一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯
阅读说明：本技术 一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯 (Steel-aluminum structure fused four-degree-of-freedom economical active compensation gangway ladder ) 是由 朱会昆 黄伟 严鹏 马晓钢 廉琦 梁力 穆迪 张巍 康文波 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯,包括构成伸缩结构的前端的活动梯和后端的固定梯；所述固定梯安装在操作台上,操作台安装在回转台上,回转台安装在单自由度支撑机构上。本发明利用单自由度支撑机构替代了六自由度补偿平台,达到更好的经济性、适应性；有效避免了大跨度情况下整机重量、强度以及刚度对系统功能的影响；利用双缸替代传统的钢丝绳绞盘,有效的提高了精度测量误差。(The invention provides an economical active compensation gangway ladder with a steel-aluminum structure fused with four degrees of freedom, which comprises a movable ladder at the front end and a fixed ladder at the rear end, wherein the movable ladder and the fixed ladder form a telescopic structure; the fixed ladder is arranged on the operating platform, the operating platform is arranged on the rotary table, and the rotary table is arranged on the single-degree-of-freedom supporting mechanism. The invention uses the single-degree-of-freedom supporting mechanism to replace a six-degree-of-freedom compensation platform, thereby achieving better economy and adaptability; the influence of the weight, the strength and the rigidity of the whole machine on the system function under the condition of large span is effectively avoided; the double cylinders are used for replacing the traditional steel wire rope winch, and the precision measurement error is effectively improved.)
技术领域
本发明涉及一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯。
背景技术
随着国内海上风电行业的不断发展，对运维装备在功能性方面、可靠性方面、安全性方面以及经济实用性方面要求越来越高。特别是安全性以及经济适用性，是整个运维领域发展重点考虑目标。在海洋运维领域，在进行人员输送登靠时存在以下不足：1、利用当前较为先进的六自由度作为补偿平台，存在技术不太成熟，应用安全性较差，应用风险较大等情况。2、基于大型运维船舶考虑，由于船舶越大自身稳定性越好，海浪对其干扰越小。若仍然采用六自由度补偿平台进行补偿，不但造价高，而且控制复杂，后期维护相对困难。3、采用传统的钢丝绳绞盘对伸缩梯进行控制，难以满足主动补偿过程中对精度的要求，这是因为钢丝绳自身存在弹性变形，在信号传递、信号采集输出时误差较大，难以满足系统闭环要求。4、从安全性角度出发，所有的执行元件(包括油缸、马达)以及控制元件(航姿仪、控制器)均应设计成双份成套使用。若仍然采用单一元件，难以进行系统冗余，存在较大的安全性误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯，该钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯能有效解决现有技术的控制难题，具有经济性好、运动可靠、故障率低、安全性高以及维修性好等特点。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯，包括构成伸缩结构的前端的活动梯和后端的固定梯；所述固定梯安装在操作台上，操作台安装在回转台上，回转台安装在单自由度支撑机构上。
所述活动梯和固定梯之间安装有伸缩油缸。
所述固定梯和单自由度支撑机构之间安装有俯仰油缸。
所述回转台由回转马达带动水平旋转。
所述回转台侧面固定有配重组合。
所述配重组合和固定梯在回转台上的安装位置以回转台的几何中心前后对称，且配重组合的重量和固定梯加活动梯的重量相当。
所述活动梯上靠近前端的位置装有监控系统。
所述活动梯前端底部装有梯端组合。
所述操作台上还有控制系统。
所述回转马达上装有回转支承。
本发明的有益效果在于：利用单自由度支撑机构替代了六自由度补偿平台，达到更好的经济性、适应性；有效避免了大跨度情况下整机重量、强度以及刚度对系统功能的影响；利用双缸替代传统的钢丝绳绞盘，有效的提高了精度测量误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-监控系统，2-活动梯，3-固定梯，4-操作台，5-控制系统，6-回转台，7-配重组合，8-回转支承，9-单自由度支撑机构，10-回转马达，11-俯仰油缸，12-伸缩油缸，13-梯端组合。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
如图1所示的一种钢铝结构融合四自由度经济型主动补偿舷梯，包括构成伸缩结构的前端的活动梯2和后端的固定梯3；所述固定梯3安装在操作台4上，操作台4安装在回转台6上，回转台6安装在单自由度支撑机构9上。
实施例2
基于实施例1，活动梯2和固定梯3之间安装有伸缩油缸12。
实施例3
基于实施例1，固定梯3和单自由度支撑机构9之间安装有俯仰油缸11。
实施例4
基于实施例1，回转台6由回转马达10带动水平旋转。
实施例5
基于实施例1，回转台6侧面固定有配重组合7。
实施例6
基于实施例5，配重组合7和固定梯3在回转台6上的安装位置以回转台6的几何中心前后对称，且配重组合7的重量和固定梯3加活动梯2的重量相当。
实施例7
基于实施例1，活动梯2上靠近前端的位置装有监控系统1。
实施例8
基于实施例1，活动梯2前端底部装有梯端组合13。
实施例9
基于实施例1，操作台4上还有控制系统5。
实施例10
基于实施例4，回转马达10上装有回转支承8。
实施例11
基于上述实施例，主要由固由监控系统1、活动梯2、固定梯3、操作台4、控制系统5、回转台6、配重组合7、回转支承8、单自由度支撑机构9、回转马达10、俯仰油缸11、伸缩油缸12以及梯端组合13等组成。单自由度支撑机构9安装于船舶上，上端与回转支承8一端通过螺栓相连，回转支承另一端与回转台6通过螺栓相连，回转马达10、配重组合7、操作台4、控制系统5安装集成在回转台6上，固定梯3与回转台6通过转动轴相连，活动梯2安装于固定梯3内腔。
单自由度支撑机构9主要靠集成在内部的油缸实现功能运动，回转台6主要靠回转马达10驱动其回转，固定梯3主要靠俯仰油缸11实现俯仰运动，活动梯2主要靠伸缩油缸12实现其伸缩运动，梯端组合13搭接于船舷上，所有运动的功能调节主要靠控制系统5进行有效控制，并通过配重组合7进行偏心调节，通过监控系统进行安全实时监控，最终共同完成系统对船舶垂荡、横荡、纵荡、横摇、纵摇以及艏摇六个方向的补偿功能，共同搭建一个相对平稳输送平台。
本发明特别为大型运维船舶而配置。单自由度支撑机构9替代了当前运维登靠装备中的六自由度补偿平台，利用大型船舶自身的稳定性，通过单自由度补偿大部分的船舶垂荡运动后，在通过其余三自由度对船舶其余运动进行补偿。其中，船舶垂荡补偿主要由单自由度支撑机构与舷梯进行联合补偿，船舶的横荡主要由桥梯的伸缩补偿；桥梯的纵荡主要由回转与伸缩同步耦合补偿；船舶的艏摇主要由桥梯的回转补偿；船舶的横摇主要由桥梯的俯仰补偿；船舶的纵摇主要靠梯端顶接式点接触压力传感器进行自由补偿。对比六自由度补偿平台，同等条件下大约会节约80％的成本，整个舷梯装备经济性更好，适应性更强。
为合理匹配整机重量以及偏心距，结构中活动梯2采用铝材，固定梯3采用钢材，利用钢材与铝材各种的特点进行结构融合性设计，其目的在于保证结构强度以及刚度，为主动补偿的闭环控制偏差提供条件。采用配重组合7对整机进行配重以及偏心控制，其目的在于防止偏心力过大所引起的加速度冲击以及过大启动力矩。
利用两条伸缩油缸12替代传统的钢丝绳绞盘，其目的在于减小钢丝绳自身弹性变形对系统误差闭环的影响，以及加强系统的响应精度。采用双缸起竖、双缸伸缩、双马达回转，合理的进行机械、液压、控制的冗余设计，其目的在用于保障系统的安全性。
通过对控制系统5进行电磁防干扰设计，其目的在于避免因外界干扰所引起的系统测量偏差、转换偏差以及输出控制偏差。本发明引入一种模糊自适应PID解耦控制算法，其目的在于希望能够自动调整PID参数，解决增益所引起的滞后偏差问题以及横荡和艏摇的耦合问题。
由此，本发明：
a)利用单自由度支撑机构替代了六自由度补偿平台，达到更好的经济性、适应性。
利用大型船舶自身的稳定性，通过单自由度补偿大部分的船舶垂荡运动后，在通过其余三自由度对船舶其余运动进行补偿。对比六自由度补偿平台，同等条件下大约会节约80％的成本，整个舷梯装备经济性更好，适应性更强。
b)采用钢铝结构相融合，有效避免了大跨度情况下整机重量、强度以及刚度对系统功能的影响。
为合理匹配整机重量以及偏心距，结构中活动梯采用铝材，固定梯采用钢材。利用钢材与铝材各种的特点进行结构融合性设计，其目的在于保证结构强度以及刚度，为主动补偿的闭环控制偏差提供条件。采用配重组合对整机进行配重以及偏心控制，其目的在于防止偏心力过大所引起的加速度冲击以及过大启动力矩。
c)利用双缸替代传统的钢丝绳绞盘，有效的提高了精度测量误差。
由于钢丝绳自身存在弹性变形，而且变形量与连接长度成正比关系，在进行信号采集、传递、输出时，该变形量将对系统误差闭环造成较大影响。另外采用双缸起竖、双缸伸缩、双马达回转，并合理进行系统冗余设计，大大增加了系统安全性。
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