一種基于液壓小車的移船系統(tǒng)

汪偉

摘 要：液壓小車移船系統(tǒng)是一種服務(wù)于平地造船工藝的新型專用設(shè)備，由分布式的液壓動力單元提供動力。小車采用伺服閥與壓力、位移傳感器結(jié)合構(gòu)成對頂升油缸壓力、行程的精確反饋閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)對整船的定程頂升、稱重、分組主動負(fù)載控制等功能。為適應(yīng)小車的使用工況，控制上采用上位機(jī)加主從站PLC，形成分布式控制架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：平地造船；移船作業(yè)；分布式動力單元；動態(tài)分組；主動負(fù)載控制；行程控制

中圖分類號：U673.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0045-02

1 概述

隨著造船行業(yè)競爭日趨激烈，新型的平地造船工藝以其經(jīng)濟(jì)和高效，被越來越多的造船企業(yè)所采用?；谥鲃迂?fù)載控制的液壓小車移船系統(tǒng)是為船廠平臺生產(chǎn)線配套研制的移船專用設(shè)備，用于將整船從平臺轉(zhuǎn)移到半淺駁的移船作業(yè)。該系統(tǒng)的研制成功，有助于推廣平地造船工藝在國內(nèi)船舶企業(yè)的應(yīng)用，達(dá)到為我國船舶工業(yè)節(jié)省投資、提高造船質(zhì)量和擴(kuò)大造船能力的目的。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要包含若干500噸組合臺車、抬船支架、控制小車及附件等。造船作業(yè)在水泥墩和抬船支架上進(jìn)行，水泥墩和抬船支架根據(jù)船型預(yù)先進(jìn)行布置。相應(yīng)的，移船作業(yè)前，小車根據(jù)抬船支架的數(shù)量和位置進(jìn)行配置。圖1為某船型移船系統(tǒng)平面布置圖，每條軌道上的方框代表一個500噸抬船支架和一臺500噸組合臺車。

500噸組合臺車是系統(tǒng)主要組成設(shè)備，主要由主動小車、從動小車、平衡梁等組成，由獨立的動力單元提供動力，最大承載能力為500噸。其中主動小車由車架結(jié)構(gòu)、行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)等組成：車架結(jié)構(gòu)作為小車其它機(jī)構(gòu)或設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，是主要的受力構(gòu)件；小車采用減速馬達(dá)加開式齒輪驅(qū)動走輪軸，滿足移船系統(tǒng)無級變速行走的要求，具有使用便利、故障率低、啟停平穩(wěn)、能效高的優(yōu)點；小車頂升機(jī)構(gòu)采用柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動高壓柱塞油泵提供動力，由液壓閥件、活塞缸等組成。

2.2 頂升負(fù)載、行程控制功能

小車頂升機(jī)構(gòu)的作用是在移船系統(tǒng)行走的過程中安全平穩(wěn)地頂升船舶，具有較強(qiáng)的過載能力，安全系數(shù)高。采用頂升伺服閥結(jié)合壓力、位移傳感器實現(xiàn)對頂升油缸負(fù)載、位移的閉環(huán)精確控制。頂升油缸可以控制系統(tǒng)指定的規(guī)定范圍內(nèi)任意負(fù)載、行程進(jìn)行作業(yè)（負(fù)載0～250噸，行程0～300mm）。

3 工作流程

移船作業(yè)前，待運移船舶坐墩在鋼支架及水泥墩上。根據(jù)工藝布置要求，若干小車組成移船系統(tǒng)。小車進(jìn)入鋼支架底部，在電控系統(tǒng)的控制下統(tǒng)一頂起船舶行走，到達(dá)指定位置后，鋼支架落下作墩子用。移船作業(yè)主要包括抬船和行走兩個環(huán)節(jié)。

3.1 初始化

小車進(jìn)入抬船支架底部，布置完成后，在控制系統(tǒng)中輸入小車的相對位置，沿著軌道方向為x向，水平垂直軌道方向為y向。

3.2 抬船

3.2.1 預(yù)頂升

系統(tǒng)空載頂升使頂升油缸上升接觸抬船支架，此時的油缸壓力不足以頂起整船。該步驟為下一步整體帶載同步頂升做好準(zhǔn)備。

3.2.2 帶載定程頂升

預(yù)頂升完成后，根據(jù)工作需要設(shè)置整體抬船頂升高度，所有油缸以相同速度帶載頂升，保證所有抬船支架同時上升，至預(yù)定頂升高度停止。此時所有抬船支架支腿離開地面一定距離，為抬船行走坐好準(zhǔn)備。

3.2.3 稱重

帶載頂升過程結(jié)束后，每臺小車頂升油缸內(nèi)部壓力傳感器數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)每臺稱重結(jié)果及相對位置計算整船的總重及重心位置。計算過程如下：

其中，已知量：小車數(shù)量n；第i臺小車實際負(fù)載pi；第i臺小車的x、y坐標(biāo)xi，yi。未知量：整船重量G；整船重心的x、y坐標(biāo)xG，yG。

3.2.4 自動分組計算及載荷標(biāo)定

根據(jù)稱重結(jié)果的重心位置將小車分為四組，如圖4所示。設(shè)定每組小車目標(biāo)載荷相同，并計算該目標(biāo)載荷。計算過程如下：

其中，已知量：第i組小車數(shù)量ni；整船重量G；第i組車組內(nèi)第j臺小車的x、y坐標(biāo)（相對重心位置）xij，yij。未知量：第i組車組內(nèi)每臺小車的目標(biāo)負(fù)載pi。

系統(tǒng)根據(jù)計算的出的目標(biāo)載荷對每臺小車負(fù)載進(jìn)行標(biāo)定，使其達(dá)到目標(biāo)值，為帶載行走做好準(zhǔn)備。

3.3 行走

3.3.1 負(fù)載控制

整船行走過程中，控制系統(tǒng)將小車實時反饋負(fù)載與目標(biāo)載荷進(jìn)行比較，一旦反饋值超差20%，即進(jìn)行調(diào)整：實時負(fù)載低于目標(biāo)負(fù)載時，系統(tǒng)補(bǔ)償壓力；反之卸載。通過控制每臺小車的負(fù)載，保證移船作業(yè)的平穩(wěn)進(jìn)行。

3.3.2 調(diào)平

在移船作業(yè)過程中，特別是過駁時，整船可能發(fā)生偏斜，為了不影響移船，需要根據(jù)全站儀的測量結(jié)果，對整船進(jìn)行左右調(diào)平。根據(jù)距離旋轉(zhuǎn)點的距離，確定小車頂升油缸的下降速度。

其中，yi為小車距離旋轉(zhuǎn)點的y坐標(biāo)，小車分布在四組軌道上，每條軌道的y坐標(biāo)均為已知量；ymax為小車距離旋轉(zhuǎn)點的最遠(yuǎn)y坐標(biāo)；vmax為油缸最大帶載下降速度，已知量。

通過伺服閥控制每臺小車頂升油缸下降速度，實現(xiàn)整船調(diào)平。

4 結(jié)束語

目前該系統(tǒng)已研制成功并投產(chǎn)，順利完成國內(nèi)某船企50000噸成品油輪/化學(xué)品船的移船過駁作業(yè)，為國內(nèi)首次完全依靠自主力量采取這種方式完成船舶下水，檢驗了系統(tǒng)的可靠性。與國外同類型設(shè)備相比，該系統(tǒng)成本較低，技術(shù)先進(jìn)，性能可靠。該類型設(shè)備的研制成功，證明我國已經(jīng)掌握該類型下水工藝的關(guān)鍵技術(shù)，有助于推廣平地造船工藝在船廠的應(yīng)用，為客戶創(chuàng)造更好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

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