用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统的制作方法

1.本实用新型涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统。


背景技术：

2.海上大型模块在过驳(大型模块放置于一条或两条船舶上，模块由原位置转移到另一条船上的过程)过程中，模块在放置到承接船舶上的过程中，模块的基础与船舶接触时，由于波浪，风，等海上环境条件的影响，承接船舶会产生各个方向的各种运动(横摇、横荡、纵摇、纵荡、艏摇、垂荡)。以上各个方向的运动会导致：1)海上模块与承接船舶对接操作困难；2)承接船舶上的支撑结构与模块接触过程中，在承接船舶和模块之间，产生空间三个方向的相互作用力(各个方向的冲击力，不包括因操作需要，模块重力转移到承接船舶的部分)。这些作用力会产生的危害：a)影响模块的稳定性，可能导致模块倾覆；b)冲击力可能破坏承接船舶的支撑结构或模块的底部基础；c)加剧承接船舶的运动；
3.现有技术的缺点：现有海上大型模块的承接装置的设计，虽然在垂直方向具有缓冲设计，实际应用中使用弹性材料或砂箱，但是冲击作用力随模块和承接船舶的相互运动变化幅度很大，对模块和承接船舶的稳定性影响也很大。现有设计在水平方向没有缓冲设计，一旦承接装置在承接船舶上安装完成，在模块过驳操作过程中产生的水平方向的相互作用力不能缓冲，会加剧模块的运动和承接船舶的运动，造成系统不稳定。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，在垂直方向设计力的补偿系统，该系统由气液混合的液压系统驱动，用来控制垂直方向上船舶和模块的相互作用力，使其不随模块和承接船舶的相对运动而产生剧烈变化，进而大幅降低模块和承接船舶的运动幅度，增加系统的稳定性；在水平方向设计补偿系统，该系统由电动马达驱动的齿轮齿条机构驱动，用来补偿承接船舶和模块相对运动产生的水平面内的相互作用力的剧烈变化，使相互作用力的大小随模块和承接船舶的相对运动的变化而变化的幅度大幅降低，增加系统的稳定性。
5.本实用新型的一个技术方案为：
6.一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，包括支撑机构总成、滑移机构总成和驱动结构总成，其中：
7.支撑机构总成，自上而下依次包括模块基础承接口、垂向承接机构和承接装置钢结构，其中：
8.模块基础承接口，在模块下放过程中用于支撑机构总成与模块基础的对中，设计为喇叭口形状；
9.垂向承接机构，在操作过程中与模块基础有物理接触，提供模块的垂向支撑力；
10.承接装置钢结构，架立于甲板上，顶部为垂向承接机构，底面是与船舶主甲板的接
触面；
11.滑移机构总成，包括滑移结构框架、滚轮导轨机构、齿轮齿条机构，其中：
12.滑移结构框架，为矩形框架，矩形框架内部为支撑机构总成；
13.滚轮导轨机构，安装于滑移结构框架底部且与甲板上基础连接，安装于滑移结构框架和甲板上基础之间，以及支撑机构总成和滑移结构框架之间；
14.齿轮齿条机构，包括框架底部固定有横向驱动马达，马达驱动轴带齿轮，与甲板上基础的齿条啮合，用于驱动齿轮所在机构和齿条所在机构的相对运动；
15.驱动结构总成，包括横向驱动马达、纵向驱动马达和液压驱动系统，其中：
16.横向驱动马达，固定于滑移结构框架下表面，用于驱动齿轮齿条机构，实现滑移结构框架和甲板上基础之间的相对运动；
17.纵向驱动马达，固定于承接装置钢结构上，用于驱动齿轮齿条机构，实现滑移结构框架和支撑机构总成之间的相对运动；
18.液压驱动系统，固定于承接装置钢结构上，用于垂向承接机构，实现海上模块与承接船舶之间的相对运动。
19.优选地，所述滑移机构总成还包括甲板上基础、甲板上滑移限位结构和甲板上滑移面，其中：
20.甲板上基础，固定于承接船舶的甲板上，用于支撑滑移结构框架，与滑移结构框架通过滚轮导轨机构相互连接；
21.甲板上滑移限位结构，用于限制极限工况下支撑机构总成的位置，使其不超过限位结构的范围；
22.甲板上滑移面，为甲板上表面或另铺的钢板表面，经过特殊表面处理，以及材料涂敷，降低摩擦系数。
23.优选地，所述驱动结构总成还包括限位滚轮，其中：
24.限位滚轮，固定于滑移结构框架下表面，位于甲板上基础的外侧，用于限制滑移结构框架和甲板上基础的纵向相对运动。
25.优选地，所述横向驱动马达和纵向驱动马达采用电动驱动，变频器控制模块通过变频器整流模块分别与横向驱动马达和纵向驱动马达相连。
26.优选地，所述液压驱动系统采用液电混合驱动，包括氮气存储装置、氮气控制阀组、氮气发生装置、活塞式蓄能器、液压缸控制阀组和垂向承接液压缸，垂向承接液压缸经由活塞式蓄能器与氮气存储装置相连，氮气存储装置通过氮气控制阀组与氮气发生装置相连；垂向承接液压缸与活塞式蓄能器之间设置有液压缸控制阀组。
27.本实用新型的与现有技术相比，具有以下有益效果：
28.(1)设计有水平面内横向驱动马达和纵向驱动马达，垂向承接机构和承接船舶在水平面内相对运动导致的相互作用力的剧烈变化，使其趋于恒定；现有技术中没有此设计。
29.(2)横向驱动马达、纵向驱动马达、液压驱动系统均具有五种补偿模式，可以跟随海上模块的运动，降低对接难度；现有技术中没有此设计。
30.(3)横向驱动马达和纵向驱动马达的刚度系数在操作过程中随加载过程可以调整；现有技术中没有此设计。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本实用新型三向补偿承接系统的立体图之一。
33.图2是本实用新型三向补偿承接系统的立体图之二。
34.图3是本实用新型液压驱动系统的电气原理图之一。
35.图4是本实用新型液压驱动系统的电气原理图之二。
36.图中：1、模块基础承接口；2、垂向承接机构；3、承接装置钢结构；4、滑移结构框架；5、滚轮导轨机构；6、齿轮齿条机构；7、甲板上基础；8、甲板上滑移限位结构；9、甲板上滑移面；10、横向驱动马达；11、纵向驱动马达；12、液压驱动系统；13、氮气存储装置；14、氮气控制阀组；15、氮气发生装置；16、活塞式蓄能器；17、液压缸控制阀组；18、垂向承接液压缸；19、限位滚轮。
具体实施方式
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
38.实施例1
39.如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，包括支撑机构总成、滑移机构总成和驱动结构总成，其中：
40.支撑机构总成，自上而下依次包括模块基础承接口1、垂向承接机构2和承接装置钢结构3，其中：
41.模块基础承接口1，在模块下放过程中用于支撑机构总成与模块基础的对中，设计为喇叭口形状；
42.垂向承接机构2，在操作过程中与模块基础有物理接触，提供模块的垂向支撑力；
43.承接装置钢结构3，架立于甲板上，顶部为垂向承接机构2，底面是与船舶主甲板的接触面；
44.滑移机构总成，包括滑移结构框架4、滚轮导轨机构5、齿轮齿条机构6，其中：
45.滑移结构框架4，为矩形框架，矩形框架内部为支撑机构总成；
46.滚轮导轨机构5，安装于滑移结构框架4底部且与甲板上基础7连接，安装于滑移结构框架4和甲板上基础7之间，以及支撑机构总成和滑移结构框架4之间；
47.齿轮齿条机构6，包括框架底部固定有横向驱动马达10，马达驱动轴带齿轮，与甲板上基础7的齿条啮合，用于驱动齿轮所在机构和齿条所在机构的相对运动；
48.驱动结构总成，包括横向驱动马达10、纵向驱动马达11和液压驱动系统12，其中：
49.横向驱动马达10，固定于滑移结构框架4下表面，用于驱动齿轮齿条机构6，实现滑移结构框架4和甲板上基础7之间的相对运动；
50.纵向驱动马达11，固定于承接装置钢结构3上，用于驱动齿轮齿条机构6，实现滑移结构框架4和支撑机构总成之间的相对运动；
51.液压驱动系统12，固定于承接装置钢结构3上，用于垂向承接机构2，实现海上模块与承接船舶之间的相对运动。
52.工作原理：在垂直方向设计力的补偿系统，该系统由气液混合的液压系统驱动，用来控制垂直方向上船舶和模块的相互作用力，使其不随模块和承接船舶的相对运动而产生剧烈变化，进而大幅降低模块和承接船舶的运动幅度，增加系统的稳定性；在水平方向设计补偿系统，该系统由电动马达驱动的齿轮齿条机构6驱动，用来补偿承接船舶和模块相对运动产生的水平面内的相互作用力的剧烈变化，使相互作用力的大小随模块和承接船舶的相对运动的变化而变化的幅度大幅降低，增加系统的稳定性。
53.实施例2
54.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接方法，包括以下步骤：
55.一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接方法，包括以下步骤：
56.s1、海上模块与承接船舶上的承接装置对接：包括如下小步：
57.s11：在横向驱动马达10的驱动作用下，滑移结构框架4和支撑机构总成相对甲板作横向适应性运动；
58.s12：在纵向驱动马达11的驱动作用下，支撑机构总成相对滑移结构框架4作纵向适应性运动；
59.s2、模块基础承接口1与海上模块接触后，载荷逐渐增大到过渡载荷；包括如下小步：
60.s21：海上模块下放至模块基础承接口1的位置,垂向承接机构2由液压驱动机构顶升，与海上模块接触；
61.s22：在垂向承接机构2与海上模块接触后，将液压驱动系统12调整为补偿模式，维持承接船舶和模块之间的垂向相互作用力相对稳定，降低两者之间相互作用的冲击力；液压驱动系统12设定的输出压力值随操作的进行不断修改，逐渐增大；
62.s23：由于垂直方向加载的载荷过小，垂向承接机构2与承接船舶之间摩擦力不足，两者之间还会产生相对运动，将水平方向的横向驱动马达10和纵向驱动马达11调整为补偿模式；
63.s24：随着海上模块空间位置的下放和垂向承接机构2的支撑力的增大，支撑机构总成与承接船舶之间的压力增大到一定值，由于此时垂向压力的作用，此时承接船舶与海上模块之间的相对运动趋势不足以使两者之间发生真实的相对运动，使用焊接方式将支撑机构总成与承接船舶连接，连接完成后进行s；
64.s3、过渡载荷转移到承接船舶，直至全部转移完成。
65.实施例3
66.在实施例1的基础上，优选地，所述滑移机构总成还包括甲板上基础7、甲板上滑移限位结构8和甲板上滑移面9，其中：
67.甲板上基础7，固定于承接船舶的甲板上，用于支撑滑移结构框架4，与滑移结构框架4通过滚轮导轨机构5相互连接；
68.甲板上滑移限位结构8，用于限制极限工况下支撑机构总成的位置，使其不超过限位结构的范围；
69.甲板上滑移面9，为甲板上表面或另铺的钢板表面，经过特殊表面处理，以及材料涂敷，降低摩擦系数。
70.优选地，所述驱动结构总成还包括限位滚轮19，其中：
71.限位滚轮19，固定于滑移结构框架4下表面，位于甲板上基础7的外侧，用于限制滑移结构框架4和甲板上基础7的纵向相对运动。
72.实施例4
73.在实施例1的基础上，所述横向驱动马达10和纵向驱动马达11采用电动驱动，变频器控制模块通过变频器整流模块分别与横向驱动马达10和纵向驱动马达11相连。
74.所述液压驱动系统12采用液电混合驱动，包括氮气存储装置13、氮气控制阀组14、氮气发生装置15、活塞式蓄能器16、液压缸控制阀组17和垂向承接液压缸18，垂向承接液压缸18经由活塞式蓄能器16与氮气存储装置13相连，氮气存储装置13通过氮气控制阀组14与氮气发生装置15相连；垂向承接液压缸18与活塞式蓄能器16之间设置有液压缸控制阀组17。
75.实施例5
76.在实施例1的基础上，液压驱动系统12、横向驱动马达10和纵向驱动马达11均具有以下五种补偿模式：手动补偿模式、主动压力补偿模式、主动位置补偿模式、被动压力补偿模式、被动位置补偿模式；五种补偿模式根据实际需要进行选择。
77.如图3和图4所示，所述手动补偿模式，利用位置传感器和压力传感器采集驱动结构总成的相关信息，并利用手柄驱动横向驱动马达10、纵向驱动马达11、液压驱动系统12三个驱动机构进行反向补偿，从而保证垂向承接机构2与承接船舶之间保持相对恒定。
78.所述主动压力补偿模式，包括如下小步：利用驱动结构总成的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的支撑机构总成与海上模块之间压力与设定目标压力之间的差值，以及通过预测模型所预测下一时刻外界激励导致压力变化，计算输出的横向驱动马达10、纵向驱动马达11扭矩及垂向承接液压缸18推力，从而调整水平方向的横向驱动马达10和纵向驱动马达11的位置，并主动驱动氮气发生装置15的开关，从而利用氮气控制阀组14调节垂向承接液压缸18进行主动补偿；
79.主动位置补偿模式，包括如下小步：利用驱动结构总成的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的齿轮齿条机构6相对位置、液压缸实际位置与设定位置之间的偏差，以及通过预测模型所预测下一时刻导致的齿轮齿条机构6位置、液压缸实际位置变化，计算输出到齿轮齿条机构6的相对位置、垂向承接液压缸18的伸长量，从而调整水平方向的横向驱动马达10和纵向驱动马达11的位置，并主动驱动氮气发生装置15的开关，从而利用氮气控制阀组14调节垂向承接液压缸18进行主动补偿。
80.所述被动压力补偿模式，包括如下小步：利用驱动结构总成的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的支撑机构总成与海上模块之间压力与设定目标压力之间的差值，计算输出横向驱动马达10、纵向驱动马达11扭矩及垂向承接液压缸18推力，从而利用液压驱动系统12驱动垂向承接液压缸18进行反向压力补偿，从而保证垂向承接机构2与承接船舶之间保持相对恒定；或利用齿轮齿条机构6进行垂向承接机构2与承接船舶间水平面内相互
作用力的补偿；
81.被动位置补偿模式，包括如下小步：利用驱动结构总成的历史数据，建立预测模型，根据实时反馈的齿轮齿条机构6位置、支撑机构总成位置、垂向承接机构2位置，与设定位置之间的偏差，计算输出齿轮齿条机构6的相对位置、垂向承接液压缸18的伸长量，从而利用液压驱动系统12驱动垂向承接液压缸18进行位置补偿，从而保证垂向承接机构2与承接船舶之间保持相对恒定；或同时利用齿轮齿条机构6进行垂向承接机构2与承接船舶间水平面内相对位置变化的补偿。
82.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本实用新型的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，其特征在于，包括支撑机构总成、滑移机构总成和驱动结构总成，其中：支撑机构总成，自上而下依次包括模块基础承接口(1)、垂向承接机构(2)和承接装置钢结构(3)，其中：模块基础承接口(1)，在模块下放过程中用于支撑机构总成与模块基础的对中，设计为喇叭口形状；垂向承接机构(2)，在操作过程中与模块基础有物理接触，提供模块的垂向支撑力；承接装置钢结构(3)，架立于甲板上，顶部为垂向承接机构(2)，底面是与船舶主甲板的接触面；滑移机构总成，包括滑移结构框架(4)、滚轮导轨机构(5)、齿轮齿条机构(6)，其中：滑移结构框架(4)，为矩形框架，矩形框架内部为支撑机构总成；滚轮导轨机构(5)，安装于滑移结构框架(4)底部且与甲板上基础(7)连接，安装于滑移结构框架(4)和甲板上基础(7)之间，以及支撑机构总成和滑移结构框架(4)之间；齿轮齿条机构(6)，包括框架底部固定有横向驱动马达(10)，马达驱动轴带齿轮，与甲板上基础(7)的齿条啮合，用于驱动齿轮所在机构和齿条所在机构的相对运动；驱动结构总成，包括横向驱动马达(10)、纵向驱动马达(11)和液压驱动系统(12)，其中：横向驱动马达(10)，固定于滑移结构框架(4)下表面，用于驱动齿轮齿条机构(6)，实现滑移结构框架(4)和甲板上基础(7)之间的相对运动；纵向驱动马达(11)，固定于承接装置钢结构(3)上，用于驱动齿轮齿条机构(6)，实现滑移结构框架(4)和支撑机构总成之间的相对运动；液压驱动系统(12)，固定于承接装置钢结构(3)上，用于垂向承接机构(2)，实现海上模块与承接船舶之间的相对运动。2.如权利要求1所述的用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，其特征在于，所述滑移机构总成还包括甲板上滑移限位结构(8)和甲板上滑移面(9)，其中：甲板上基础(7)，固定于承接船舶的甲板上，用于支撑滑移结构框架(4)，与滑移结构框架(4)通过滚轮导轨机构(5)相互连接；甲板上滑移限位结构(8)，用于限制极限工况下支撑机构总成的位置，使其不超过限位结构的范围；甲板上滑移面(9)，为甲板上表面或另铺的钢板表面，经过特殊表面处理，以及材料涂敷，降低摩擦系数。3.如权利要求1所述的用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，其特征在于，所述驱动结构总成还包括限位滚轮(19)，其中：限位滚轮(19)，固定于滑移结构框架(4)下表面，位于甲板上基础(7)的外侧，用于限制滑移结构框架(4)和甲板上基础(7)的纵向相对运动。4.如权利要求1所述的用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，其特征在于，所述横向驱动马达(10)和纵向驱动马达(11)采用电动驱动，变频器控制模块通过变频器整流模块分别与横向驱动马达(10)和纵向驱动马达(11)相连。5.如权利要求1所述的用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统，其特征在于，所述
液压驱动系统(12)采用液电混合驱动，包括氮气存储装置(13)、氮气控制阀组(14)、氮气发生装置(15)、活塞式蓄能器(16)、液压缸控制阀组(17)和垂向承接液压缸(18)，垂向承接液压缸(18)经由活塞式蓄能器(16)与氮气存储装置(13)相连，氮气存储装置(13)通过氮气控制阀组(14)与氮气发生装置(15)相连；垂向承接液压缸(18)与活塞式蓄能器(16)之间设置有液压缸控制阀组(17)。

技术总结
本实用新型涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种用于海上模块过驳操作的三向补偿承接系统。本实用新型包括支撑机构总成、滑移机构总成和驱动结构总成，支撑机构总成自上而下依次包括模块基础承接口、垂向承接机构和承接装置钢结构；滑移机构总成包括滑移结构框架、滚轮导轨机构、齿轮齿条机构；驱动结构总成的横向驱动马达和纵向驱动马达采用电驱动，液压驱动系统采用液电混合驱动；根据实际需要三种驱动结构均采用手动补偿模式、主动压力补偿模式、主动位置补偿模式、被动压力补偿模式、被动位置补偿模式，可以跟随海上模块的运动，降低对接难度，从而保证垂向承接机构与承接船舶之间的保持相对恒定。间的保持相对恒定。间的保持相对恒定。


技术研发人员：刘夕全 张国华 王超 王天宇
受保护的技术使用者：山东蓝鲲海洋工程有限公司
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/6/7