波浪补偿技术及其在起重机设计中的应用

GONG Cheng- ze；MO Chong- jun ( Navy in Some Shipyard Military Representative Room, Wuzhou Guangxi 543000，China )
Abstract：Solves the ships anchor when marine hangs puts the load not to control and the static object collision；Applies the permanent tensity compensating system and the follow- up compensating system research design wave compensation hoist crane，solves hangs puts the load not to control the phenomenon；When has the storm，when or hoisting dangerous goods，appoints the compensating system，had guaranteed withdraws the cargo and tender's security. The design manufacture's wave compensation lifted heavy objects the function to improve the marine ships supplies hoisting question enormously. Key words：wave compensation；ship- mounted crane；technology
底部，此时，起重钩随补偿钩向下运动。在舰船随波浪向上运 3.3 应用效果
动时，补偿钩处于自由状态，同时气缸不再受舰船的拉力，气
目前，该型波浪补偿起重机已经完成了相关试验，符合设
缸柱塞在气压的作用下向外推出，带动起重钩随舰船向上运 计预期，并已交付使用。
动，从而达到补偿目的。
另外，随动小车上还设有刹车装置，用于吊钩突然失去负 载（如钢丝绳断裂）时将小车可靠制动，从而起到对补偿装置
4 结束语
的保护作用，刹车装置还用于补偿装置的调整。
（1）恒张力补偿系统和随动补偿系统，均能有效解决海上
3 波浪补偿起重机设计
吊放补给中的冲击和碰撞问题，确保物品和人员安全。 （2）与恒张力补偿系统相比，随动补偿系统除了能完全吸
收冲击力外，还能在操作前后进行挂钩时保证吊钩的相对静
3.1 系统设备组成
系统主要由起升绞车、滑轮组、执行机构、控制器、位移传 感器等组成 （见图 1）。起升绞车由电动机带动用于升、降重 物。滑轮组用于缠绕起升钢丝绳，并作为力和运动的直接反映 体。执行机构含油缸、蓄能器、阀件等元件，是补偿运动的直接 执行体。控制器是整个恒张力补偿系统的中枢控制单元，主要 由电气控制元件、PLC（可编程序控制器）等组成。控制器接收 来自系统各部的信号，在内部处理后向起升绞车和执行机构 发出控制指令，使绞车升、降吊放载荷或使执行机构进行补偿 运动。位置传感器安装在船上或执行机构上，将舰船运动信号 参数传递给控制器。
止状态，保护挂钩者的安全。
研究设计的波浪补偿起重机结构如图 3 所示，主要由电
（3） 设计制造的波浪补偿起重机能极大改善了海上舰船
器系统、液压系统、起升系统、补偿系统、变幅系统、回转系统、 补给吊装问题。
Wave Compensation Ttechnology and in Hoist Crane Design Application
蓄能器，泵组等，是补偿功能的执行部件。随动小车由小车架、
滑轮架、滚动轴承，导向滚轮等组成，刹车装置和滑轮架也一
变幅油缸 底座 操纵台
补偿装置
松绳检测装置 起重绳
同装在小车上，共同组成补偿装置的辅助件。刹车装置利用机 械自锁原理，在钢丝绳断裂时，保证补偿装置不损坏。行走导 轨是小车行走的依托，使小车行走时保持平滑无跳动。制动导 轨与小车架上的制动块啮合产生摩擦力，从而实现刹车作用。
船舶升降
补偿运动 执行机构
起升绞车
重物
位置 速度 压力 张力
控制信号
控制器
位移传感器
图 1 恒张力补偿系统组成
1.2 工作原理 在进行补偿作业前，向执行机构中蓄能，同时将油缸放出
到行程终点，将钢丝绳与重物或舰船相连后，控制器发出指 令，控制绞车收紧钢丝绳，此时随着舰船的升降运动，执行机 构中的油缸柱塞也随之进行往复运动，此时钢丝绳始终处于 绷紧状态，钢丝绳的拉力、吊放载荷的重力和舰船甲板对吊放 载荷的支持力形成一个合成外力，合成外力大致处于平衡状 态。同时，位置传感器将往复运动的参数反馈回控制器，由控 制器对信号进行分析比较后，判断舰船运动是否在规定的补 偿范围内。如可以进行补偿工作，就发出提示信号；不可以，则 发出报警信号。
Equipment Manufactring Technology No.1，2011
波浪补偿技术及其在起重机设计中的应用
龚承泽，莫崇君
（海军驻某造船厂军事代表室，广西 梧州 543000）
摘 要：为解决舰船停泊在海上时，吊放载荷不受控制与静止物体碰撞的问题，应用恒张力补偿系统和随动补偿系统研究设计的波浪 补偿起重机，来解决吊放载荷不受控制现象；在有风浪时，或吊装危险物品时，起用补偿系统保证了所提取货物及补给船的安全，极大 改善海上舰船的补给吊装问题。 关键词：波浪补偿；起重机；技术
中图分类号：TH21
文献标识码：B
文章编号：1672- 545X（2011）01- 0122- 02
舰船停泊在海上时，会随着海浪或涌的运动，产生周期性 的上、下运动，相对于静止的海床，运动基本上呈正弦或余弦 曲线规律，相对于靠绑在一起的另一条船，其运动就是一条与 二者间的许多参数（如总质量、重心、停放位置、海况等）有关 的不定曲线。由于以上运动的存在，在向静止海上目标进行货 物过驳或人员转运时，吊放载荷会不受控制地与静止物体碰 撞；在向其他运动平面（如舰船甲板）进行货物过驳或人员转 运时，吊放载荷同样会与其碰撞。两种情况下的最大碰撞力， 甚至远超过物体自重，对于贵重物品或人员来说，是一个重大 的安全隐患，而且无法实现准确定位。
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恒张力补偿系统，采用的是对力的补偿，该系统只能保证 物体处于近似平衡状态，操作过程中对重物仍有一定的冲击
收稿日期：2010- 10- 18 作者简介：龚承泽（1967—），男，湖北十堰人，高级工程师，现在海军驻某船厂军事代表室工作，研究方向为舰船工程；莫崇君（1981—），男，湖南
衡阳人，工程师，现在海军驻某船厂军事代表室工作，研究方向为机械工程。
丝绳绕过随动小车滑轮组，使二者能同步运动，起重钩吊货 品时，可起用补偿系统，对货物进行带补偿功能的提取作业，以
物，补偿钩与波浪运动感受器相连。在控制器接受来自感受器 保证所提取货物及补给船的安全。在无风浪的情况下，或在码
的信号后，向补偿绞车发出运动指令，带动气缸柱塞推向气缸 头，本起重机可使用普通吊装功能，对货物进行提取或运转。
起重绞车
补偿油缸
随动绳
百度文库图 3 波浪补偿起重机结构
结构件、驾驶室等部分组成。电器系统主要由电机起动箱、操 作控制箱、接线箱及各限位保护、照明系统等部分组成。液压 系统主要由电机油泵组、多路换向阀、油马达、平衡阀、滤油
器、冷却器、液位计、压力表及各压力保护等部分组成。起升系
补偿绞车
统主要由起重绞车、补偿绞车及钢丝绳、吊钩、卸扣、滑轮组等 部分组成。补偿系统主要由蓄能器、补偿装置、液压控制管路
起重吊钩
等部分组成。变幅系统主要由液压油缸、平衡阀等部分组成。 回转系统主要由回转机构、回转支承等部分组成。结构件主要
波浪运动感受器
由底座、塔身、吊臂、操纵台等部分组成。
控制器
3.2 基本功能
图 2 随动补偿系统组成
设计制造的该型波浪补偿起重机，是一种对舰船由涌浪 作用而产生的垂直升降位移具有补偿功能的起重机，安装在
在补偿范围内时，可以进行带补偿功能的操作。起升时， 由操作者向控制器发出指令，再由控制器在判断出舰船运动 处于周期的波峰位时，向绞车发出起升指令，将吊放载荷起 升。下放时，由操作者向控制器发出指令，控制器自动启动补 偿功能，在下放过程中，维持吊放载荷的平衡状态，保证操作 过程的安全。
2 随动补偿系统
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《装备制造技术》2011 年第 1 期
作用。随动补偿系统，采用的是对运动的随动补偿，采用随动
补偿系统除了能完全吸收冲击力外，还能在操作前后进行挂
钩时，保证吊钩的相对静止状态，保护挂钩者的安全。 2.1 系统构成
绞车
塔身
吊臂
随动钩 起重钩
系统主要由执行机构、随动小车、滑轮组、刹车装置、制动
导轨、行走导轨、控制器等组成（见图 2）。执行机构有气缸和 液压站
为确保吊运工作的顺利进行，消除安全隐患，应用波浪补 偿技术，可以有效解决上述问题。本文提出的恒张力补偿系统 和随动补偿系统，成功地应用在舰船起重机上，收到了很好的 效果。
1 恒张力补偿系统
据牛顿运动定律，处于平衡状态（静止或匀速直线运动） 的物体，其合成外力等于零。利用这一定律，可以采用恒张力 补偿系统对运动产生的力进行补偿，维持加在被吊物体上的 合成外力恒等于零，使在任何情况下吊放载荷与物体接触时， 维持平衡状态。 1.1 系统构成
2.2 工作原理
舰艇舷侧，并在与之并靠的补给船间或与码头进行货物的提
随动补偿系统，利用压缩空气与外加负荷相平衡的原理， 取或运转。
对舰船随波浪所做的上下周期性运动进行补偿。
该型波浪补偿起重机，具有普通吊装功能、随动补偿吊装
补偿作业时将气缸与蓄能器相连，将补偿钩和起重钩钢 功能和被动补偿吊装功能。在有风浪的情况下，或吊装危险物