[發(fā)明專利]一種用于船用起重機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510287788.3
• 申請(qǐng)日: 2015-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN104851354A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張大兵;段江嘩;李寧睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B25/02
• 分類號(hào): G09B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體是一種用于船用起重機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置。屬于船用起重機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

船用起重機(jī)是海上補(bǔ)給、海洋鉆井、深海探測(cè)與海上打撈、救助等領(lǐng)域必不可少的工具。具有升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的船用起重機(jī)能對(duì)因海面起伏引起的波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償校正，可在惡劣天氣條件下（5級(jí)海況以下）提供安全、準(zhǔn)確、高效的起重機(jī)操作，可使得因惡劣天氣引起的停工期減到最少。要想提高升沉補(bǔ)償系統(tǒng)在不同海況下的穩(wěn)定性和適用性，將進(jìn)行升沉補(bǔ)償系統(tǒng)在各級(jí)海況下的補(bǔ)償精度變化規(guī)律和控制策略研究。

由于在海上進(jìn)行船用起重機(jī)主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的周期長、投入大，隨著運(yùn)動(dòng)模擬、控制和仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，很多空中及海上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都改在陸地上進(jìn)行，地面實(shí)驗(yàn)安全可靠又節(jié)省資金。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為船用起重機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究提供地面實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種用于船用起重機(jī)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置主要包括船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)、起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)（船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)）和輔助設(shè)備。船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)控制船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)中伺服缸的伸縮，固定安裝在船舶運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)上的起吊機(jī)構(gòu)會(huì)跟隨平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，為了減少吊物因平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而引起的升沉（垂向）運(yùn)動(dòng)，升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)通過各傳感器數(shù)據(jù)和控制算法進(jìn)行主動(dòng)升沉補(bǔ)償控制，當(dāng)平臺(tái)上升時(shí)絞車卷筒實(shí)時(shí)放繩，當(dāng)平臺(tái)下降時(shí)絞車卷筒實(shí)時(shí)收繩。

船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)包括底座、平臺(tái)以及連接底座和平臺(tái)的三根可伸縮桿件，可伸縮桿件均由虎克鉸、伺服缸和球鉸組成，伺服缸尾部與虎克鉸連接，伺服缸伸縮桿與球鉸連接；各虎克鉸均與底座相連，三個(gè)虎克鉸中心在底座上呈等腰三角形布置；各球鉸與平臺(tái)相連，三個(gè)球鉸中心與平臺(tái)的垂直距離相等。

起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)包括卷筒、雙電機(jī)、吊臂、吊繩和吊物，其中卷筒，雙電機(jī)，吊臂均固定安裝在船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)的平臺(tái)上；卷筒上纏繞吊繩，吊繩通過固定在吊臂頂端的定滑輪與吊物相連；卷筒由雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙電機(jī)均采用兩個(gè)液冷電機(jī)與各自減速機(jī)相連接后安裝于卷筒端部的基座上，各減速機(jī)輸出軸上小齒輪與固定于卷筒兩端的大齒輪相嚙合。雙電機(jī)是由升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

控制系統(tǒng)包括船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)和升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)。船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)包括信號(hào)采集單元、計(jì)算機(jī)和顯示器；升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括信號(hào)采集單元、計(jì)算機(jī)、顯示器、運(yùn)動(dòng)控制卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

其中信號(hào)采集單元包括：傳感器和數(shù)據(jù)采集器，傳感器包括姿態(tài)傳感器、角位移傳感器、力傳感器。姿態(tài)傳感器安裝于船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)平臺(tái)上，隨平臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)并測(cè)得平臺(tái)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)；角位移傳感器安裝于卷筒上，用于測(cè)量卷筒旋轉(zhuǎn)角度，可以獲得吊繩的收放長度、收放速度和收放加速度；力傳感器安裝于吊臂的定滑輪處，為銷軸式力傳感器；傳感器采集到的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集器傳送至計(jì)算機(jī)中并能在顯示器上顯示。

船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)中各部分連接方式為：計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接顯示器，船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)中伺服缸與計(jì)算機(jī)相連，船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)上各傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連。船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)主要來自海上實(shí)船所記錄的縱搖、橫搖和升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)，基于該實(shí)測(cè)船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過建立模擬臺(tái)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程分別求出三根可伸縮桿長度，隨后計(jì)算機(jī)據(jù)此長度分別給各伺服缸發(fā)送相應(yīng)的伸縮位移指令，同時(shí)采集平臺(tái)上姿態(tài)傳感器的輸出數(shù)據(jù)作為反饋信號(hào)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以保證模擬臺(tái)真實(shí)準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)實(shí)船在海上的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；其次，也可人為設(shè)置模擬臺(tái)的縱搖、橫搖和升沉運(yùn)動(dòng)幅值和頻率，使模擬臺(tái)能模擬出更加復(fù)雜環(huán)境下的船舶運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。