CN106741707B - 一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统，包括双作用液压缸、平衡块小车、倾角传感器和控制器，双作用液压缸的两端均设有活塞杆，一侧的活塞杆的端部与绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的一侧连接，另一侧的活塞杆端部与另一个绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的另一侧连接，平衡块小车沿位于船舶底舱板的导轨移动。本发明的一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统，通过平衡块小车移动以抵消部分或全部吊重对船体产生的横倾力矩，确保船舶吊装作业时的安全和稳定性能，提升船舶的作业能力，特别是侧吊作业能力。

Description

一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统

技术领域

本发明涉及用于船舶吊装的自动配载平衡系统，属于船舶领域。

背景技术

对于一些沿海航标起吊功能船，一般情况下，当吊机吊装很重物体时，必然对船体产生较大的倾覆力矩。特别是船舶横向吊装即侧吊时，对船舶的安全构成很大的影响，船舶的工作能力受到很大的限制，往往不能满足船舶的作业要求。如何解决这个技术难题，发挥工作船的作用，一直是该功能船技术设计关键问题之一。

为了避免船舶在侧吊时发生翻沉事故，中国实用新型专利CN 202863733 U提供了一种小型工作船舶移动配载系统，该小型工作船舶移动配载系统，由移动配载机构和自动控制系统组成，移动配载机构由配重小车，配重小车运行轨道和配重小车驱动装置组成，配重小车的驱动装置由电动机、减速器、驱动齿轮、齿条轨道组成，配重小车运行轨道和齿条轨道分别横向水平固装在底舱结构，配重小车的驱动齿轮受减速电机驱动与齿条轨道啮合，驱动配重小车沿小车运行轨道水平往复运动。由于电机驱动的配重小车没有自锁的功能，配重小车会在横向自由的窜动，从而会破坏船舶在非工作状态下的行驶稳定性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统，通过平衡块小车移动以抵消部分或全部吊重对船体产生的横倾力矩，确保船舶吊装作业时的安全和稳定性能，提升船舶的作业能力，特别是侧吊作业能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，包括位于船舶甲板上的双作用液压缸、位于船舶底舱板上的平衡块小车、倾角传感器和控制器，所述双作用液压缸的两端均设有活塞杆，一侧的活塞杆的端部与绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的一侧连接，另一侧的活塞杆端部与另一个绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的另一侧连接，平衡块小车沿位于船舶底舱板的导轨移动，所述倾角传感器位于船舶甲板上，倾角传感器与控制器连接，当倾角传感器检测船舶倾斜时，控制器控制双作用液压缸作用，从而通过绳索带动平衡块小车移动。

作为优选，所述绳索距离调整装置包含第一支架和第二支架，所述第一支架上安装有第一滑轮组，所述第二支架上安装有左槽型导轨和右槽型导轨，在左槽型导轨上安装有左滑块，在右槽型导轨上安装有右滑块，在左滑块和右滑块之间安装有拉力轴和转动轴，所述拉力轴上安装有活塞杆连接头，活塞杆连接头与活塞杆连接，所述转动轴上安装有第二滑轮组，第一滑轮组和第二滑轮组中的滑轮个数相同，绳索一端套在转动轴，另一端交替的缠绕在第一滑轮组和第二滑轮组中，从第二滑轮组中进入到转向滑轮机构中。

作为优选，所述第一滑轮组和第二滑轮组中均包含两个滑轮，第一滑轮组包含为第一滑轮和第二滑轮，第二滑轮组包含第三滑轮和第四滑轮，绳索从第一滑轮进入到第三滑轮，然后进入第二滑轮，最后进入第四滑轮，从第四滑轮中进入到转向滑轮机构中。

作为优选，所述第一滑轮和第二滑轮通过套筒限位，第三滑轮和第二滑轮也通过套筒限位。

作为优选，所述转向滑轮机构包含位于船舶甲板上第一转向滑轮和位于船舶底舱板上的第二转向滑轮，所述第一转向滑轮和第二转向滑轮均安装在转向滑轮机构小支架上，转向滑轮机构小支架固定在转向滑轮机构侧板上，转向滑轮机构侧板固定在转向滑轮机构底板上，转向滑轮机构底板固定在船舶甲板或船舶底舱板上。

作为优选，所述导轨包含导轨外侧长板、导轨槽板和压板，所述导轨外侧长板固定在船舶底舱板上，导轨槽板焊接在导轨外侧长板上，压板安装在导轨槽板的顶部，构成槽型导轨。

作为优选，所述导轨外侧长板通过螺栓固定在船舶底舱板上，在导轨外侧长板上安装有调整导轨外侧长板倾斜度的调整螺钉。

作为优选，所述平衡块小车包含平衡块底板，所述平衡块底板上安装有平衡块，平衡块底板下方安装有轴联接板，轴联接板上固定有两根行走轮轴，行走轮轴的两端通过轴承安装有行走轮。

在本发明中，自动控制系统包括船舶水平传感器、吊机拉力传感器、吊机回转角度传感器、吊臂俯仰角度传感器、控制器；所述吊机拉力传感器、吊臂俯仰角度传感器、吊机回转角度传感器和船舶水平传感器分别与控制器连接，所述各种传感器、检测仪器分别将检测和采集的参数发送至控制器，控制器根据传感器和检测仪器实时检测和采集的船舶相关横倾参数控制双作用液压缸，从而驱动双作用液压缸的活塞杆，活塞杆驱动动滑轮组，动滑轮组驱动缠绕在上面的钢丝绳，钢丝绳经过转向滑轮组拖拽平衡块小车，所以双作用液压缸可以对平衡块小车运动方向、距离和速度的控制。

在本发明中，平衡块采用积木式拼装，并且平衡块用混凝土浇注而成，可以降低制造成本，平衡块与平衡块之间用螺栓组进行联接固定，平衡块采用积木式的拼装，可以根据吊机最大额定负荷进行调整。所述平衡块移动底盘设计成两排行走轮，两侧是具有双向约束的设有滑槽的导轨，导轨的内侧与焊接在船舶底舱板上的长板用调节螺钉联接，焊接在槽型轨道的外侧长板与船舶底舱板用螺栓组和调节螺钉联接。平衡块移动底盘设计成两排行走轮，两侧具有双向约束，从而兼顾保证结构运动时的刚性和运动的灵活性。

在本发明中，所述滑轮采用两套转向滑轮组与两套动滑轮组联合传动，液压缸的活塞杆与套在动滑轮组的滑块上的活塞杆连接头连接，并且动滑轮组的滑块与具有双向约束的槽型轨道间隙配合。

有益效果：本发明的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，具有以下优点：

1、平衡块驱动采用钢丝绳拖曳方式驱动，该方案可以降低机械制造和现场组装调试难度，且设备现场安装布局非常灵活，钢丝绳拖曳兼具有缓冲吸振的作用。

2、采用两套滑轮组可以实现液压缸驱动行程的放大而达到增程的目的，从而提高液压缸位移的响应速度，并可减小液压缸外廓尺寸。当液压缸位移为S时，平衡块位移为n×S，n为滑轮缠绕绳组根数。在左右滑轮组缠绕绳组根数相等情况下，可保证左右滑轮组收放绳长相同，从而实现平衡块左右钢丝绳始终处于张紧状态。

3、液压缸结构形式采用双作用方式，从而使得驱动平衡块左右运动时，活塞杆都处于受拉状态，并能够实现平衡块在任意位置的锁紧定位，并且平缓无冲击和振动，从而达到稳定的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明中的滑轮组结构示意图。

图5为本发明中的滑轮俯视图

图6为本发明中的滑轮组滑轮与滑块俯视图

图7为本发明中的双作用液压缸结构示意图。

图8为本发明中转向滑轮机构结构示意图。

图9为本发明中导轨结构示意图。

图10为本发明中平衡块小车结构示意图。

图11为本发明中的自动控制系统方框图。

图中：钢丝绳1、滑轮组2、左支架2-1、轴承密封挡圈2-2、第一滑轮2-3、左槽型导轨2-4、第三滑轮2-5、左滑块2-6、拉力轴2-7、活塞杆连接头2-8、右脚架2-9、右槽型导轨2-10、螺栓组2-11、第四滑轮2-12、左脚架2-13、右支架2-14、第二滑轮2-15、套筒2-16、套筒2-17、套筒2-18、右滑块2-19、轴槽2-20、轴身2-21、转动轴2-22、双作用液压缸3、活塞杆3-1、双作用液压缸脚架3-2、螺栓组3-3、螺栓组3-4、转向滑轮机构4、转向滑轮4-1、转向滑轮机构小支架4-2、螺栓4-3、转向滑轮机构侧板4-4、转向滑轮轴4-5、转角滑轮机构加强筋4-6、螺母4-7、单弹簧锁紧垫圈4-8、垫圈4-9、方孔4-10、转向滑轮机构底板4-11、船舶甲板5、船舶底舱板6、导轨7、螺栓组7-1、压板7-2、调节螺钉7-3、导轨内侧长板7-4、导轨槽板7-5、导轨外侧长板7-6、平衡块小车8、平衡块8-1、螺栓组8-2、行走轮8-3、轴承挡圈8-4、行走轮轴8-5、卸扣8-6、螺栓组8-7、轴联接板8-8、平衡块底板8-9，舱壁9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图11所示，本发明的一种船舶吊装的自动配载平衡系统，安装固定在船舶移动配载装置舱中，包括绳索和绳索距离调整装置，绳索为钢丝绳1，绳索距离调整装置包含滑轮组，双作用液压缸3的活塞杆3-1与绳索距离调整装置之间通过活塞杆连接头2-8连接，转向滑轮组4分别在船舶甲板5、船舶底舱板6上对称布置，分别放置在船舶甲板5、船舶底舱板6上的上下转向滑轮组4竖直对齐放置，由滑轮组2缠绕出来的钢丝绳1经过固定在船舶甲板5上的转向滑轮4-1且穿过船舶甲板5，再经过固定在船舶底舱板6上的转向滑轮4-1与平衡块小车8上的卸扣8-6相连拖拽导轨上的平衡块小车8。平衡块8-1驱动采用钢丝绳1拖曳方式驱动，该方案可以降低机械制造和现场组装调试难度，且设备现场安装布局非常灵活，钢丝绳1拖曳兼具有缓冲吸振的作用，钢丝绳1的直径大小根据平衡块8-1的驱动力大小而定。

在本发明中，所述转向滑轮机构4通过第一螺栓组2-11安装固定在船舶甲板5和船舶底舱板6上，船舶甲板5和船舶底舱板6焊接在舱壁9上，转向滑轮机构侧板4-4上的方孔4-10与船舶甲板5上的方孔配合，转向滑轮4-1通过转向滑轮轴4-5安装固定在转向滑轮机构小支架4-2上，转向滑轮4-1上安装有轴承、弹性挡圈和轴承密封挡圈，转向滑轮轴4-5通过挡圈4-9、单弹簧锁紧挡圈4-8和螺母4-7连接固定在转向滑轮机构小支架4-2上，转向滑轮机构小支架4-2与转向滑轮机构侧板4-4通过4个螺栓4-3相连。为了让整个转向滑轮机构4的稳定，转向滑轮机构加强筋4-6与转向滑轮机构侧板4-4和转向滑轮机构底板4-11用焊接进行连接，为了钢丝绳1不会在滑轮槽中窜动，在船舶甲板5上的两个转角滑轮4-1与第四滑轮2-12在船舶横向上平行，在船舶底舱板6上的两个转向滑轮4-1与平衡块小车8的卸扣8-6对齐。

在本发明中，所述绳索距离调整装置包含第一支架和第二支架，所述第一支架上安装有第一滑轮组，所述第二支架上安装有左槽型导轨2-4和右槽型导轨2-10，在左槽型导轨2-4上安装有左滑块2-6，在右槽型导轨2-10上安装有右滑块2-19，在左滑块2-6和右滑块2-19之间安装有拉力轴2-7和转动轴2-22，所述拉力轴2-7上安装有活塞杆连接头2-8，活塞杆连接头2-8与活塞杆3-1连接，所述转动轴2-22上安装有第二滑轮组，第一滑轮组和第二滑轮组中的滑轮个数相同，绳索一端套在转动轴，另一端交替的缠绕在第一滑轮组和第二滑轮组中，从第二滑轮组中进入到转向滑轮机构中。

在本发明中，所述滑轮组2包含第一滑轮组和第二滑轮组，滑轮组2的左支架2-1、右支架2-14通过螺栓组2-11安装固定在船舶甲板5上，滑轮轴把第一滑轮2-3和第二滑轮2-15放置在滑轮组的左支架2-1、右支架2-14上，它们之间通过平键连接，滑轮轴两端安装有轴承和轴承挡圈2-2，安装在左右支架2-1、2-14上，轴承挡圈2-2与第一滑轮2-3、第二滑轮2-15之间加上套筒2-17进行轴向固定，第一滑轮2-3与第二滑轮2-15之间也用套筒2-16进行轴向固定，左槽型导轨2-4、右槽型导轨2-10与左右脚架2-13、2-9通过螺栓组2-11相连，左右脚架2-13、2-9通过螺栓组2-11固定在船舶甲板5上，第三滑轮2-5、第四滑轮2-12安装在滑轮轴上，它们之间通过平键连接，滑轮轴两端安装有轴承和轴承挡圈2-2，安装在左滑块2-6和右滑块2-19上，轴身2-21直径与转动轴2-22直径相等，分别对第三滑轮2-5和轴承挡圈2-2起到轴向固定作用，第三滑轮2-5与第四滑轮2-12之间用套筒2-16固定，第四滑轮2-12与轴承挡圈2-2之间用套筒2-18固定，从轴槽2-20开始，第一滑轮2-3、第三滑轮2-5、第四滑轮2-12、第二滑轮2-15在轴向上依次按相等的距离分开，并且这个距离尽量的小，并且前后相邻滑轮之间的角度要小于滑轮槽的角度的一半，防止钢丝绳1在滑轮槽中窜动，滑轮的个数根据船舶横向距离而定，船舶横向距离越大，滑轮个数越多，滑轮组的第一滑轮2-3、第三滑轮2-5、第四滑轮2-12、第二滑轮2-15与船舶甲板5上的转角滑轮机构4的转向滑轮4-1处于同一高度，并且转向滑轮机构4、左右支架2-1、2-14和左脚架2-13之间的距离依据船舶横向距离和实际情况而定，钢丝绳1一端首先固定在轴槽2-20上，另外一端缠绕在第一滑轮2-3一半后，再缠绕在第三滑轮2-5、缠绕在第三滑轮2-5一半后，再缠绕在第二滑轮2-15、缠绕在第二滑轮2-15一半后，再缠绕在第四滑轮2-12上，缠绕在第四滑轮2-12一半后引出的钢丝绳1经过竖直对齐放置的两个转向滑轮机构4连接在平衡块小车8的卸扣8-5上，滑轮轴套在左滑块2-6和右滑块2-19上，左滑块2-6和右滑块2-19的宽度与左槽型导轨2-4、右槽型导轨2-10的宽度间隙配合，左滑块2-6和右滑块2-19在左槽型导轨2-4、右槽型导轨2-10上水平往复运动，活塞杆连接头2-8安装固定在拉力轴2-7上，拉力轴2-7安装固定在左右滑块2-6、2-19上，滑轮组2关于双作用液压缸3对称放置。采用两套滑轮组2可以实现液压缸3驱动行程的放大而达到增程的目的，从而提高液压缸3位移的响应速度，并可减小液压缸3外廓尺寸。当液压缸3位移为S时，平衡块8-1位移为n×S，n为滑轮缠绕绳组根数。在左右滑轮组2缠绕绳组根数相等情况下，可保证左右滑轮组2收放绳长相同，从而实现平衡块8-1左右钢丝绳1始终处于张紧状态。

在本发明中，所述双作用液压缸3通过螺栓组3-4安装固定在双作用液压缸脚架3-2上，双作用液压缸脚架3-2通过螺栓组2-11固定在船舶甲板5上，双作用液压缸活塞杆3-1与活塞杆连接头2-8相连。液压缸3结构形式采用双作用方式，从而使得驱动平衡块8-1左右运动时，活塞杆3-1都处于受拉状态，并能够实现平衡块8-1在任意位置的锁紧定位，并且平缓无冲击和振动，从而达到稳定的效果。

在本发明中，所述导轨7安装放置在船舶底舱板6上，导轨7的长度根据船舶的横向距离和实际需要而定，船舶的横向距离越大，导轨7长度越长，这样平衡块小车8有足够的力矩来平衡吊机的横倾力矩，导轨槽板7-5与压板7-2用螺栓组7-1联接，导轨外侧长板7-6焊接在导轨槽板7-5上，导轨外侧长板7-6与船舶底舱板6用螺栓组7-1和调节螺钉7-3连接，螺栓组7-1是为了固定导轨7，调节螺钉7-3是为了导轨7的上下调节，即倾斜度的调节，导轨内侧长板7-4焊接在船舶底舱板6上，导轨内侧长板7-4与导轨槽板7-5用调节螺钉7-3连接，是为了导轨7的水平调节。通过调节螺钉7-3对导轨7的水平与上下调节，平衡块小车8可以在导轨7上稳定而又精确的水平往复运动。

在本发明中，所述平衡块小车8的行走轮8-3在导轨7中滚动，行走轮8-3的底端与导轨槽板7-5不接触，防止过约束，行走轮轴8-5与轴联接板8-8用焊接连接，行走轮8-3中装有轴承，轴承外端装有轴承挡圈8-4，行走轮轴8-5不转动，行走轮8-3转动，平衡块底板8-9与轴联接板8-8用焊接连接，平衡块8-1放在平衡块底板8-9上，平衡块底板8-9四周有约束，平衡块8-1采用积木式拼装，并且平衡块8-1用混凝土浇注而成，可以降低制造成本，所需平衡块8-1的数量根据吊机最大额定负荷进行调整，为了平衡块8-1与平衡块8-1之间的固定，平衡块8-1的上表面打有四个螺栓孔，平衡块8-1与平衡块8-1之间用螺栓组8-2联接，为了平衡块8-1与平衡块8-1之间能顺利联接而不发生干涉，相邻平衡块8-1表面的四个螺栓孔位置不一样，卸扣8-6通过螺栓组8-7联接在平衡块底板8-9上。平衡块8-1移动底盘设计成两排行走轮8-3，两侧具有双向约束，从而兼顾保证结构运动时的刚性和运动的灵活性。

在本发明中，一种船舶吊装的自动配载平衡系统的控制信息来自自动控制系统，所述自动控制系统包括船舶水平传感器、吊机拉力传感器、吊机回转角度传感器、吊臂俯仰角度传感器、控制器；所述吊机拉力传感器、吊臂俯仰角度传感器、吊机回转角度传感器和船舶水平传感器分别与控制器连接，所述各种传感器、检测仪器分别将检测和采集的参数发送至控制器，控制器根据传感器和检测仪器实时检测和采集的船舶相关横倾参数控制双作用液压缸3，从而驱动双作用液压缸的活塞杆3-1，活塞杆3-1驱动滑轮组2，滑轮组2驱动缠绕在上面的钢丝绳1，钢丝绳1经过转向滑轮组4拖拽平衡块小车8，所以双作用液压缸3可以对平衡块小车8运动方向、距离和速度的控制。

本发明的工作过程如下：当船舶横向一侧发生倾斜时，控制器根据传感器和检测仪器实时检测和采集的船舶相关横倾参数，控制双作用液压缸3的活塞杆3-1往船舶倾斜的一侧驱动，双作用液压缸3驱动缠绕在滑轮组2上的钢丝绳1，钢丝绳1经过固定在船舶甲板5上的转向滑轮4-1且穿过船舶甲板5，再经过固定在船舶底舱板6上的转向滑轮4-1拖拽导轨7上的平衡块小车8到船舶横向的另外一侧，达到船舶平衡的目的。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：包括位于船舶甲板上的双作用液压缸、位于船舶底舱板上的平衡块小车、倾角传感器和控制器，所述双作用液压缸的两端均设有活塞杆，一侧的活塞杆的端部与绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的一侧连接，另一侧的活塞杆的端部与另一个绳索距离调整装置连接，绳索距离调整装置上的绳索通过转向滑轮机构后与平衡块小车的另一侧连接，平衡块小车沿位于船舶底舱板的导轨移动，所述倾角传感器位于船舶甲板上，倾角传感器与控制器连接，当倾角传感器检测船舶倾斜时，控制器控制双作用液压缸作用，从而通过绳索带动平衡块小车移动；所述平衡块小车包含平衡块底板，所述平衡块底板上安装有平衡块，平衡块底板下方安装有轴联接板，轴联接板上固定有两根行走轮轴，行走轮轴的两端通过轴承安装有行走轮；所述绳索距离调整装置包含第一支架和第二支架，所述第一支架上安装有第一滑轮组，所述第二支架上安装有左槽型导轨和右槽型导轨，在左槽型导轨上安装有左滑块，在右槽型导轨上安装有右滑块，在左滑块和右滑块之间安装有拉力轴和转动轴，所述拉力轴上安装有活塞杆连接头，活塞杆连接头与活塞杆连接，所述转动轴上安装有第二滑轮组，第一滑轮组和第二滑轮组中的滑轮个数相同，绳索一端套在转动轴，另一端交替的缠绕在第一滑轮组和第二滑轮组中，从第二滑轮组中进入到转向滑轮机构中。

2.根据权利要求1所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述第一滑轮组和第二滑轮组中均包含两个滑轮，第一滑轮组包含为第一滑轮和第二滑轮，第二滑轮组包含第三滑轮和第四滑轮，绳索从第一滑轮进入到第三滑轮，然后进入第二滑轮，最后进入第四滑轮，从第四滑轮中进入到转向滑轮机构中。

3.根据权利要求2所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述第一滑轮和第二滑轮通过套筒限位，第三滑轮和第二滑轮也通过套筒限位。

4.根据权利要求1所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述转向滑轮机构包含位于船舶甲板上第一转向滑轮和位于船舶底舱板上的第二转向滑轮，所述第一转向滑轮和第二转向滑轮均安装在转向滑轮机构小支架上，转向滑轮机构小支架固定在转向滑轮机构侧板上，转向滑轮机构侧板固定在转向滑轮机构底板上，转向滑轮机构底板固定在船舶甲板或船舶底舱板上。

5.根据权利要求1所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述导轨包含导轨外侧长板、导轨槽板和压板，所述导轨外侧长板固定在船舶底舱板上，导轨槽板焊接在导轨外侧长板上，压板安装在导轨槽板的顶部，构成槽型导轨。

6.根据权利要求5所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述导轨外侧长板通过螺栓固定在船舶底舱板上，在导轨外侧长板上安装有调整导轨外侧长板倾斜度的调整螺钉。

7.根据权利要求1所述的用于船舶吊装的自动配载平衡系统，其特征在于：所述平衡块为混凝土浇注而成。