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专利号: 2025100005592
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种船舶分段对接小车调姿装置的控制方法,其中,船舶分段对接小车调姿装置包括中央控制器、设置在轨道(1)上的调姿小车(2)、安装在调姿小车(2)上的驱动装置、刚性连接杆组(3)、设置在船段上的速度传感器,所述轨道(1)至少平行设置三条,每条轨道(1)上放置至少三辆调姿小车(2),横向和纵向的调姿小车(2)通过刚性连接杆组(3)固定连接,所述中央控制器与驱动装置、速度传感器分别信号连接;

所述刚性连接杆组(3)包括刚性连接杆(31)、轴套(32),所述轴套(32)套设于调姿小车(2)顶部轴段外圆面上,刚性连接杆(31)的端部与轴套(32)的外圆面固定连接,所述横向的调姿小车(2)之间通过轴套(32)与刚性连接杆(31)连接,所述纵向的调姿小车(2)之间通过轴套(32)与刚性连接杆(31)连接;

还包括第一压力传感器(4)和第二压力传感器(5),所述第一压力传感器(4)安装在调姿小车(2)与船段接触的顶部轴段端面上,所述第二压力传感器(5)沿船段前进方向前后安装在轴套(32)内圆周面上,所述第一压力传感器(4)、第二压力传感器(5)分别与中央控制器信号连接;

所述第二压力传感器(5)为应变式力传感器,所述轴套(32)的内圆周面上沿前后方向分别设置有应变式力传感器;

所述轴套(32)内圆周面上沿前后方向的应变式力传感器的布置相同,分别设有四组应变式力传感器,包括水平向应变式力传感器和竖直向应变式力传感器,所述水平向应变式力传感器和竖直向应变式力传感器分别沿轴套(32)的中轴线对称设置;

其特征在于:所述控制方法包括初始阶段、起步阶段、匀速阶段、制动阶段;

所述初始阶段具体包括,对所有第二压力传感器(5)进行校零,并根据第一压力传感器(4)的压力值F正应力得出各调姿小车(2)能够提供的最大附着力F附max;

所述起步阶段具体包括,中央控制器控制各调姿小车(2)的驱动装置启动带动船段,若有调姿小车(2)触发轴套(32)后端的第二压力传感器(5),则通过中央控制器控制其提高驱动装置的驱动力,使其与轴套(32)前端的第二压力传感器(5)接触,轴套(32)前端第二压力传感器(5)的压力值F前驱小于该调姿小车(2)的最大附着力F附max并大于该调姿小车(2)滚动过程中受到的阻力f阻,即f阻

所述匀速阶段具体包括,中央控制器根据各第二压力传感器(5)获取所有调姿小车(2)的驱动力之和F驱和,控制该驱动力之和F驱和等于f阻,使得船段进入匀速阶段;

所述制动阶段具体包括,中央控制器控制驱动装置停止工作,所有调姿小车(2)随着船段的惯性移动,通过f阻进行减速制动,速度传感器检测到船段速度为0后,完成船段的制动;

所述制动阶段中,中央控制器通过速度传感器获取船段的实时速度并判断仅依靠f阻是否能完成定点制动,若船段速度过快,仅依靠f阻无法完成定点制动,则中央控制器控制调姿小车(2)的驱动装置反向工作,轴套(32)后端第二压力传感器(5)的压力值F后驱与该调姿小车(2)滚动过程中受到的阻力f阻之和小于该调姿小车(2)的最大附着力F附max,即F后驱+f阻

2.根据权利要求1所述的船舶分段对接小车调姿装置的控制方法,其特征在于:所述初始阶段中的各调姿小车(2)的最大附着力F附max具体为:(1)

其中,为每台调姿小车(2)与轨道(1)的摩擦系数, 为每台调姿小车(2)所受到的正应力。

3.根据权利要求1所述的船舶分段对接小车调姿装置的控制方法,其特征在于:所述若有调姿小车(2)触发轴套(32)后端的第二压力传感器(5),则通过中央控制器控制其提高驱动装置的驱动力的具体方法为:应变式力传感器包括R1、R2、R3、R4,R1、R3沿轴套(32)轴向设置,在驱动力作用下产生正应变ε1> 0,ε3> 0;R2 、R4沿轴套(32)径向设置,在驱动力的作用下产生负应变,ε2< 0,ε4< 

0;将四个应变式力传感器组成全桥电路,以测试全桥电路的灵敏度K,表示安装在被测试件上的应变在其轴向受到单向应力时,引起的电阻相对变化ΔR/R与其单向应力引起的试件表面轴向应变 εt之比,即(2)

其中,K为灵敏度,ΔR/R为电阻相对变化值,εt为单向应力引起的试件表面轴向应变,应变值ε为(3)

其中,E为杨氏模量,S为受力面积,应变片R1、R3产生的应变为(4)

应变片R2、R4产生的应变为

(5)

其中, 为泊松比,应变片R1、R3产生的电阻变化为

(6)

其中,ΔR1/R1与ΔR3/R3分别为电阻R1与R3的相对变化,同理,应变片R2、R4产生的电阻变化为(7)

其中,ΔR2/R2与ΔR4/R4分别为电阻R2与R4的相对变化,桥路输出电压为(8)

其中,U为输入电压,即

(9)

此种测量方式能够补偿温度变化的影响,因为四个相同的电阻应变片在相同的环境下感受温度而产生的电阻相对变化量相等,即(10)

因此,全桥电路能够补偿环境温度的影响;

由于钢材受力经过四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段,结合钢材的设计用强度指标,取抗拉、抗压、扛弯 为标准,取安全系数n=5.0,则许用应力、许用拉/压力为:(11)

(12)

其中,f为抗拉、抗压、扛弯强度,n为安全系数,f0为许用应力,S0为钢材受力面积,F杆为许用拉/压应力,根据公式(4‑9)代入数据化简得(13)

则输出电压与输入电压之比为

(14)

同时刚性连接杆(31)所受力为

(15)

输出电压与刚性连接杆(31)受力之比为

(16)。