一种起重船抗横倾系统及控制方法

1.本发明涉及船舶控制技术领域，具体涉及一种起重船抗横倾系统及控制方法。


背景技术：

2.起重船作业时，吊机在一定半径范围内吊重主要会对船舶产生横倾力矩，导致船舶发生横倾。为避免船舶发生倾覆，需在船舶配置抗横倾系统。但是，传统的船舶抗横倾方式往往是通过经验判断船舶横倾状况并采取相关措施，经常发生抗横倾不及时，从而导致大角度横倾，进而使得船舶倾覆的事故。此外，传统抗横倾系统在起重船上应用还存在一下两个问题：1.专利申请号201910878417.0调倾泵调配一对水箱中的水，水进入水箱和空气管，通过浮球装置控制水箱水量，达到抗横倾的目的，但是该抗横倾的方式存在调节速度慢，调节精度低，容易出现反复横倾等问题；2.专利申请号201910058909.5在船舶两侧安装螺旋桨，通过相应螺旋桨的启停抵抗船舶横倾的方式，抗横倾的效果有限，很难应对起重船大重量的货物转移，同时容易使得船舶发生侧向位移，导致安全事故。因此本发明针对以上问题，根据吊机回转方位及变幅角度，自动控制阀门的操作，调节变频水泵的流量，调拨左右舷两对调倾仓，使之产生水位差，利用水位差产生的重力矩实现横倾作用。保障起重船在发生一定程度倾斜时快速响应，以保障起重船的平衡稳定。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种起重船抗横倾系统及控制方法，以解决现有技术中调节速度慢、易出现反复横倾，船舶易发生侧向位移的问题。
4.本发明提供了一种起重船抗横倾系统，包括：四个调倾仓、四个液位传感器、两个电控调倾泵、四个电控调倾阀、双轴倾斜仪、控制器、显示操控面板；
5.四个调倾仓两两相对的分设在船舱两侧，一侧的两个调倾仓沿船舶行进方向前后排列；液位传感器设置在调倾仓内；两个相对设置的调倾仓之间依次管路连接电控调倾阀、电控调倾泵、电控调倾阀；双轴倾斜仪设置在船舱中心位置；控制器分别与各电控调倾阀、电控调倾泵、双轴倾斜仪、显示操控面板连接。
6.进一步地，所述起重船抗横倾系统还包括：四个备用电控调倾阀、备用电控调倾泵；
7.备用电控调倾泵通过四个备用电控调倾阀并接在两个相对设置的调倾仓之间的管路之间。
8.本发明还提供了一种起重船抗横倾系统的控制方法，包括：
9.当起重船开始吊装工作时，实时获取当前横倾角度，根据当前横倾角度对电控调节泵的工作频率进行调节，并根据当前横倾角度的正负值对电控调节泵的泵水方向进行调节，直至吊装工作完成，其中，根据当前横倾角度对电控调节泵的工作频率进行调节具体过程如下：
10.当当前横倾角度的绝对值小于预设低倾角范围时，控制电控调倾泵保持在最低待
机频率进行工作，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；
11.当当前横倾角度的绝对值在预设低倾角与预设高倾角范围之内时，根据当前横倾角度动态控制电控调节泵的工作频率，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；
12.当当前横倾角度的绝对值在预设高倾角与预设报警倾角范围之内时，控制电控调节泵满频率的工作，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；
13.当当前横倾角度的绝对值大于等于预设报警倾角时，给出报警信号，停止抗横倾；
14.其中，预设低倾角、预设高倾角、预设报警倾角根据船舶实际状况进行预设。
15.进一步地，根据当前横倾角度动态控制电控调节泵的工作频率的具体公式如下：
16.y＝kδx+c
17.其中，y为电控调节泵的工作频率；δx为倾斜角度变化率；k＝(电控调节泵最大频率-电控调节泵待机频率)/(预设高倾角-预设低倾角)；c为电控调节泵的最低工作频率。
18.进一步地，所述预设低倾角的取值范围为0.5
°
～1.5
°
；所述预设高倾角的取值范围为1.5
°
～5
°
。
19.进一步地，所述预设报警倾角为
±5°
。
20.进一步地，所述电控调节泵的最低工作频率为10hz。
21.本发明的有益效果：
22.本发明根据吊机回转方位及变幅角度、船舶姿态，自动控制阀门操作，通过调节电控水泵的工作频率调节泵水流量、流速，以此调拨左右调倾仓中的水位，使之产生水位差，利用水位差产生的重力矩实现横倾调节作用，达到了抗横倾的目的。本发明根据实时横倾角度采用角度梯度控制的形式，多阶段性的对横倾进行调节。本发明采用三水泵的方式，两用一备，正常工作时两台水泵运行，一台水泵备用，相应调倾阀配合水泵开闭，当一台水泵发生故障时，可以启动备用泵，保证系统正常运行。总体来说，本发明更贴合实际应用场景，提高了起重船吊装的安全性。本发明根据实际横倾角度，对电控水泵的工作频率进行动态调节，可以实现精准横倾调节，避免过渡调节导致的反复横倾的情况。
附图说明
23.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
24.图1为本发明具体实施例中的管路连接示意图；
25.图2为本发明具体实施例中的控制系统示意图；
26.图3为本发明具体实施例中的流程图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供一种起重船抗横倾系统，如图1、2所示，包括：调倾仓1、调倾仓5、调倾仓11、调倾仓15四个调倾仓，所述调倾仓1和调倾仓11位于船体左侧，调倾仓5和调倾
仓15位于船体右侧；调倾仓内均设置高位报警浮球控制器104、低位报警控制器105；调倾泵3、调倾泵8、调倾泵13三台变频泵与调倾阀2、调倾阀4、调倾阀6、调倾阀7、调倾阀9、调倾阀10、调倾阀12、调倾阀14八个电液调倾阀位于船舶机舱内，且保持实时联动。调倾仓1、调倾仓2之间依次管路连通调倾阀2、调倾泵3、调倾阀4；调倾仓11、调倾仓15之间依次管路连通调倾阀12、调倾泵13、调倾阀14；调倾仓1与调倾阀2之间的管路与调倾仓11与调倾阀12之间的管路之间管路串接调倾阀6、调倾阀9；调倾仓5与调倾阀4之间的管路与调倾仓15与调倾阀14之间的管路之间管路串接调倾阀7、调倾阀10；调倾阀6与调倾阀9之间的管路与调倾阀7与调倾阀10之间的管路之间管路并接调节泵8，使得调节泵8通过调倾阀6、调倾阀7、调倾阀9、调倾阀10并接在两个相对设置的调倾仓之间的管路之间。正常工作时两台调倾泵运行，一台调倾泵备用，相应调倾阀配合调倾泵开闭。
29.当调倾泵3、调倾泵8工作时，调倾阀2、调倾阀4、调倾阀6、调倾阀7提前打开，其余关闭；当调倾泵3、调倾泵13工作时，调倾阀2、调倾阀4、调倾阀9、调倾阀10提前打开，其余关闭；当调倾泵8、调倾泵13工作时，调倾阀6、调倾阀7、调倾阀12、调倾阀14提前打开，其余关闭。
30.两对调倾仓：调倾仓1和调倾仓11、调倾仓5和调倾仓15，当吊机起重重量小于单侧单个调倾仓蓄水上限重量时，可以通过手动或自动的模式采取一对调倾仓工作的模式，而且可以选择调倾仓1和调倾仓11或者调倾仓5和调倾仓15两对中的一对工作。根据三台调倾泵的工作与备用状态系统提前开启和关闭对应调倾阀。
31.起重船抗横倾系统还包括：控制器系统103、双轴倾斜仪106、调倾泵控制箱108、主显示操控面板102、远程显示操控面板101，双轴倾斜仪106有两台，一用一备，用于实时监测起重船吊装过程中的横倾，根据实时横倾，用控制器系统103通过调倾泵控制箱108控制调倾泵频率、调倾阀的开关，实现系统手动或自动模式下的抗横倾功能；所述远程显示操控面板101位于驾驶室内，主显示操控面板102位于船舶机舱内，实时显示船舶横倾，液位报警，调倾泵启停、频率，调倾阀开关，调倾仓水位。
32.本发明具体实施例的起重船抗横倾系统的控制方法可以有手动抗横倾模式和自动抗横倾模式两种。在手动抗横倾模式下，船员根据起重机运动轨迹，结合横倾数据，手动控制调倾泵和对应的调倾管系阀门，并实时与起重机控制室保持通讯，人为保障船舶横倾状态在安全区。
33.自动抗横倾模式的抗横倾步骤为：
34.预设低倾角、预设高倾角、预设报警倾角的取值可以根据船舶具体的型号、状态、吊装物品等，根据实际经验在抗横倾调节之前进行预设，以下以预设低倾角为1
°
、预设高倾角为2
°
、预设报警倾角为
±5°
为例，
35.电控调倾泵的最低工作频率、最大工作频率是根据不同型号的泵来确定的，以下以最低工作频率为10hz、最大工作频率为60hz为例。
36.步骤1：系统检查调倾仓水位是否在正常状态，传感器有无故障，调倾泵有无故障，调倾阀是否关闭；
37.步骤2：判断吊机是否在初始状态；
38.步骤3：当吊机处在初始状态时，在使用吊机前，必须事先开始准备自动抗横倾，当自动抗横倾一切准备工作完成，需要通知吊车驾驶员，驾驶员确认一切正常之后才可以开
始正常吊装工作，此期间抗横倾系统处于一直工作状态，横倾信号检查到横倾在1
°
内自动开始开阀，阀门完全打开后启泵，变频器开始待机工作，以最低工作频率10hz进行工作，如果倾斜仪信号大于1
°
小于2
°
时，变频电机将以10hz运转，在一定时间内如果没有得到正确角度反馈，变频电机会根据反馈角度倾斜速率增加变频器转速，公式为：
39.y＝kδx+c
40.式中，c为最低工作频率10hz；δx为倾斜角度变化率；k＝(60hz-10hz)/(2-1)；c与k可以自行设置更改；
41.横倾角度大于等于2
°
时，变频器会以最高60hz运行，
42.当吊机未处在初始状态时，横倾信号检查到横倾超限1
°
自动开始开阀，阀门完全打开后启泵，变频电机会根据反馈角度倾斜速率增加变频器转速，公式为：
43.y＝kδx+c
44.式中，c为最低工作频率10hz；δx为倾斜角度变化率；k＝(60hz-10hz)/(2-1)；c与k可以自行设置更改；
45.步骤4：当收到吊机停止信号，或者收到紧急停止信号，泵机与阀门同时关闭，然后所有输出信号停止，自动控制停止，此时自动抗横倾结束。
46.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种起重船抗横倾系统，其特征在于，包括：四个调倾仓、四个液位传感器、两个电控调倾泵、四个电控调倾阀、双轴倾斜仪、控制器、显示操控面板；四个调倾仓两两相对的分设在船舱两侧，一侧的两个调倾仓沿船舶行进方向前后排列；液位传感器设置在调倾仓内；两个相对设置的调倾仓之间依次管路连接电控调倾阀、电控调倾泵、电控调倾阀；双轴倾斜仪设置在船舱中心位置；控制器分别与各电控调倾阀、电控调倾泵、双轴倾斜仪、显示操控面板连接。2.如权利要求1所述的起重船抗横倾系统，其特征在于，所述起重船抗横倾系统还包括：四个备用电控调倾阀、备用电控调倾泵；备用电控调倾泵通过四个备用电控调倾阀并接在两个相对设置的调倾仓之间的管路之间。3.如权利要求1所述的起重船抗横倾系统的控制方法，其特征在于，包括：当起重船开始吊装工作时，实时获取当前横倾角度，根据当前横倾角度对电控调节泵的工作频率进行调节，并根据当前横倾角度的正负值对电控调节泵的泵水方向进行调节，直至吊装工作完成，其中，根据当前横倾角度对电控调节泵的工作频率进行调节具体过程如下：当当前横倾角度的绝对值小于预设低倾角范围时，控制电控调倾泵保持在最低待机频率进行工作，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；当当前横倾角度的绝对值在预设低倾角与预设高倾角范围之内时，根据当前横倾角度动态控制电控调节泵的工作频率，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；当当前横倾角度的绝对值在预设高倾角与预设报警倾角范围之内时，控制电控调节泵满频率的工作，将一侧调倾仓中的水泵入另一侧调倾仓中；当当前横倾角度的绝对值大于等于预设报警倾角时，给出报警信号，停止抗横倾；其中，预设低倾角、预设高倾角、预设报警倾角根据船舶实际状况进行预设。4.如权利要求3所述的起重船抗横倾系统的控制方法，其特征在于，根据当前横倾角度动态控制电控调节泵的工作频率的具体公式如下：y＝kδx+c其中，y为电控调节泵的工作频率；δx为倾斜角度变化率；k＝(电控调节泵最大频率-电控调节泵待机频率)/(预设高倾角-预设低倾角)；c为电控调节泵的最低工作频率。5.如权利要求4所述的起重船抗横倾系统的控制方法，其特征在于，所述预设低倾角的取值范围为0.5
°
～1.5
°
；所述预设高倾角的取值范围为1.5
°
～5
°
。6.如权利要求4所述的起重船抗横倾系统的控制方法，其特征在于，所述预设报警倾角为
±5°
。7.如权利要求4所述的起重船抗横倾系统的控制方法，其特征在于，所述电控调节泵的最低工作频率为10hz。

技术总结
本发明公开了一种起重船抗横倾系统，包括：四个调倾仓、四个液位传感器、两个电控调倾泵、四个电控调倾阀、双轴倾斜仪、控制器、显示操控面板；四个调倾仓两两相对的分设在船舱两侧，一侧的两个调倾仓沿船舶行进方向前后排列；液位传感器设置在调倾仓内；两个相对设置的调倾仓之间依次管路连接电控调倾阀、电控调倾泵、电控调倾阀；双轴倾斜仪设置在船舱中心位置；控制器分别与各电控调倾阀、电控调倾泵、双轴倾斜仪、显示操控面板连接。本发明根据吊机回转方位及变幅角度、船舶姿态，自动控制阀门操作，通过调节电控水泵的工作频率调节泵水流量、流速，以此调拨左右调倾仓中的水位，利用水位差产生的重力矩实现横倾调节作用，达到了横倾的目的。横倾的目的。横倾的目的。


技术研发人员：郭霆 田家骏 孔祥雷 吉承成 程鲲鹏 武思晨 黄忠政 刘乐生 刘艺 童星
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/5/9