三自由度波浪补偿海工克令吊底座的制作方法

1.发明涉及海洋工程装备技术领域，特别涉及三自由度波浪补偿海工克令吊底座。


背景技术：

2.海工克令吊(offshore crane)又称船用起重机，是一种布置在海洋结构物(如船舶等)甲板上的大型机械，属于装卸货物的装备，其具有起重能力大、耐冲击、制动性能好、安全可靠、作业效率高等优点，被广泛应用在海洋工程装备领域。
3.海工克令吊在实际作业过程中，受海洋风浪的影响，会随船体产生横摇、纵摇、升沉等六个自由度的复杂运动，对船用起重机的工作造成干扰。在实际工作中，由于受到船体运动的影响，可能使吊运的重物与船舶甲板、海洋平台或其它目标发生碰撞，引发安全事故，对生命财产安全和海洋环境造成严重威胁。美国、德国等发达国家已经开发出较为成熟的具备波浪补偿能力的海工克令吊产品投入到市场，并在实际生产中起到了一定的效果。但这类产品多具有结构复杂、整体系统繁多、安装难度大等特点。我国对波浪补偿装置的研究起步较晚，相较于发达国家的成熟产品尚有较大差距，一般的船用起重机也大多并不具备波浪补偿能力。
4.现有的海洋波浪补偿设备一般包括平台、以及设置于平台下方的若干个升降液压油缸，然后通过若干个升降液压油缸的升降动作来实现对平台对海面波浪的补偿，但当平台上装载有重物时，重物及平台的重量需要由升降液压油缸来直接承受，由于升降液压油缸需要长时间在高负载情况下工作，不仅对升降液压油缸的性能要求较高，而且还容易造成升降液压油缸寿命短的问题。


技术实现要素：

5.发明的目的是提供三自由度波浪补偿海工克令吊底座，本方案仅需借助三个支点便能够实现对承重平台在应对海上波浪的升降补偿动作，还能够充分利用承重底座承重性能好的特点，并以承重底座作为支点，以保障承重平台具有较高的承载能力，进而保障承载大载荷工件时的作业能力。
6.发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.三自由度波浪补偿海工克令吊底座，包括：
8.承重底座；
9.第一转动装置，其设置于承重底座上；
10.第二转动装置，其设置于第一转动装置的活动端上，其转动轴向与第一转动装置的转动轴向垂直；
11.承重平台，其与第二转动装置转动连接；
12.第二升降装置，其活动端连接于承重平台；
13.第三升降装置，其活动端连接于承重平台；
14.第二转动装置的活动端、第二升降装置的活动端、第三升降装置的活动端分别连
接于承重平台的同一侧面上且呈三角形排布。
15.由于承重底座能够作为支点来承受重量，第一转动装置与第二转动装置两者在转动轴向上相互垂直，因此使得承重平台能够完成两个方向的转动调节，由此可见，承重底座、第一转动装置、第二转动装置能够作为受力承重点的同时，上述三者还能够与另外的第二升降装置与第三升降装置进行联动配合，以通过第二升降装置和第三升降装置的升降动作来实现对承重平台的升降调节；相对于由若干个升降液压油缸构成的常规波浪补偿设备，本方案仅需借助三个支点(三个支点分别为承重底座、第二升降装置、第三升降装置)便能够实现对承重平台在应对海上波浪的升降补偿动作，具体是指船体间横向摇摆、纵向摇摇与升沉的三个自由度的运动补偿，使得本方案的占地面积远小于已公布的其它波浪补偿装置底座，以便于降低对海洋装备(如船舶、海工装备等)所需的结构改造要求和占地空间，同时方便模块化安装及运输，进一步降低使用成本；而且本方案能够充分利用承重底座承重性能好的特点，并以承重底座作为支点，以保障承重平台具有较高的承载能力，进而保障承载大载荷工件时的作业能力。
16.在一些具体实施方式中，承重平台包括：
17.滑动套筒，其具有滑动通道；
18.升降塔，其滑动连接于滑动通道内；
19.第一升降装置，其设置于第二转动装置的活动端上，其滑动端与升降塔连接，其能够驱动升降塔在滑动通道内升降；第二转动装置的活动端、第二升降装置的活动端、第三升降装置的活动端分别连接于滑动套筒的底部。
20.由此，本方案提供了一种能够升降的承重平台的具体结构构造，通过利用滑动套筒与升降塔的组合，相对于现有不可调节的平台结构，本方案的承重平台能够在实现升降补偿动作的基础上增加高度升降调节功能；其次，滑动套筒上的滑动通道两端均开设有开口，再配合套筒式的滑动结构，以便于适配容易积水的船舶使用环境。
21.在一些具体实施方式中，滑动通道呈三角形，升降塔的外侧壁与滑动通道的内壁相匹配，滑动通道内设有滑轨部，升降塔的外侧壁上设有滑动滚轮，滑动滚轮滑动连接于滑轨部上。
22.由此，升降塔的外侧壁呈三角形，三角形的承重平台能够更好地适配本方案所采用的承重底座、第二升降装置、第三升降装置作为三个支点，以便于通过利用三角形结构的稳定性来提高承重平台在升降补偿动作过程的稳定性。
23.在一些具体实施方式中，第一升降装置的数量至少为三个，至少三个第一升降装置的固定端上套设有加强件。
24.在一些具体实施方式中，加强件的数量为若干个且连接成一体。
25.由此，加强件为多层结构且每层之间焊接有加强板材及骨材；加强件与第一升降装置的固定端之间为刚性连接，以便于放置第一升降装置在受力的过程中发生倾倒的情况，进而保证第一升降装置的工作稳定性。
26.在一些具体实施方式中，包括：
27.第三转动装置，其转动连接于滑动套筒的底部；
28.第四转动装置，其一端与第三转动装置转动连接，其另一端连接于第二升降装置的活动端；
29.第三转动装置的转动轴向与第四转动装置的转动轴向互相垂直。
30.优选地，第三转动装置的转动轴向与第一转动装置的转动轴向相同，第四转动装置的转动轴向与第二转动装置的转动轴向相同，由此可使得滑动套筒与第二升降装置的活动端之间具有两个自由度，且该自由度与承重平台的调节相关联。
31.在一些具体实施方式中，包括：
32.第五转动装置，其转动连接于第二升降装置的固定端；
33.第六转动装置，其与第五转动装置转动连接；
34.第五转动装置的转动轴向与第六转动装置的转动轴向互相垂直。
35.优选地，第五转动装置的转动轴向与第二转动装置的转动轴向相同，第六转动装置的转动轴向与第一转动装置的转动轴向相同，由此可使得第二升降装置的固定端安装于船舶上时具有两个自由度，且该自由度与承重平台的调节相关联。
36.在一些具体实施方式中，包括：
37.第七转动装置，其转动连接于滑动套筒的底部；
38.第八转动装置，其一端与第七转动装置转动连接，其另一端连接于第三升降装置的活动端；
39.第七转动装置的转动轴向与第八转动装置的转动轴向互相垂直。
40.优选地，第七转动装置的转动轴向与第一转动装置的转动轴向相同，第八转动装置的转动轴向与第二转动装置的转动轴向相同，由此可使得滑动套筒与第三升降装置的活动端之间具有两个自由度，且该自由度与承重平台的调节相关联。
41.在一些具体实施方式中，包括：
42.第九转动装置，其转动连接于第三升降装置的固定端；
43.第十转动装置，其与第九转动装置转动连接；
44.第九转动装置的转动轴向与第十转动装置的转动轴向互相垂直。
45.优选地，第九转动装置的转动轴向与第二转动装置的转动轴向相同，第十转动装置的转动轴向与第一转动装置的转动轴向相同，由此可使得第三升降装置的固定端安装于船舶上时具有两个自由度，且该自由度与承重平台的调节相关联。
46.在一些具体实施方式中，承重底座包括依次连接成一体的第一抵接部、第一支撑部、第二支撑部、第二抵接部；第一支撑部与第二支撑部之间留有间距或为实心底座。
47.由此，承重底座的主要承力结构横截面积基本没有折减，第一抵接部和第二抵接部能够增大基础面积而且能够与船舶相连接，第一支撑部与第二支撑部具有良好的受力支撑。
48.综上，本方案仅需借助三个支点便能够实现对承重平台在应对海上波浪的升降补偿动作，还能够充分利用承重底座承重性能好的特点，并以承重底座作为支点，以保障承重平台具有较高的承载能力，进而保障承载大载荷工件时的作业能力。
附图说明
49.图1是本实施例的结构示意图；
50.图2是本实施例的另一视角的结构示意图；
51.图3是图2中a处的放大图；
52.图4是图2中b处的放大图；
53.图5是图2中c处的放大图；
54.图6是图2中d处的放大图；
55.图7是图2中e处的放大图；
56.图8是本实施例的爆炸结构示意图；
57.图9是图8中f处的放大图；
58.图10是第一转动装置与第二转动装置与承重底座的连接关系示意图；
59.图11是本实施例中若干个加强件的位置关系示意图。
60.附图标记：
61.1、承重底座；11a、第一抵接部；11b、第一支撑部；11c、第二支撑部；11d、第二抵接部；
62.21、第一转动装置；22、第二转动装置；
63.31、第三转动装置；32、第四转动装置；
64.41、第五转动装置；42、第六转动装置；
65.51、第七转动装置；52、第八转动装置；
66.61、第九转动装置；62、第十转动装置；
67.7、承重平台；71、第一升降装置；711、加强件；711a、加强板材； 711b、加强骨；72、滑动套筒；72a、滑动通道；72a1、滑轨部；73、升降塔；73a、滑动滚轮；
68.82、第二升降装置；83、第三升降装置。
具体实施方式
69.以下结合附图对发明作进一步详细说明。
70.三自由度波浪补偿海工克令吊底座，如图1至图11所示，包括：承重底座1、第一转动装置21、第二转动装置22、第二升降装置82、第三升降装置83，具体如下：
71.承重底座1用于安装在船舶上；如图10所示，承重底座1包括依次连接成一体的第一抵接部11a、第一支撑部11b、第二支撑部11c、第二抵接部11d；第一支撑部11b与第二支撑部11c之间留有间距。但不仅限于此，承重底座1为实心结构也可以，即第一支撑部11b与第二支撑部11c之间没有留有间距。
72.由此，承重底座1的主要承力结构横截面积基本没有折减，第一抵接部11a和第二抵接部11d能够增大基础面积而且能够与船舶相连接，第一支撑部11b与第二支撑部11c具有良好的受力支撑。
73.如图3所示，第一转动装置21，其设置于承重底座1上；第二转动装置22，其设置于第一转动装置21的活动端上，其转动轴向与第一转动装置 21的转动轴向垂直；第一转动装置21与第二转动装置22构成第一铰接机构。
74.承重平台7，其与第二转动装置22转动连接；在本实施例中，承重平台7包括：滑动套筒72、升降塔73、第一升降装置71，具体如下：
75.如图8和图9所示，滑动套筒72具有滑动通道72a；升降塔73滑动连接于滑动通道72a内；具体地，滑动通道72a呈三角形，升降塔73的外侧壁与滑动通道72a的内壁相匹配，滑动通道72a内设有滑轨部72a1，升降塔73的外侧壁上设有滑动滚轮73a，滑动滚轮73a滑动连
接于滑轨部72a1 上。由此，升降塔73的外侧壁呈三角形，三角形的承重平台7能够更好地适配本方案所采用的承重底座1、第二升降装置82、第三升降装置83作为三个支点，以便于通过利用三角形结构的稳定性来提高承重平台7在升降补偿动作过程的稳定性。
76.第二升降装置82，其活动端连接于承重平台7的滑动套筒72底部；
77.第三升降装置83，其活动端连接于承重平台7的滑动套筒72底部；
78.第二转动装置22的活动端、第二升降装置82的活动端、第三升降装置83的活动端分别连接于承重平台7的同一侧面上且呈三角形排布。
79.第一升降装置71，其设置于第二转动装置22的活动端上，其滑动端与升降塔73连接，其能够驱动升降塔73在滑动通道72a内升降；
80.第二转动装置22的活动端、第二升降装置82的活动端、第三升降装置83的活动端分别连接于滑动套筒72的底部。
81.由此，本方案提供了一种能够升降的承重平台7的具体结构构造，通过利用滑动套筒72与升降塔73的组合，相对于现有不可调节的平台结构，本方案的承重平台7能够在实现升降补偿动作的基础上增加高度升降调节功能；其次，滑动套筒72上的滑动通道72a两端均开设有开口，再配合套筒式的滑动结构，以便于适配容易积水的船舶使用环境。
82.优选地，第一升降装置71的数量至少为三个，至少三个第一升降装置 71的固定端上套设有加强件711。具体地，本实施例中的第一升降装置71 数量为三个。但不仅限于此，第一升降装置71的数量还能够是少于三个，例如一个或两个，当其数量超过两个时则需要通过加强件711来实现整体性的加强。
83.如图11所示，加强件711的数量为若干个且连接成一体，若干个加强件711沿着第一升降装置71的升降方向堆叠。加强件711为多层结构且每层之间焊接有加强板材711a及加强骨711b；加强件711与第一升降装置 71的固定端之间为刚性连接，以便于放置第一升降装置71在受力的过程中发生倾倒的情况，进而保证第一升降装置71的工作稳定性。本方案对传力过程中的受力薄弱环节(第一升降装置71的固定端)增设抗失稳构件(即加强件711)，以避免实际工作中部分机构失效等风险，增强了本方案的整体稳定性以及结构稳定性。
84.具体地，本实施例还包括：
85.第三转动装置31，其转动连接于滑动套筒72的底部；
86.第四转动装置32，其一端与第三转动装置31转动连接，其另一端连接于第二升降装置82的活动端；
87.第三转动装置31的转动轴向与第四转动装置32的转动轴向互相垂直。
88.优选地，第三转动装置31的转动轴向与第一转动装置21的转动轴向相同，第四转动装置32的转动轴向与第二转动装置22的转动轴向相同，由此可使得滑动套筒72与第二升降装置82的活动端之间具有两个自由度，且该自由度与承重平台7的调节相关联。
89.具体地，如图5所示，本实施例还包括：
90.第五转动装置41，其转动连接于第二升降装置82的固定端；
91.第六转动装置42，其与第五转动装置41转动连接；
92.第五转动装置41的转动轴向与第六转动装置42的转动轴向互相垂直。
93.优选地，第五转动装置41的转动轴向与第二转动装置22的转动轴向相同，第六转
动装置42的转动轴向与第一转动装置21的转动轴向相同，由此可使得第二升降装置82的固定端安装于船舶上时具有两个自由度，且该自由度与承重平台7的调节相关联。
94.具体地，如图6所示，本实施例还包括：
95.第七转动装置51，其转动连接于滑动套筒72的底部；
96.第八转动装置52，其一端与第七转动装置51转动连接，其另一端连接于第三升降装置83的活动端；
97.第七转动装置51的转动轴向与第八转动装置52的转动轴向互相垂直。
98.优选地，第七转动装置51的转动轴向与第一转动装置21的转动轴向相同，第八转动装置52的转动轴向与第二转动装置22的转动轴向相同，由此可使得滑动套筒72与第三升降装置83的活动端之间具有两个自由度，且该自由度与承重平台7的调节相关联。
99.具体地，如图7所示，本实施例还包括：
100.第九转动装置61，其转动连接于第三升降装置83的固定端；
101.第十转动装置62，其与第九转动装置61转动连接；
102.第九转动装置61的转动轴向与第十转动装置62的转动轴向互相垂直。
103.优选地，第九转动装置61的转动轴向与第二转动装置22的转动轴向相同，第十转动装置62的转动轴向与第一转动装置21的转动轴向相同，由此可使得第三升降装置83的固定端安装于船舶上时具有两个自由度，且该自由度与承重平台7的调节相关联。
104.在本实施例中，第一升降装置71、第二升降装置82、第三升降装置83 均为液压油缸，具体地，上述三者的固定端是指活塞缸部分，上述三者的活动端是指活塞杆部分。
105.有益效果
106.本方案结构简单，便于安装与维护，而且本发明采用简单可靠的伸缩油缸、转动装置、滑动结构等结构，采取各机构合理的配合形式，完成克令吊安装平面与船体间横摇、纵摇与升沉三个自由度的运动补偿。本方案可在海洋装备(如船舶、海工平台)由于恶劣海况产生横摇、纵摇、垂荡运动时对克令吊进行三个自由度的运动补偿，并限制克令吊在水平横向(如船宽方向)、水平纵向(如船长方向)、水平面内(如与船体甲板平行的水平面)旋转三个自由度的位移或旋转，保证克令吊在恶劣海况中始终处于水平稳定状态。
107.由于承重底座1能够作为支点来承受重量，第一转动装置21与第二转动装置22两者在转动轴向上相互垂直，因此使得承重平台7能够完成两个方向的转动调节，由此可见，承重底座1、第一转动装置21、第二转动装置22能够作为受力承重点的同时，上述三者还能够与另外的第二升降装置 82与第三升降装置83进行联动配合，以通过第二升降装置82和第三升降装置83的升降动作来实现对承重平台7的升降调节，由此可见，本方案具备高承载能力，保障大载荷作业能力。
108.相对于由若干个升降液压油缸构成的常规波浪补偿设备，本方案仅需借助三个支点(三个支点分别为承重底座1、第二升降装置82、第三升降装置83)便能够实现对承重平台7在应对海上波浪的升降补偿动作，具体是指船体间横向摇摆、纵向摇摇与升沉的三个自由度的运动补偿，使得本方案的占地面积远小于已公布的其它波浪补偿装置底座，以便于降低对海洋装备(如船舶、海工装备等)所需的结构改造要求和占地空间，同时方便模块化安装及运输，进一步降低使用成本，安装时无需对原结构物进行大面积改造；而且本方案能够充分利用承重底座1承重性能好的特点，并以承重底座1作为支点，以保障承重平台7具有较
高的承载能力，进而保障承载大载荷工件时的作业能力。
109.本具体实施例仅仅是对发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，包括：承重底座；第一转动装置，其设置于所述承重底座上；第二转动装置，其设置于所述第一转动装置的活动端上，其转动轴向与所述第一转动装置的转动轴向垂直；承重平台，其与所述第二转动装置转动连接；第二升降装置，其活动端连接于所述承重平台；第三升降装置，其活动端连接于所述承重平台；所述第二转动装置的活动端、所述第二升降装置的活动端、所述第三升降装置的活动端分别连接于所述承重平台的同一侧面上且呈三角形排布。2.根据权利要求1所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，所述承重平台包括：滑动套筒，其具有滑动通道；升降塔，其滑动连接于所述滑动通道内；第一升降装置，其设置于所述第二转动装置的活动端上，其滑动端与所述升降塔连接，其能够驱动所述升降塔在所述滑动通道内升降；所述第二转动装置的活动端、所述第二升降装置的活动端、所述第三升降装置的活动端分别连接于所述滑动套筒的底部。3.根据权利要求2所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，所述滑动通道呈三角形，所述升降塔的外侧壁与所述滑动通道的内壁相匹配，所述滑动通道内设有滑轨部，所述升降塔的外侧壁上设有滑动滚轮，所述滑动滚轮滑动连接于所述滑轨部上。4.根据权利要求2所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，所述第一升降装置的数量至少为三个，至少三个所述第一升降装置的固定端上套设有加强件。5.根据权利要求4所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，所述加强件的数量为若干个且连接成一体。6.根据权利要求2所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，包括：第三转动装置，其转动连接于所述滑动套筒的底部；第四转动装置，其一端与所述第三转动装置转动连接，其另一端连接于所述第二升降装置的活动端；所述第三转动装置的转动轴向与第四转动装置的转动轴向互相垂直。7.根据权利要求1所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，包括：第五转动装置，其转动连接于所述第二升降装置的固定端；第六转动装置，其与所述第五转动装置转动连接；所述第五转动装置的转动轴向与第六转动装置的转动轴向互相垂直。8.根据权利要求2所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，包括：第七转动装置，其转动连接于所述滑动套筒的底部；第八转动装置，其一端与所述第七转动装置转动连接，其另一端连接于所述第三升降装置的活动端；所述第七转动装置的转动轴向与第八转动装置的转动轴向互相垂直。
9.根据权利要求1所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，包括：第九转动装置，其转动连接于所述第三升降装置的固定端；第十转动装置，其与所述第九转动装置转动连接；所述第九转动装置的转动轴向与第十转动装置的转动轴向互相垂直。10.根据权利要求1所述的三自由度波浪补偿海工克令吊底座，其特征在于，所述承重底座包括依次连接成一体的第一抵接部、第一支撑部、第二支撑部、第二抵接部。

技术总结
发明公开了三自由度波浪补偿海工克令吊底座，涉及海洋工程装备技术领域，解决了现有的海洋波浪补偿设备的载物重量需要由升降液压油缸来直接承受，不仅对升降液压油缸的性能要求较高，而且还容易造成升降液压油缸寿命短的问题，其技术方案要点包括：承重底座、第一转动装置、第二转动装置、承重平台、第二升降装置、第三升降装置；第二转动装置的活动端、第二升降装置的活动端、第三升降装置的活动端分别连接于承重平台的同一侧面上且呈三角形排布；本方案仅需借助三个支点便能够实现对承重平台的升降补偿动作，还能够充分利用承重底座承重性能好的特点，以保障承重平台具有较高的承载能力，进而保障承载大载荷工件时的作业能力。力。力。


技术研发人员：周思奇 杨文林 蒋健波 薛乃耀 翟宝琦 刘涛 祝普强
受保护的技术使用者：广东智能无人系统研究院
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/3/14