳定，容易造成船舶的侧翻，以及船舶运输航行时摇摆造成货物散落现象发生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种起重船舶平衡系统及其工作方法。系统包括平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机及PLC控制单元；平衡水槽设在船舷两侧，可向两边延伸拓展，加大船体宽度提供向上的浮力，当起吊重物船体倾斜时一边可注入水提供重力进行平衡；调谐平衡水箱可通过调整装水位置，施加重力平衡，同时航行时调整晃动频率，能够自动减摇，避免货物散落；升力风扇可在倾斜端提供向上的升力，防止船舶倾斜；自平衡起重机在起吊时能够自动调整重心平衡，防止起重机倾斜翻倒，整套系统连接到PLC控制单元，实现自动化控制。

本发明的技术方案如下：

一种起重船舶平衡系统，包括船体，还包括平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机及PLC控制系统；所述平衡水槽设有两组，分别设在船体两侧的船舷上，所述平衡水槽包括槽体和液压伸缩臂，所述槽体为顶部开口的U形船结构，所述槽体底部铰接在液压伸缩臂伸出端，所述槽体侧面铰接在翻转液压缸伸出端，所述翻转液压缸缸底端铰接在液压伸缩臂上，所述液压伸缩臂头端铰接在船舷上，所述液压伸缩臂上设有伸展液压缸，所述伸展液压缸伸出端铰接在液压伸缩臂上，所述伸展液压缸缸底端铰接在船舷上；所述调谐平衡水箱设有两组，分别设在在船舱内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱包括主水箱和副水箱，所述主水箱底部设有横向水箱支座，所述水箱支座固定在船舱底部，所述水箱支座两端设有限位块Ⅰ，所述水箱支座上设有滚棍，所述滚棍与主水箱滚动连接，所述主水箱内设有活塞板，所述活塞板把主水箱隔成两部分，所述活塞板两边设有伺服液压缸，所述伺服液压缸穿过主水箱侧壁并分别固定在船舱内两侧，所述主水箱内部上端设有转换水道，所述转换水道两端设有两组转换水阀，所述转换水道侧端设有补水阀，所述主水箱外侧端横向设有两组可调液压阻尼器，所述可调液压阻尼器连接固定在船舱侧端和主水箱外侧端之间，所述主水箱两侧端分别设有低、中、高三组平衡水箱液位传感器；所述副水箱纵向设在主水箱顶部，所述副水箱底部设有两组滑动轨道，所述滑动轨道支撑副水箱固定在主水箱上表面，所述滑动轨道两端设有限位块Ⅱ，所述限位块Ⅱ上固定设有限位开关，所述副水箱底部中间位置固定设有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆端部设有步进电机，所述滚珠丝杆旁设有光栅尺，所述光栅尺与滑动轨道平行固定在主水箱上表面；所述升力风扇设有四组，分别设在船体四周的甲板上，所述升力风扇设有两组横向传动轴，所述横向传动轴两端设有自动变速器，所述横向传动轴中间设有锥形齿轮传动组Ⅰ，所述锥形齿轮传动组Ⅰ与纵向传动轴两端连接，所述纵向传动轴中间设有锥形齿轮传动组Ⅱ，所述锥形齿轮传动组Ⅱ与垂直传动轴上端连接，所述垂直传动轴下端连接到锥形齿轮传动组Ⅲ，所述锥形齿轮传动组Ⅲ由主传动轴输入传动，所述主传动轴连接到船舶动力系统；所述甲板上设有起重轨道，所述自平衡起重机设在所述起重轨道上；所述液压伸缩臂、伸展液压缸、翻转液压缸、伺服液压缸、转换水阀、补水阀、平衡水箱液位传感器、可调液压阻尼器、步进电机及自动变速器均连接到PLC控制系统；所述槽体为顶部开口的U形船方便往水槽中注水，所述翻转液压缸可推动水槽翻转使顶部开口的水槽翻转到水中进行注水，所述伸展液压缸能够调整液压伸缩臂与水平面的角度，使平衡水槽提供重力或者浮力，所述调谐平衡水箱的主水箱通过活塞板挤压改变两侧的水位，所述副水箱可在步进电机的带动下进行前后移动调整改变重心位置，所述主水箱在航行时可随着滚棍进行左右摆动，利用水箱内水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体上，达到减摇的目的，所述升力风扇可根据自动变速器调整提供升力的大小，所述自平衡起重机在夹板上可以沿着起重轨道进行移动作业。

进一步的，所述起重轨道固定在甲板两侧，所述起重轨道呈“工”字型，并且顶部形成圆弧结构，所述起重轨道底部设三组起重轨道压力传感器，所述起重轨道两端设有两组起重机位移传感器，所述甲板四周及前后位置设有六组倾角传感器，所述轨道压力传感器、起重机位移传感器及倾角传感器均连接到PLC控制系统。所述起重轨道呈“工”字型可以方便移动连接装置扣接，所述起重轨道压力传感器检测轨道受到的压力，提前预判起重机是否会出现倾覆并反馈进行调整，所述起重机位移传感器可以检测起重机施加到船体上的受力位置，所述倾角传感器可以检测到船体的倾斜角度，及时反馈到PLC控制系统进行调整，避免船体倾翻。

进一步的，所述自平衡起重机包括起重机架、吊臂和平衡臂，所述起重机架底部设有四组移动装置，所述起重机架顶部设有旋转工作台，所述旋转工作台上固定设有操作仓，所述旋转工作台上设有起重机回转角度传感器，所述吊臂固定在旋转工作台上，所述吊臂上设有起吊小车，所述起吊小车与吊臂滑动连接，述起吊小车上设有起重重量传感器，所述吊臂尾部设有起吊小车位移传感器；所述平衡臂固定在旋转工作台上，所述平衡臂与吊臂对应形成一条直线并对接在一起，所述平衡臂上设有固定配重块和可变配重水箱装置，所述可变配重水箱装置设在固定配重块右侧，所述可变配重水箱装置包括多组水箱、配重水箱调节泵和配重水箱补水泵，所述多组水箱至少设有两组，所述多组水箱顶部设有配重水箱进水阀，所述多组水箱底部设有配重水箱出水阀，所述多组水箱顶部设有配重水箱液位传感器，所述配重水箱出水阀连接到回流管，所述回流管上设有配重水箱调节泵 ，所述回流管连接到配重水箱进水阀，所述回流管连接到配重水箱排水阀，所述配重水箱补水泵上设有配重水箱补水管，所述配重水箱补水管一端连接到配重水箱补水阀另一端连接到水域中，所述配重水箱补水阀出口与回流管连接；所述起吊小车位移传感器、起重重量传感器、起重机回转角度传感器、配重水箱进水阀、配重水箱出水阀、配重水箱排水阀、配重水箱液位传感器、配重水箱补水阀、 配重水箱调节泵 及配重水箱补水泵均连接到PLC控制系统。所述起吊小车上设有起重重量传感器可以检测起吊货物的重量，所述起吊小车位移传感器可以检测到起吊货物搬运过程中重心改变位置，所述可变配重水箱装置可以通过改变对不同水箱注水改变其重心位置和提供的重力达到平衡状态。

进一步的，所述移动装置为底部设有缺口正方形结构，所述移动装置缺口位置与“工”型起重轨道中部位置对应，并且设有滚棍，所述滚棍同时与移动装置及起重轨道滚动连接，所述移动装置内设有内凹的滚轮，所述滚轮与起重轨道顶部滚动连接，所述滚轮连接有起重机移动电机，所述起重机移动电机连接到PLC控制系统。所述移动装置可通过缺口结构滑动扣接到起重轨道上防止侧翻，所述滚棍可减少摩擦阻力，使移动装置移动更加顺畅，所述滚轮设计成内凹结构是移动装置轨道接触面积增大，可以使起重机施加到导轨上的力更加均匀，延长轨道使用寿命，同时具有防侧翻作用。

本发明的运行方法包括以下步骤：

1）起吊货物前，PLC控制系统启动自检程序，检测数据采集端、执行工作端信号正常，进入工作准备状态；

2）起吊较轻货物时，船体两侧的液压伸缩臂顶出带动槽体下降到水面，下降的同时，伸展液压缸支撑液压伸缩臂向两边扩展，此时两侧的槽体提供向上的浮力，使船体在水面上保持稳定，不会出现倾斜；自平衡起重机转动吊臂到需要起吊的货物上方，起吊小车加载货物，起重重量传感器检测出货物重量，起吊小车位移传感器检测出力臂，起重机回转角度传感器检测转动的角度位置并反馈到PLC控制系统计算得出力矩平衡参数，PLC控制系统控制平衡臂上的可变配重水箱装置工作，启动配重水箱调节泵调节多组水箱内的水量以及选择需要注水的箱体，配重水箱液位传感器检测出水量达到要求后反馈信号到PLC控制系统停止调节，此时利用重心到平衡支点距离的变化和重力变化量调节到平衡状态，同时起重机架底部的移动装置由于与工”型起重轨道相扣滚动连接在一起，确保了自平衡起重机不会出现脱轨翻车；

3）起吊较重货物时，系统执行步骤2）工作流程后，自平衡起重机工作达到初步平衡状态，但由于加载重物，船舶受到起重外力矩的作用出现倾斜，甲板上的起重轨道压力传感器检测出施加的外力，起重机位移传感器检测出施加外力的距离，倾角传感器检测出船舶倾斜角度并反馈到PLC控制系统, PLC控制系统计算出反方向补偿回复力矩后，倾斜反方向侧翻转液压缸动作带动槽体向下翻转使槽体中装入水，槽体装满水后翻转液压缸带动槽体回正，伸展液压缸顶出，使槽体离开水面，此时槽体中装满水提供向下的反倾斜重力拉动船舶回正；同时调谐平衡水箱上主水箱两端可调液压阻尼器变大，使主水箱无法左右移动，倾斜反方向端的伺服液压缸动作，顶着活塞板向倾斜方向移动，转换水道上的转换水阀打开，主水箱内倾斜侧的水通过转换水道流到倾斜反方向侧后关闭转换水阀，倾斜侧伺服液压缸顶着活塞板向倾斜反方向侧压缩，主水箱侧面上的平衡水箱液位传感器检测到高液位信号后停止压缩，此时主水箱内的水储存到倾斜反方向侧，并向下提供反倾斜重力压着船舶回正；同时设在船体甲板上倾斜方向侧的升力风扇通过主传动轴的多级传动，从船舶动力系统输出的动力传动进自动变速器，PLC控制系统控制倾斜方向侧连接自动变速器的升力风扇高速转动，提供向上使船舶回正的升力；

4）船舶运输航行时，调谐平衡水箱上主水箱两端的可调液压阻尼器变小，主水箱两侧水位一致，船舶航行左右摇动时主水箱随着船舶上的横向水箱支座上的滚棍左右摇动，主水箱内的水晃动对侧壁的产生的动压力反馈作用的船体上，起到抑制左右摇动目的，摆动时甲板上的倾角传感器检测出船舶摆动频率，PLC控制系统计算出调谐频率，控制可调液压阻尼器和伺服液压缸调整主水箱摆动频率和水晃动频率，同时步进电机正反转控制副水箱沿着滑动轨道前后移动频率，光栅尺实时反馈副水箱移动位置，实现抑制船舶运输航行时前后左右晃动的目的。

与现有技术相比，本发明的优点：

1.本发明起重搬运重物时，船舶能够自动调整倾斜现象，利用平衡水槽重力、浮力，平衡水箱重力以及风扇升力同时作用，使船舶快速达到平衡状态，避免侧翻，自动化程度、工作效率更高。

2.本发明使用的起重机能够自动调节平衡，根据起重重量、力矩，自动调节平衡配重水箱，同时移动装置与轨道采用扣接滚动方式连接，防止起重机出现侧翻现象，延长起重机的使用寿命。

3.本发明的升力风扇动力系统与船舶动力系统共用一套系统，通过齿轮组传输动力，自动调节升力，节约能耗。

4.本发明配备的调谐平衡水箱既能在船舶起重重物倾斜时提供反向重力，又能在船舶运行时抑制船舶晃动，使船舶运行更加稳定；同时平衡水槽伸展可增加船体宽度，进一步增加船舶的稳定性，起重重物倾斜时也可提供反向重力使用，设计巧妙合理。

【附图】

【合作方式】专利权转让

【价格】面议