【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于復合缸的直線型升沉補償裝置，屬于海洋工程裝備。
技術介紹
1、海上工程裝備作業時，會受到風、浪、流等多種自然因素的共同作用，引發六個自由度的運動。其中，垂蕩、橫搖和縱搖這些運動形式會導致負載在垂直方向上移動，可能會引發負載與平臺的意外碰撞，或是已著陸的負載重新懸浮。這些突發情況，輕則導致設備損壞、鋼纜斷裂，重則可能引發安全事故，危及人員安全。為確保海上作業的順利進行，并擴大作業的海況范圍，海上工程裝備必須配備升沉補償系統。
2、升沉補償系統根據安裝方式可分為固定式和移動式；依據工作原理，可分為絞車回轉型和油缸直線型；根據動力供給方式，可分為被動補償式、主動補償式以及主被動結合補償式。直線型補償系統的執行機構為液壓缸，相較于絞車等具有較大轉動慣量的設備，其系統響應更為迅速，控制精度也更高。然而，當前大部分的直線型補償系統僅限于船上固定安裝使用，并不具備水下作業或移動使用的能力，也無法對深水高壓環境下的外部水壓進行補償，同時面臨著水上水下補償、浪濺區補償等不同工況下連續工作的難題。部分具備水下作業能力的補償系統，大多僅具備簡單的被動補償功能，而少數具備主動補償功能的系統又存在結構復雜、體積龐大等問題。
3、在現有的主動補償方案中，若采用普通單桿液壓缸作為升沉補償液壓缸時，其補償系統具有結構簡單、成本較低等優點，但是由于普通液壓缸內部只有兩個功能腔體，難以實現補償缸伸出/回縮兩個運動過程的主動控制功能，導致液壓泵在換向和調速過程中存在馬達工況及補償缸的主動腔工作壓力波動較大的問題，補償精度
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種基于復合缸的直線型升沉補償裝置，滿足吊裝機器等海工領域作業升沉補償要求的同時，降低系統壓力損耗，提高系統補償精度，實現多作業模式間切換，為海工吊裝領域提供一種性能優良、節能高效、工業實用性強的升沉補償裝置。
2、為實現上述目的，本專利技術的總體構思是采用基于復合執行缸和集成控制缸的升沉補償方案，控制單元通過mru采集船舶升沉運動，升沉補償執行缸安裝位移傳感器測量補償位移，共同實現位移閉環控制；其中集成控制缸集成水深補償功能，驅動方式采用雙向變量泵直接驅動，通過改變泵的排量和方向完成對升沉補償執行缸內腔與集成控制缸內腔的交替供油，實現主動補償功能，升沉補償執行缸有桿腔通過氣液轉換器與針對不同作業模式的氣瓶組相連，可實現甲板起吊、過浪濺區、水中下放、著陸等不同工況間切換，從而滿足海工作業的連續性；升沉補償執行缸內腔與集成控制缸內腔連通時可實現系統的被動補償，通過主被動補償的集成降低系統的能耗。
3、本專利技術采用如下技術方案：
4、一種基于復合缸的直線型升沉補償裝置，包括升沉補償執行缸、集成控制缸、雙向變量泵、定速電機、儲油蓄能器、補油蓄能器、壓力平衡蓄能器、氣瓶組、氣液轉換器、mru運動姿態傳感器、冷卻器、過濾器、補油泵、壓力傳感器、位移傳感器、溫度傳感器以及各種控制閥、單向閥；所述基于復合缸的直線型升沉補償裝置，升沉補償執行缸無桿腔與集成控制缸無桿腔連通，實現水深補償功能；定速電機驅動雙向變量泵通過主動補償開關閥對升沉補償執行缸內腔和集成控制缸內腔交替供油，實現主動補償功能；升沉補償執行缸內腔和集成控制缸內腔連通時可實現被動補償功能，兩內腔通過電磁截止閥連通，可實現主被動補償的切換；升沉補償執行缸有桿腔通過氣液轉換器與氣瓶組連接，氣瓶組包括低壓集氣瓶、高壓氣源瓶、工作氣瓶和浪濺區氣瓶，其中工作氣瓶針對水上及水下補償，浪濺區氣瓶用作吊裝負載過浪濺區工況，高壓氣源瓶對其它氣瓶補充壓力，低壓集氣瓶用于水下高壓狀態氣體難以泄放時對氣體暫時收集，每個氣瓶出口處均連接電磁截止閥，通過控制電磁截止閥實現不同模式氣瓶的通斷，氣瓶組通過空氣過濾器與泄放閥相連，通過泄放閥可實現對氣瓶壓力的釋放，也起到安全保護作用；氣瓶通過節流閥塊與氣液轉換器氣腔連通，可通過對節流閥塊的控制實現氣腔壓力緩沖的作用，氣液轉換器液腔通過節流閥塊連接到升沉補償執行缸有桿腔，且氣液轉換器液腔與插裝式單向閥及溢流閥連通，組成安全保護回路；集成控制缸有桿腔與壓力平衡蓄能器連通，平衡不同模式氣瓶切換造成的壓力波動；儲油蓄能器在此閉式液壓系統中充當油箱的作用；直流伺服電機驅動補油泵與補油蓄能器共同作用實現對系統的補油；雙向變量泵出口處連接溫度傳感器，當液壓閉式回路溫度過高時，通過散熱回路開關閥開啟散熱回路，此時復合缸內腔油液可通過散熱回路開關閥流入冷卻器，并通過過濾器流回儲油蓄能器，另配有散熱風扇實現對油液的降溫；復合缸內腔出口處以及各關鍵油路均安裝壓力傳感器，實時監測所處油路的壓力情況；升沉補償執行缸活塞桿下端通過耳環與吊裝負載相連，活塞桿安裝有位移傳感器，控制單元通過mru采集船舶升沉運動信號，與傳感器檢測的補償位移信號共同實現位移閉環控制；
5、所述基于復合缸的直線型升沉補償裝置，初始狀態下升沉補償執行缸活塞桿由壓力平衡蓄能器作用力、氣瓶組作用力和負載重力共同作用實現平衡；壓力平衡蓄能器為集成控制缸有桿腔提供壓力，通過集成控制缸活塞桿傳導至其無桿腔，又因升沉補償執行缸無桿腔與集成控制缸無桿腔連通，因此初始狀態時壓力平衡蓄能器為升沉補償執行缸無桿腔提供了預充壓力，防止初始狀態時雙向變量泵從補償執行缸內腔吸油而造成內腔負壓，初始狀態下壓力平衡蓄能器作用在升沉補償執行缸活塞桿上提供向下的平衡力；氣瓶組與氣液轉換器連通，對升沉補償執行缸有桿腔提供壓力，在升沉補償執行缸活塞桿上提供向上的被動補償力；
6、所述基于復合缸的直線型升沉補償裝置，主動控制時，控制單元根據接收到船舶升沉信號和補償執行缸活塞桿的位移信號對雙向變量泵的排量和方向實時控制；雙向變量泵兩個端口分別與升沉補償執行缸的內腔與集成控制缸內腔相連；
7、當船舶帶動補償裝置上升時，主動控制單元控制雙向變量泵向升沉補償執行缸的內腔供油，由補油泵向雙向變量泵吸油口補油，集成控制缸內腔油液經散熱回路流入儲油蓄能器，集成控制缸的內腔體積減小，其有桿腔體積增大，活塞桿縮回；同時升沉補償執行缸的內腔體積增大，從而使得升沉補償執行缸的有桿腔體積減小，進而實現升沉補償執行缸活塞桿伸出，補償吊裝負載的上升位移；
8、當船舶帶動補償裝置下降時，主動控制單元控制雙向變量泵向集成控制缸內腔供油，由補油泵向雙向變量泵吸油口補油，升沉補償執行缸內腔油液經散熱回路流入儲油蓄能器，集成控制缸的內腔體積增大，其有桿腔體積減小，活塞桿伸出；同時升沉補償執行缸的內腔減小，從而使得升沉補償執行缸的有桿腔體積增大，進而實現升沉補償執行缸的活塞桿縮回，補償吊裝負載的下降位移；
9、所述基于復合缸的直線型升沉補償裝置，被動控制時，當接收到被動補償的信號后，控制單元控制雙本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于復合缸的直線型升沉補償裝置，包括升沉補償執行缸(4)、集成控制缸(1)、雙向變量泵(23)、定速電機(24)、儲油蓄能器(22)、補油蓄能器(19)、壓力平衡蓄能器(33)、氣瓶組(13)、氣液轉換器(10)、MRU運動姿態傳感器(11)、冷卻器(30)、過濾器(31)、補油泵(20)、直流伺服電機(21)、壓力傳感器(34)、位移傳感器(5)、溫度傳感器(25)、被動補償開關閥(2)、第一截止閥(3)、第一節流閥塊(6)、溢流閥(7)、插裝式單向閥(8)、第一泄放閥(9)、第二截止閥(12)、第二節流閥(14)、第二泄放閥(15)、空氣過濾器(16)、氣瓶開關閥(17)、排氣閥(18)、主動補償開關閥(26)、散熱回路開關閥(27)、PLC控制單元(28)、散熱風扇(29)、換向閥(32)、第三截止閥(35)；其特征在于，升沉補償執行缸無桿腔(V1)與集成控制缸無桿腔(V4)連通；定速電機(24)驅動雙向變量泵(23)通過主動補償開關閥(26)對升沉補償執行缸內腔(V3)和集成控制缸內腔(V6)來回打油；升沉補償執行缸內腔(V3)和集成控制缸內腔(V6)通過被動補償
2.根據權利要求1所述的基于復合缸的直線型升沉補償裝置，其特征在于，壓力平衡蓄能器(33)為集成控制缸有桿腔(V6)提供壓力，壓力通過集成控制缸(1)活塞桿傳導至V4腔，V4腔與V1腔連通，初始狀態時為升沉補償執行缸無桿腔(V1)提供預設壓力，作用在升沉補償執行缸(4)活塞桿上提供向下的平衡力；氣瓶組(13)作用在升沉補償執行缸(4)活塞桿上提供向上的被動補償力，被動補償力與平衡力抵消后與負載重力平衡。
3.根據權利要求1所述的基于復合缸的直線型升沉補償裝置，其特征在于，控制單元(28)通過關閉被動補償開關閥(2)打開主動補償開關閥(26)切換至主動控制模式，通過關閉主動補償開關閥(26)打開被動補償開關閥(2)切換至被動控制模式。
4.根據權利要求1所述的基于復合缸的直線型升沉補償裝置，其特征在于，當升沉補償裝置處于水下環境時，水壓分別作用于升沉補償執行缸(4)和集成控制缸(1)的活塞桿上，由兩復合缸無桿腔(V1與V4)連通相互抵消水壓作用；升沉補償裝置水中下放時，升沉補償執行缸無桿腔(V1)環形面積為S1，升沉補償執行缸(4)活塞桿截面面積為S1＇，集成控制缸無桿腔(V4)環形面積為S2，集成控制缸(1)活塞桿截面面積為S2＇，需滿足:
5.根據權利要求1所述的基于復合缸的直線型升沉補償裝置，其特征在于，當閉式液壓回路油溫過高時，雙向變量泵(23)向升沉補償執行缸內腔(V3)供油，由補油泵(20)向雙向變量泵(23)吸油口補油，集成控制缸內腔(V6)油液通過散熱回路開關閥(27)流入冷卻器(30)并通過散熱風扇(29)實現降溫，后經過濾器(31)流回儲油蓄能器(22)。
...【技術特征摘要】
1.一種基于復合缸的直線型升沉補償裝置，包括升沉補償執行缸(4)、集成控制缸(1)、雙向變量泵(23)、定速電機(24)、儲油蓄能器(22)、補油蓄能器(19)、壓力平衡蓄能器(33)、氣瓶組(13)、氣液轉換器(10)、mru運動姿態傳感器(11)、冷卻器(30)、過濾器(31)、補油泵(20)、直流伺服電機(21)、壓力傳感器(34)、位移傳感器(5)、溫度傳感器(25)、被動補償開關閥(2)、第一截止閥(3)、第一節流閥塊(6)、溢流閥(7)、插裝式單向閥(8)、第一泄放閥(9)、第二截止閥(12)、第二節流閥(14)、第二泄放閥(15)、空氣過濾器(16)、氣瓶開關閥(17)、排氣閥(18)、主動補償開關閥(26)、散熱回路開關閥(27)、plc控制單元(28)、散熱風扇(29)、換向閥(32)、第三截止閥(35)；其特征在于，升沉補償執行缸無桿腔(v1)與集成控制缸無桿腔(v4)連通；定速電機(24)驅動雙向變量泵(23)通過主動補償開關閥(26)對升沉補償執行缸內腔(v3)和集成控制缸內腔(v6)來回打油；升沉補償執行缸內腔(v3)和集成控制缸內腔(v6)通過被動補償開關閥(2)連通；升沉補償執行缸無桿腔(v1)和集成控制缸無桿腔(v4)通過第一截止閥(3)連通；升沉補償執行缸有桿腔(v2)通過氣液轉換器(10)與氣瓶組(13)連接，氣瓶組(13)包括低壓集氣瓶、高壓氣源瓶、工作氣瓶和浪濺區氣瓶，每個氣瓶出口處均連接氣瓶開關閥(17)和排氣閥(18)，氣瓶組通過空氣過濾器(16)與第二泄放閥(15)相連；氣瓶通過第二節流閥塊(14)與氣液轉換器氣腔(g)連通，氣液轉換器液腔(v)通過第一節流閥塊(6)連接到升沉補償執行缸有桿腔(v2)，氣液轉換器液腔(v)與插裝式單向閥(8)及溢流閥(7)連通；集成控制缸有桿腔(v5)通過第三截止閥(35)與壓力平衡蓄能器(33)連通；儲油蓄能器(22)在此閉式液壓系統中充當油箱的作用；直流伺服電機(21)驅動補油泵(20)，補油泵(20)與補油蓄能器(19)連通，補油回路中補油泵(20)通過換向閥(32)連通至復合缸無桿腔與集成控制缸有桿腔(v5)；雙向變量泵(23)出口處連接溫度傳感器(25)，雙向變量泵(23)兩出油口通過主動補償開關閥(26)與升沉...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張彥廷，宋建峰，鞏天翔，張浩，林旭，張振全，陳敬凱，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：
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