一種波浪補償系統及其控制方法與流程

2023-06-04 21:03:54 3

本發明涉及船用機械技術領域，特別涉及一種波浪補償系統及其控制方法。

背景技術：

船舶在海上航行、以及海洋平臺在遠海作業時，都會不斷消耗儲備的食品、燃油、淡水等物資。為了保證船舶和平臺的正常運營，在不能靠近港岸的情況下，通常採用海上補給的方式使消耗的物資得到補給。

海上補給是通過懸空設置在補給船舶和接收船舶之間的鋼絲繩，將補給物資從補給船舶傳輸到接收船舶。在海況比較惡劣的情況下，由於補給船舶和接收船舶在波浪上的相對位置不同，補給船舶和接收船舶會受到波浪作用而產生相對運動，使得吊裝在鋼絲繩上的補給物資隨之產生晃動，有可能導致出現補給物資墜海、撞擊船舶等情況。

技術實現要素：

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種波浪補償系統及其控制方法。所述技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種波浪補償系統，所述波浪補償系統包括高架索絞車、張力作動筒、滑輪組、吊車、蓄能器、驅動裝置；所述高架索絞車的鋼絲繩依次穿過所述張力作動筒、所述滑輪組、所述吊車，所述張力作動筒包括定滑輪、動滑輪、以及設置在所述定滑輪和所述動滑輪之間的液壓油缸，所述液壓油缸的缸體與所述定滑輪固定連接，所述液壓油缸的活塞杆與所述動滑輪固定連接，所述蓄能器與所述液壓油缸連通，所述驅動裝置與所述高架索絞車傳動連接；所述波浪補償系統還包括控制裝置，所述控制裝置包括：

位移傳感器，用於檢測所述活塞杆的位移；

控制器，分別與所述位移傳感器和所述驅動裝置電連接，用於根據所述活塞杆的位移，控制所述高架索絞車轉動。

可選地，所述控制器用於，

當所述活塞杆的位移的絕對值不大於第一設定值時，控制所述高架索絞車處於剎車狀態；

當所述活塞杆的位移大於第一設定值時，控制所述高架索絞車沿收纜方向轉動；

當所述活塞杆的位移小於第一設定值的相反數時，控制所述高架索絞車沿放纜方向轉動；

其中，所述第一設定值大於0，所述活塞杆的位移為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移。

優選地，所述控制器用於按照以下公式控制所述高架索絞車轉動：

當L1＜L≤L2時，V＝X1*(L-L1)*Vn/(L2-L1)；

當L2＜L≤L3時，V＝X2*(L-L3)*Vn/(L3-L2)+Vn；

當L＞L3時，V＝Vn；

其中，L1為所述第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為所述高架索絞車的實時轉動速度，L為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為所述高架索絞車的最大轉動速度。

優選地，所述控制器用於按照以下公式控制所述高架索絞車轉動：

當-L2＜L≤-L1時，V＝X1*(L+L1)*Vn/(L2-L1)；

當-L3＜L≤-L2時，V＝X2*(L+L3)*Vn/(L3-L2)-Vn；

當L＜-L3時，V＝Vn；

其中，L1為所述第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為所述高架索絞車的實時轉動速度，L為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為所述高架索絞車的最大轉動速度。

優選地，所述控制裝置還包括：

編碼器，與所述控制器電連接，用於檢測所述高架索絞車的轉動速度。

優選地，所述驅動裝置包括液壓馬達、用於控制所述液壓馬達的轉動方向和轉動速度的閥組，所述閥組的工作油口與液壓馬達的控制油口連通，所述電液比例控制閥的控制端與所述控制器連接，所述液壓馬達的輸出軸與所述高架索絞車傳動連接。

可選地，所述滑輪組包括導向滑輪組件和升降滑輪組件，所述導向滑輪組件包括第一滑輪和第二滑輪，所述第二滑輪設置在所述第一滑輪的上方，所述第一滑輪與所述定滑輪設置在同一水平面上，所述升降滑輪組件包括三個滑輪，所述三個滑輪的中心連成一個三角形。

第二方面，本發明實施例提供了一種如第一方面提供波浪補償系統的控制方法，所述控制方法包括：

獲取活塞杆的位移；

當所述活塞杆的位移的絕對值不大於第一設定值時，控制高架索絞車處於剎車狀態；

當所述活塞杆的位移大於第一設定值時，控制所述高架索絞車沿收纜方向轉動；

當所述活塞杆的位移小於第一設定值的相反數時，控制所述高架索絞車沿放纜方向轉動；

其中，所述第一設定值大於0，所述活塞杆的位移為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移。

可選地，所述當所述活塞杆的位移大於第一設定值時，控制所述高架索絞車沿收纜方向轉動，包括：

當L1＜L≤L2時，V＝X1*(L-L1)*Vn/(L2-L1)；

當L2＜L≤L3時，V＝X2*(L-L3)*Vn/(L3-L2)+Vn；

當L＞L3時，V＝Vn；

其中，L1為所述第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為所述高架索絞車的實時轉動速度，L為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為所述高架索絞車的最大轉動速度。

可選地，所述當所述活塞杆的位移小於第一設定值的相反數時，控制所述高架索絞車沿放纜方向轉動，包括：

當-L2＜L≤-L1時，V＝X1*(L+L1)*Vn/(L2-L1)；

當-L3＜L≤-L2時，V＝X2*(L+L3)*Vn/(L3-L2)-Vn；

當L＜-L3時，V＝Vn；

其中，L1為所述第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為所述高架索絞車的實時轉動速度，L為所述活塞杆從所述張力作動筒的半程位置向所述活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為所述高架索絞車的最大轉動速度。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

在接收船舶遠離補給船舶時，鋼絲繩變大的壓力促使張力作動筒的活塞杆縮回液壓油缸，蓄能器存儲能量，在接收船舶靠近補給船舶時，儲能器釋放能量，驅使張力作動筒的活塞杆伸出液壓油缸，通過活塞杆的位移量補償接收船舶相對補給船舶的位移量，張力作動筒實現波浪補償。同時控制裝置控制高架索絞車根據張力作動筒的補償情況主動參與波浪補償，高架索絞車可以在海況比較惡劣的情況下協同張力作動筒共同進行波浪補償，保障補給物資能夠平穩地運輸到補給船舶上，避免補給物資由於海浪的不規則運動而發生不受控運動，進而發生墜海或者撞擊船舶的危險。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的一種波浪補償系統的結構示意圖；

圖2是本發明實施例一提供的張力作動筒和蓄能器的結構示意圖；

圖3是本發明實施例一提供的驅動裝置和控制裝置的結構示意圖；

圖4是本發明實施例一提供的活塞杆的位移與高架索絞車的速度的關係示意圖；

圖5a是本發明實施例一提供的接收船舶遠離補給船舶時波浪補償系統的動作示意圖；

圖5b是本發明實施例一提供的接收船舶靠近補給船舶時波浪補償系統的動作示意圖；

圖6是本發明實施例二提供的一種波浪補償系統的控制方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發明實施例提供了一種波浪補償系統，參見圖1，該波浪補償系統包括高架索絞車10、張力作動筒20、滑輪組30、吊車40、蓄能器50(參見圖2)、驅動裝置60(參見圖3)。高架索絞車10的鋼絲繩11依次穿過張力作動筒20、滑輪組30、吊車40，參見圖2，張力作動筒20包括定滑輪21、動滑輪22、以及設置在定滑輪21和動滑輪22之間的液壓油缸23，液壓油缸23的缸體23a與定滑輪21固定連接，液壓油缸23的活塞杆23b與動滑輪22固定連接，參見圖2，蓄能器50與液壓油缸23連通，參見圖3，驅動裝置60與高架索絞車10傳動連接。

在本實施例中，高架索絞車10用於主動進行波浪補償，張力作動筒20用於被動進行波浪補償，滑輪組30用於為高架索絞車10的鋼絲繩11導向，吊車40用於懸掛補給物資100，蓄能器50為張力作動筒20提供恆定壓力的，驅動裝置60用於驅動高架索絞車10。高架索絞車10、張力作動筒20、滑輪組30、蓄能器50、驅動裝置60和控制裝置70均設置在補給船舶200上，高架索絞車10的鋼絲繩11依次穿過張力作動筒20、滑輪組30、吊車40後固定在接收船舶300上。

在本實施例中，參見圖3，該波浪補償系統還包括控制裝置70，控制裝置70包括：

位移傳感器71，用於檢測活塞杆23b的位移；

控制器72，分別與位移傳感器71和驅動裝置60電連接，用於根據活塞杆23b的位移，控制高架索絞車10轉動。

具體地，位移傳感器72設置在張力作動筒20上。

可選地，控制器72可以用於，

當活塞杆的位移的絕對值不大於第一設定值時，控制高架索絞車處於剎車狀態；

當活塞杆的位移大於第一設定值時，控制高架索絞車沿收纜方向轉動；

當活塞杆的位移小於第一設定值的相反數時，控制高架索絞車沿放纜方向轉動；

其中，第一設定值大於0，活塞杆的位移為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移。

優選地，參見圖4，控制器72可以按照以下公式控制高架索絞車轉動：

當L1＜L≤L2時，V＝X1*(L-L1)*Vn/(L2-L1)；

當L2＜L≤L3時，V＝X2*(L-L3)*Vn/(L3-L2)+Vn；

當L＞L3時，V＝Vn；

其中，L1為第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為高架索絞車的實時轉動速度，L為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為高架索絞車的最大轉動速度。

優選地，參見圖4，控制器71可以按照以下公式控制高架索絞車轉動：

當-L2＜L≤-L1時，V＝X1*(L+L1)*Vn/(L2-L1)；

當-L3＜L≤-L2時，V＝X2*(L+L3)*Vn/(L3-L2)-Vn；

當L＜-L3時，V＝Vn；

其中，L1為第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為高架索絞車的實時轉動速度，L為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為高架索絞車的最大轉動速度。

在具體實現中，第一設定值、第二設定值、第三設定值、第一比例值、第二比例值可以綜合考慮張力作動筒的和高架索絞車的波浪補償能力進行設定。

容易知道，當0＜L≤L1時，V＝0；當-L1＜L≤0時，V＝0。控制器72通過控制高架索絞車的實時轉動速度進行波浪補償：當0＜L≤L1或者-L1＜L≤0時，海浪比較平靜或者波動很小，可以完全通過張力作動筒完成波浪補償；當L2＜L≤L3或者-L2＜L≤-L1時，海浪波動較小，但已無法完全通過張力作動筒完成波浪補償，高架索絞車參與波浪補償，補償速度較慢；當L2＜L≤L3或者-L3＜L≤-L2時，海浪波動較大，高架索絞車和張力作動筒共同實現波浪補償，並且高架索絞車的補償速度較快；當L＞L3或者L＜-L3時，波浪波動很大，高架索絞車以最大補償能力和張力作動筒共同進行波浪補償。

進一步地，參見圖3，控制裝置70還可以包括：

編碼器73，與控制器72電連接，用於檢測高架索絞車的轉動速度。

具體地，編碼器73可以設置在高架索絞車上。

具體地，參見圖3，驅動裝置60可以包括液壓馬達61、用於控制液壓馬達61的轉動方向和轉動速度的閥組62，閥組62的工作油口與液壓馬達61的控制油口連通，電液比例控制閥62的控制端與控制器71連接，液壓馬達61的輸出軸與高架索絞車10傳動連接。

在實際應用中，閥組62可以包括用於控制液壓馬達61的轉動方向的換向閥和用於控制液壓馬達61的轉動速度的電液比例閥。

可選地，參見圖1，滑輪組30可以包括導向滑輪組件31和升降滑輪組件32，導向滑輪組件31包括第一滑輪31a和第二滑輪31b，第二滑輪31b設置在第一滑輪31a的上方，第一滑輪31a與定滑輪21設置在同一水平面上，升降滑輪組件32包括三個滑輪32a，三個滑輪32a的中心連成一個三角形。

下面簡單介紹一下本發明實施例提供的波浪補償系統的工作原理：

在海上補給的過程中，補給船舶200和接收船舶300均跟隨波浪運動(一般為正弦波運動)，為了方便闡述，將補給船舶200和接收船舶300都處于波浪運動的狀態進行等同變換，假定補給船舶200處於靜止狀態，接收船舶300相對補給船舶200處於兩倍波浪運動的狀態。如果不進行波浪補償，補給物資100會隨補給船舶200運動；進行波浪補償，可以使補給物資100的運輸過程趨於平穩，類似一條水平線。需要說明的是，波浪補償之前，活塞杆23b位於張力作動筒20的全位移的一半位置(簡稱半程位置)，即張力作動筒20的平衡位置。

參見圖5a，當接收船舶300相對補給船舶200向遠離補給船舶200的方向運動時，高架索絞車10的鋼絲繩11張力變大，壓迫活塞杆23b縮回液壓油缸23a內，活塞杆23b壓縮的位移參與補償接收船舶300遠離補給船舶200的位移量，張力作動筒20實現被動波浪補償，同時蓄能器50儲存能量。若活塞杆23b的位移的絕對值不大於第一設定值時，控制裝置70控制高架索絞車10處於剎車狀態，高架索絞車10不參與波浪補償；若活塞杆23b的位移小於第一設定值的相反數時，控制裝置70控制高架索絞車10沿放纜方向轉動，高架索絞車10主動參與波浪補償，避免活塞杆23b進一步壓縮，活塞杆23b的位移的絕對值隨著高架索絞車10放纜慢慢回到不大於第一設定值的範圍內，此時控制裝置70控制高架索絞車10停止放纜。

參見圖5b，當接收船舶300相對補給船舶200向靠近補給船舶200的方向運動時，高架索絞車10的鋼絲繩11張力變小，蓄能器50釋放能量，驅動活塞杆23b伸出液壓油缸23a，活塞杆23b伸出的位移參與補償接收船舶300靠近補給船舶200的位移量，張力作動筒20實現被動波浪補償。若活塞杆23b的位移的絕對值不大於第一設定值時，控制裝置70控制高架索絞車10處於剎車狀態，高架索絞車10不參與波浪補償；若活塞杆的位移大於第一設定值時，控制裝置70控制高架索絞車10沿收纜方向轉動，高架索絞車10主動參與波浪補償，避免活塞杆23b進一步伸出，活塞杆23b的位移的絕對值隨著高架索絞車10收纜慢慢回到不大於第一設定值的範圍內，此時控制裝置70控制高架索絞車10停止放纜。

本發明實施例在接收船舶遠離補給船舶時，鋼絲繩變大的壓力促使張力作動筒的活塞杆縮回液壓油缸，蓄能器存儲能量，在接收船舶靠近補給船舶時，儲能器釋放能量，驅使張力作動筒的活塞杆伸出液壓油缸，通過活塞杆的位移量補償接收船舶相對補給船舶的位移量，張力作動筒實現波浪補償。同時控制裝置控制高架索絞車根據張力作動筒的補償情況主動參與波浪補償，高架索絞車可以在海況比較惡劣的情況下協同張力作動筒共同進行波浪補償，保障補給物資能夠平穩地運輸到補給船舶上，避免補給物資由於海浪的不規則運動而發生不受控運動，進而發生墜海或者撞擊船舶的危險。

實施例二

本發明實施例提供了一種如實施例一提供的波浪補償系統的控制方法，參見圖6，該控制方法包括：

步驟201：獲取活塞杆的位移。當活塞杆的位移的絕對值不大於第一設定值時，執行步驟202；當活塞杆的位移大於第一設定值時，執行步驟203；當活塞杆的位移小於第一設定值的相反數時，執行步驟204。其中，第一設定值大於0，活塞杆的位移為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移。

在實際應用中，可以由設置在定滑輪和動滑輪之間的位移傳感器檢測活塞杆的位移並傳輸給控制器。

步驟202：控制高架索絞車處於剎車狀態。

具體地，該步驟202可以包括：

當0＜L≤L1時，V＝0；

當-L1＜L≤0時，V＝0；

其中，L為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移，L1為第一設定值，V為高架索絞車的實時轉動速度。

步驟203：控制高架索絞車沿收纜方向轉動。

可選地，該步驟203可以包括：

當L1＜L≤L2時，V＝X1*(L-L1)*Vn/(L2-L1)；

當L2＜L≤L3時，V＝X2*(L-L3)*Vn/(L3-L2)+Vn；

當L＞L3時，V＝Vn；

其中，L1為第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為高架索絞車的實時轉動速度，L為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為高架索絞車的最大轉動速度。

步驟204：控制高架索絞車沿放纜方向轉動。

可選地，該步驟204可以包括：

當-L2＜L≤-L1時，V＝X1*(L+L1)*Vn/(L2-L1)；

當-L3＜L≤-L2時，V＝X2*(L+L3)*Vn/(L3-L2)-Vn；

當L＜-L3時，V＝Vn；

其中，L1為第一設定值，L2為第二設定值，L3為第三設定值，L1＜L2＜L3，V為高架索絞車的實時轉動速度，L為活塞杆從張力作動筒的半程位置向活塞杆的伸出方向的位移，X1為設定的第一比例值，X2為設定的第二比例值，X1≤X2，Vn為高架索絞車的最大轉動速度。

本發明實施例在接收船舶遠離補給船舶時，鋼絲繩變大的壓力促使張力作動筒的活塞杆縮回液壓油缸，蓄能器存儲能量，在接收船舶靠近補給船舶時，儲能器釋放能量，驅使張力作動筒的活塞杆伸出液壓油缸，通過活塞杆的位移量補償接收船舶相對補給船舶的位移量，張力作動筒實現波浪補償。同時控制裝置控制高架索絞車根據張力作動筒的補償情況主動參與波浪補償，高架索絞車可以在海況比較惡劣的情況下協同張力作動筒共同進行波浪補償，保障補給物資能夠平穩地運輸到補給船舶上，避免補給物資由於海浪的不規則運動而發生不受控運動，進而發生墜海或者撞擊船舶的危險。

本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。