一种绳牵引式波浪补偿平台的制作方法

1.本发明涉及波浪补偿技术领域，尤其涉及一种绳牵引式波浪补偿平台。


背景技术：

2.随着对海洋领域的探索，船舶在海上的作业日益增多，而海浪则会影响船舶的运动，使船舶产生升沉、横摇、纵摇、横荡、纵荡和艏摇六个自由度的运动，其中升沉、横摇和纵摇三个自由度的运动是对海上作业过程中最主要的影响。由海浪运动引起的船舶运动，会使得海上工作人员在作业时的风险增加，影响海上作业的效率，而船舶升沉带来的加速度变化，也会使得工程机械的驱动力和结构强度无法满足作业需求，因此需要采取一定的技术手段补偿的船舶运动，这些技术手段统称为波浪补偿技术。
3.现有的波浪补偿装置或平台主要分为两种。第一种是被动式波浪补偿方式，第二种是主动式波浪补偿方式。主动式波浪补偿方式大多是采用六个伺服电动缸交错控制，被动式波浪补偿方式则是采用振动器等装置，由于被动式波浪补偿的有效性无法超过80%，难以满足现有需求，所以目前波浪补偿技术大多以主动式波浪补偿为主。
4.公开号为cn108150782a的发明专利公开了一种主动式波浪补偿平台，通过电动缸串并联的形式实现六自由度补偿，由于平台的结构复杂，导致其体积和重量较大，使用的零件过多，也给机械安装增加了难度，而且控制环节的叠加也会影响补偿的有效性；公开号为cn109625177a的发明专利公开了一种三自由度波浪补偿平台，通过三组升降机构来实现三个方向上的波浪补偿，此平台为了加快补偿响应速度，减小了结构的刚度，使得平台的载重能力变差；且滑块和导轨之间的摩擦也会使得能量传递效率变差，整体平台的重心偏高，不利于稳定。
5.船舶所处的海洋环境十分复杂，但最重要的是升沉、横摇和纵摇三个方向的运动，所以补偿平台的设计应首要补偿这三个自由度，同时，平台设计要轻量化，系统响应要迅速，机械结构要合理，这样才能满足设备的稳定性。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种绳牵引式波浪补偿平台。
7.技术方案：本发明一种绳牵引式波浪补偿平台，包括底座，底座安装在实验室船舶运动模拟装置的顶部或者放置于船用平台上；运动控制平台以刚性链接的方式安装在底座上，运动控制平台同步底座运动并且包含有桁架和六边形板；桁架上设置有杠杆机构，杠杆机构的数量为三组并且包括第一液压缸、第二液压缸、杠杆、配重和铰销，第一液压缸缸筒通过铰销一与桁架铰接，第一液压缸活塞杆通过铰销二与杠杆铰接，第二液压缸通过铰销三与桁架铰接，配重通过销轴四与杠杆中心铰接，杠杆的固定端通过铰销五与绳牵引机构铰接；
六边形板上分布有绳牵引机构，绳牵引机构的数量为三组并且包括滑轮一、滑轮二、滑轮支架和钢丝绳，滑轮一安装在滑轮支架的左端，滑轮二安装在滑轮支架的右端，滑轮一、滑轮二的中心保持水平，滑轮支架通过焊接的方式固定在六边形板上，滑轮支架和六边形板的板面垂直固定，钢丝绳的头端通过活节螺栓一与杠杆中间位置栓接，随后在机构平衡位置绕向滑轮一，变向后绕向滑轮二，变向后最终通过活节螺栓二和补偿平台栓接；补偿平台包围在三组绳牵引机构中心处并且包括支撑平台、立柱和工作平台，补偿平台由三组绳牵引机构的钢丝绳悬吊在运动控制平台正上方，补偿平台由三组绳牵引机构的钢丝绳悬吊在运动控制平台正上方，支撑平台由均匀分布的活节螺栓与钢丝绳尾端连接固定；补偿平台的工作平台上设置有三组位移传感器，用于检测活节螺栓二处的加速度值，并计算出位移值，进而将液压变化量输入液压控制系统，液压控制系统根据获得的位移变化量计算出三根钢丝绳所需要补偿的位移量，进而控制三个液压缸运动。
8.本发明的进一步改进在于，运动控制平台的主体由六边形板构成，六边形板每相隔一个临边焊接一个桁架，桁架平面低于六边形板，桁架的数量为三个并且中心线两两之间互呈120
°
，桁架支撑由两侧的加强筋加固连接。
9.本发明的进一步改进在于，杠杆机构采用杠杆，使得钢丝绳适应不同应用场景的变化，在杠杆中间增加配重，能够更好的抵消补偿平台的自重，使得液压缸的驱动力能够更有效的传递，三组杠杆机构两两之间互呈120
°
。
10.本发明的进一步改进在于，当首要满足执行机构的最大功率时，可以使用第一液压缸，杠杆动力臂长于阻力臂，用于省力。
11.本发明的进一步改进在于，当首要满足补偿量程时，可以使用第二液压缸，杠杆的阻力臂长于动力臂，用于节省距离。
12.本发明的进一步改进在于，三组绳牵引机构两两之间设置的角度互呈120
°
。
13.本发明的进一步改进在于，立柱通过焊接的方式安装在支撑平台上。
14.本发明的进一步改进在于，工作平台通过焊接的方式安装在六组立柱上。
15.本发明的进一步改进在于，桁架的数量为三组并且设置为两两相同，第一液压缸与第二液压缸及其液压控制系统设置为两两相同，三组杠杆机构设置为两两相同，三组绳牵引机构设置为两两相同。
16.与现有技术相比，本发明提供的一种绳牵引式波浪补偿平台，至少实现了如下的有益效果：1.本发明可以补偿升沉、横摇和纵摇方向上的叠加运动，减去了影响效果极小的横荡、纵荡和艏摇方向，提高了补偿效果的精度；2.采用钢丝绳取代了传统的刚性支杆，通过对钢丝绳的收放来实现对补偿平台的运动控制。由于钢丝绳的长度一般没有限制，使得整体机构具有较大的工作空间；钢丝绳本身也具备极好的柔性特性，在收放时，绳索本身的张力也可以对船舶的运动起到一定的补偿效果；3.采用三组并联的绳牵引机构结构更加简化，便于改造和调整，且使得整体平台惯量更小，具有更好的动态特性；4.采用杠杆来对钢丝绳实现不同应用场景的变化，当首要满足执行机构的最大功
率时，可以使用第一液压缸，杠杆动力臂长于阻力臂，起到省力的效果；当首要满足补偿量程时，可以使用第二液压缸，杠杆的阻力臂长于动力臂，起到节省距离的效果，在杠杆中间增加配重，更好的抵消补偿平台的自重，使得液压缸的驱动力能够更有效的传递；5.将液压缸置于运动控制平台的桁架上，大大降低了整体平台的重心，提高了稳定性；6.整体平台机构没有涉及复杂的几何结构，没有用到复杂的零件，因此对控制系统和零件加工的精度要求低，使得成本低廉，更易实现。
17.当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
18.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
19.图1为本发明一种绳牵引式波浪补偿平台的立体结构示意图；图2为本发明的正视图；图3为本发明液压控制系统的示意图。
20.其中，1-底座；2-运动控制平台；3-补偿平台；4-杠杆机构；5-绳牵引机构；6-传感控制系统；201-桁架；202-六边形板；301-支撑平台；302-立柱；303-工作平台；401-第一液压缸缸筒；402-第一液压缸活塞杆；403-第二液压缸；404-杠杆；405-配重；406-铰销一；407-铰销二；408-铰销三；409-销轴四；410-铰销五；501-滑轮一；502-滑轮二；503-滑轮支架；504-钢丝绳；505-活节螺栓一；506-活节螺栓二；601-位移传感器；602-液压控制系统。
实施方式
21.现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
22.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
23.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分，在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
24.参阅说明书附图1-3，一种绳牵引式波浪补偿平台，包括底座1、运动控制平台2、补偿平台3、三组杠杆机构4、三组绳牵引机构5和三组传感控制系统6。
25.底座1安装在实验室船舶运动模拟装置顶部，是将绳牵引式波浪补偿平台安装在船舶平台或其他海上作业平台的底座；运动控制平台2由三个桁架201和六边形板202焊接而成。运动控制平台2安装在底座1上，桁架201用来安装三组杠杆机构4，六边形板202用来支撑固定三组绳牵引机构5；三组杠杆机构4和三组绳牵引机构5两两之间各自互呈120
°
；补偿平台3被三组绳牵引机构5包围在中心处。
26.每组杠杆机构4包括：第一液压缸缸筒401、第一液压缸活塞杆402、第二液压缸
403、杠杆404和配重405，第一液压缸缸筒401通过铰销一406与运动控制平台的桁架201铰接；第一液压缸活塞杆402通过铰销二407与杠杆404铰接，铰接位置为杠杆404前端1/4处，此时动力臂大于阻力臂，可以节约液压系统启动时的瞬时功率；第一液压缸缸筒401仅有转动单一自由度和转动量程限制，第一液压缸活塞杆402相对第一液压缸缸筒401伸缩。第二液压缸403通过铰销三408与运动控制平台的桁架201铰接，第二液压缸403可铰接于杠杆404的3/4处，此时阻力臂大于动力臂，可以增大补偿平台3的补偿量程；配重405通过销轴四409与杠杆404中心铰接，配重405可以有效抵消补偿平台3的自重，同样可以减少液压控制系统602启动时的瞬时功率；杠杆404的固定端通过铰销五410与绳牵引机构5铰接。
27.每组绳牵引机构5包括：滑轮一501、滑轮二502、滑轮支架503和钢丝绳504，滑轮一501安装在滑轮支架503的左端，滑轮一501的竖直切线和杠杆404中心处相交，确保在杠杆机构4处于平衡状态时，钢丝绳504能够垂直向上绕向滑轮一501；滑轮二502安装在滑轮支架503的右端，滑轮二502和滑轮一501的中心线保持水平，确保钢丝绳504经过滑轮一501变向后绕向滑轮二502时保持水平；滑轮支架503由两块t型板构成，通过焊接的方式固定在运动控制平台的六边形板202上，和六边形板202板面垂直固定；钢丝绳504头端通过活节螺栓一505与杠杆404中间位置栓接，栓接处可采用绳结等多种方式固定，随后在杠杆机构4平衡位置绕向滑轮一501，此时钢丝绳504保持垂直，变向后绕向滑轮二502，此时钢丝绳504保持水平，变向后绕向活节螺栓二506，此时钢丝绳504保持垂直，最终通过活节螺栓二506和补偿平台3栓接。
28.补偿平台3包括：支撑平台301、立柱302、工作平台303；补偿平台由三组绳牵引机构5的钢丝绳504悬吊在运动控制平台六边形板202正上方；支撑平台301由均匀分布的三个活节螺栓二506与钢丝绳504尾端连接固定；立柱302通过焊接的方式安装在支撑平台301上；工作平台303通过焊接的方式安装在六组立柱302上。
29.三组传感控制系统6包括：位移传感器601和液压控制系统602。
30.三组位移传感器601设置在补偿平台3的工作平台303上，用于检测活节螺栓二506处的加速度值，并计算出位移值，进而将液压变化量输入液压控制系统602；液压控制系统602根据获得的位移变化量计算出三根钢丝绳504所需要补偿的位移量，进而控制三个第一液压缸，来补偿工作平台303在升沉、横摇和纵摇三个方向上的叠加运动。
31.液压控制系统602控制第一液压缸活塞杆402伸缩，当底座1随着船舶在波浪作用下发生升沉、横摇和纵摇三个方向的运动时，通过杠杆机构4和绳牵引机构5传递到工作平台303，通过位移传感器601检测出钢丝绳504尾端的位移量，位移量对应钢丝绳504的变化量，通过控制系统算法求出杠杆404的旋转角度，通过旋转角度求得第一液压缸活塞杆402的伸缩量，控制液压泵供油；三个第一液压缸活塞杆402带动三个杠杆404转动，使得钢丝绳位置发生变化，从而使得补偿平台3保持绝对水平，实现升沉、横摇和纵摇三个方向上的叠加运动。
32.当底座随着船舶在波浪作用下发生升沉、横摇和纵摇三个方向的运动时，液压控制系统控制液压缸活塞杆伸缩，通过杠杆机构和绳牵引机构传递到工作平台，通过位移传感器检测出钢丝绳尾端的位移量，位移量对应钢丝绳的变化量，通过控制系统算法求出杠杆的旋转角度，通过旋转角度求得第一液压缸活塞杆的伸缩量，控制液压泵供油；三个液压缸活塞杆带动三个杠杆转动，使得钢丝绳位置发生变化，使得补偿平台保持绝对水平，从而
实现升沉、横摇和纵摇三个方向上的叠加运动。
33.综上所述，本发明可以补偿升沉、横摇和纵摇三个方向上的叠加运动，可以根据应用场景的不同，利用杠杆实时切换补偿模式；本发明提出的绳牵引式波浪补偿平台结构紧凑，设计合理，对控制系统和零件加工精度要求低，成本低廉并且易于实现。
34.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，包括底座，所述底座安装在实验室船舶运动模拟装置的顶部或者放置于船用平台上；运动控制平台以刚性链接的方式安装在所述底座上，所述运动控制平台同步底座运动并且包含有桁架和六边形板；所述桁架上设置有杠杆机构，所述杠杆机构的数量为三组并且包括第一液压缸、第二液压缸、杠杆、配重和铰销，所述第一液压缸缸筒通过铰销一与所述桁架铰接，第一液压缸活塞杆通过铰销二与杠杆铰接，所述第二液压缸通过铰销三与所述桁架铰接，所述配重通过销轴四与杠杆中心铰接，所述杠杆的固定端通过铰销五与绳牵引机构铰接；所述六边形板上分布有绳牵引机构，所述绳牵引机构的数量为三组并且包括滑轮一、滑轮二、滑轮支架和钢丝绳，所述滑轮一安装在所述滑轮支架的左端，所述滑轮二安装在所述滑轮支架的右端，所述滑轮一、滑轮二的中心保持水平，所述滑轮支架通过焊接的方式固定在所述六边形板上，所述滑轮支架和六边形板的板面垂直固定，所述钢丝绳的头端通过活节螺栓一与杠杆中间位置栓接，随后在机构平衡位置绕向滑轮一，变向后绕向滑轮二，变向后最终通过活节螺栓二和所述补偿平台栓接；补偿平台包围在三组绳牵引机构中心处并且包括支撑平台、立柱和工作平台，所述补偿平台由三组绳牵引机构的钢丝绳悬吊在运动控制平台正上方，补偿平台由三组绳牵引机构的钢丝绳悬吊在运动控制平台正上方，所述支撑平台由均匀分布的活节螺栓与钢丝绳尾端连接固定；所述补偿平台的工作平台上设置有三组位移传感器，用于检测活节螺栓二处的加速度值，并计算出位移值，进而将液压变化量输入液压控制系统，所述液压控制系统根据获得的位移变化量计算出三根钢丝绳所需要补偿的位移量，进而控制三个液压缸运动。2.根据权利要求1所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，所述运动控制平台的主体由六边形板构成，六边形板每相隔一个临边焊接一个桁架，桁架平面低于六边形板，桁架的数量为三个并且中心线两两之间互呈120
°
，桁架支撑由两侧的加强筋加固连接。3.根据权利要求1所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，所述杠杆机构采用杠杆，使得钢丝绳适应不同应用场景的变化，在杠杆中间增加配重，能够更好的抵消补偿平台的自重，使得液压缸的驱动力能够更有效的传递，三组杠杆机构两两之间互呈120
°
。4.根据权利要求3所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，当首要满足执行机构的最大功率时，可以使用第一液压缸，杠杆动力臂长于阻力臂，用于省力。5.根据权利要求3所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，当首要满足补偿量程时，可以使用第二液压缸，杠杆的阻力臂长于动力臂，用于节省距离。6.根据权利要求1所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，三组绳牵引机构两两之间设置的角度互呈120
°
。7.根据权利要求1所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，所述立柱通过焊接的方式安装在支撑平台上。8.根据权利要求1所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，所述工作平台通过焊接的方式安装在六组立柱上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种绳牵引式波浪补偿平台，其特征在于，所述桁架的数量为三组并且设置为两两相同，所述第一液压缸与第二液压缸及其液压控制系统设置为两两相同，三组杠杆机构设置为两两相同，三组绳牵引机构设置为两两相同。

技术总结
本发明公开了一种绳牵引式波浪补偿平台，包括底座，底座为实验室船舶运动模拟装置，运动控制平台以刚性链接的方式安装在底座上，运动控制平台同步底座运动并且包含有桁架和六边形板；桁架上设置有三组杠杆机构并且包括第一液压缸、第二液压缸、杠杆、配重和铰销；六边形板上分布有三组绳牵引机构并且包括滑轮一、滑轮二、滑轮支架和钢丝绳；补偿平台包围在三组绳牵引机构中心处并且包括支撑平台、立柱和工作平台，补偿平台由三组绳牵引机构的钢丝绳悬吊在运动控制平台正上方，补偿平台设置有位移传感器，本发明可以实现升沉、横摇和纵摇三个方向上的叠加运动补偿，结构紧凑合理，成本低廉并且容易实现。低廉并且容易实现。低廉并且容易实现。


技术研发人员：韩重阳 胡雄
受保护的技术使用者：江苏恒赛海洋科技有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/5/14