[发明专利]海上作业起重机的升沉补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及起重机，尤其涉及一种用于海上作业起重机的升沉补偿装置。属于海洋能源开采起重作业工程领域。

背景技术

随着海洋能源开采的日益广泛，海洋工程装备也蓬勃发展起来。海上作业起重机做为海洋工程的重要装备之一，在能源开采、海上物流、救援等领域发挥着重要作用。

目前，海上作业起重机的母船，在受到海风、波浪、洋流等各种干扰的影响下，将会产生空间的波频摇荡运动。其中，对船舶的运动状态影响最大的是重力方向上的升沉运动。由于升沉运动的存在，因此，导致海上作业的安全性、作业效率大大降低。且由于升沉运动的影响，还会使两船舶或船舶与水下平台之间的相对位置发生变化，货物的起升和下降很难进行精确的控制，因此，容易产生碰撞及货物的再次悬空，致使补给不能正常进行。为了解决上述问题，在海上作业起重机上增加了一种升沉补偿系统。按照控制方式不同，升沉补偿系统可分为被动式升沉补偿系统和主动式升沉补偿系统两类。其中，被动式补偿系统的优点是不需消耗额外能量，但其精度较低、滞后量较大，因此，无法满足高性能要求。而主动式升沉补偿系统按照其执行元件的不同可以分为液压缸式、绞车式两种。其中，液压缸式位移补偿范围较小、占用空间较大。绞车式升沉补偿方式有非常明显的优势，补偿的位移不受限制；液压马达可通过差动减速器，将补偿动作与起升动作集成，两者共用一套起升机构，因此，节约了空间及设备成本。主动式升沉补偿系统滞后量较小、补偿效率较高，其是确保海上作业安全性的必要装备。但是，主动式补偿系统结构复杂，成本较高，且需要额外的动力源，能耗巨大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种用于海上作业起重机的升沉补偿装置，其不仅能够回收负载下降时所产生的重力势能，解决了需要额外的动力源，能耗巨大的问题，大大提高能源利用率；而且，大大提高了系统性能，节约了生产成本。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种海上作业起重机的升沉补偿装置，其特征在于：包括：设置在母船的液压油箱、与液压油箱分别相连的变量液压泵和溢流阀、设置在母船上用于检测船舶运动状态的传感器、检测卷筒运动信号的编码器、与传感器相连的控制器、与控制器分别相连的液压控制阀、二次元件，其中，传感器将采集到的船舶运动状态转换成电信号，并通过电缆传递给控制器；控制器与变量液压泵相连，用于改变液压泵的排量；负载通过钢丝绳与卷筒相连，用于提升负载；且负载在重力的作用下向下运动，卷筒将负载的直线运动转化为旋转运动，用以驱动二次元件的转动，输出高压油；液压控制阀分别依次与液压马达、发电机、逆变器及比例控制阀、蓄能器相连，通过控制回收能量液压马达的排量、发电机的扭矩以及比例控制阀的开口大小，用以改变背压，实现对二次元件转速的调节，并将负载的重力势能转换为电能和液压能储存在超级电容和蓄能器中；二次元件依次与卷筒、负载相连，负载与控制器相连；逆变器与超级电容、电机相连，并交互信息；电机与动力耦合装置相连；控制器输出控制信号改变变量液压泵的排量，从而控制二次元件的转速，以达到补偿目的。

所述变量液压泵安装在发动机上，变量液压泵在控制器输出信号的作用下动作，提供驱动负载所需的高压油。

所述液压控制阀采用三位三通液压控制阀；该液压控制阀控制变量液压泵与二次元件之间的液压油流向。

所述二次元件与卷筒之间安装有的减速器，用于将负载起升下降运动和升沉补偿运动合成；二次元件为液压马达或泵，用于实现液压能和机械能相互转化。

所述编码器安装在卷筒上，用于检测卷筒转速。

所述控制器结合负载反馈的信号，通过计算后发出指令控制变量液压泵、液压控制阀、二次元件、比例控制阀、液压马达动作。

所述能量回收装置接收二次元件油口输出的液压油并连接至液压马达、溢流阀，液压马达在油液推动下旋转，并带动发电机发电输送至实现交流-直流转换的逆变器，且利用电位差来储存能量的超级电容，并在后续动作中给电机供电，用于辅助发动机进行负载起升的驱动。

所述比例控制阀采用二位二通比例控制阀。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其不仅能够回收负载下降时所产生的重力势能，其重力势能回收效率可达51％；解决了需要额外的动力源，能耗巨大的问题，大大提高能源利用率；而且，大大提高了系统性能，节约了生产成本。

附图说明

图1为本发明整体结构液压原理示意图；

图2A为本发明中势能转换为液压能时蓄能器压力情况曲线示意图；