專(zhuān)利名稱(chēng)：三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及艦船制造領(lǐng)域大型設(shè)備的拼裝對(duì)接時(shí)所用的三維船 臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)，尤其是--種采用計(jì)算機(jī)輔助控制的三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)。
技術(shù)背景現(xiàn)代化大噸位的民用船舶及軍用艦船通常在造船廠的船臺(tái)上分段建 造，而后再合攏形成整體。從前多采用人工的方法及工藝進(jìn)行分段合攏， 其垂直面主要由沿艦艇軸線分布的數(shù)臺(tái)及至數(shù)十臺(tái)液壓缸通過(guò)人工估算 進(jìn)行升降調(diào)整，不容易控制每臺(tái)液壓缸均勻承擔(dān)載荷及升降高低，經(jīng)常發(fā) 生局部液壓缸超載而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)或液壓機(jī)械傳動(dòng)部分的損壞，或頂舉高 低不當(dāng)而使對(duì)接工件承受應(yīng)力不均而致?lián)p壞。水平面則是采用簡(jiǎn)單工具 如撬杠，枕木、墊片、千斤頂?shù)冗M(jìn)行調(diào)整。隨著艦船噸位的不斷增加， 軍民用戶(hù)對(duì)船舶制造精度及工期的要求日益嚴(yán)格和緊迫，用人工拼裝、對(duì) 接、合攏大型艦船的方法顯然是不合時(shí)宜的。因?yàn)閭鹘y(tǒng)合攏對(duì)接方式及裝 備明顯存在周期長(zhǎng)，精度底，質(zhì)量難以保證的缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的提供--種采用計(jì)算機(jī)輔助控制的，可在船臺(tái)上進(jìn) 行三維運(yùn)動(dòng)，從而使所承載的艦船高效率、高精度、高質(zhì)量地實(shí)施拼裝、 對(duì)接、合櫳的船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)。所述三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)，包括主列和副列兩個(gè)行走梁，船臺(tái)小車(chē)，用 于驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)沿行走梁前后移動(dòng)的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng) 船臺(tái)小車(chē)頂舉升降和左右平移的，由主缸和副缸組成的電液伺服系統(tǒng)，控 制船臺(tái)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)，其特征是船臺(tái)小車(chē)上設(shè)有由可編程控制控制 器及其輔助電路構(gòu)成的前臺(tái)船臺(tái)小車(chē)控制器，'船臺(tái)小車(chē)控制器通過(guò)通訊電 纜與后臺(tái)工控機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)船體分段的位置和姿態(tài)的高精度調(diào)整，船臺(tái)小
車(chē)有多個(gè)，分兩列設(shè)置在主列和副列兩個(gè)行走梁上，行走梁與小車(chē)之間用 球鉸聯(lián)接，船臺(tái)小車(chē)的主缸與橫梁相連，主缸軸線垂直于船臺(tái)小車(chē)水平面。 三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)為船臺(tái)小車(chē)主缸可通過(guò)手動(dòng)操作器的控制，作上升./下降運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)；船臺(tái)小車(chē)副缸可通過(guò)手動(dòng)操作器的控制，作左移/右移運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)；船臺(tái)小車(chē)可通過(guò)手動(dòng)操作器控制，沿軌道作前進(jìn)./后退運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng) 速度可調(diào)；船臺(tái)小車(chē)電源柜的控制面板上設(shè)有急停按鈕，按下時(shí)設(shè)置在調(diào)整平臺(tái) 上的全部船臺(tái)小車(chē)立即停止所有運(yùn)動(dòng)，置于急停狀態(tài)；通過(guò)集中控制屏所指定的若干臺(tái)船臺(tái)小車(chē)主缸可在后臺(tái)工控機(jī)的控 制下，同步地作上升/下降運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)通過(guò)集中控制屏所指定的若干臺(tái)船臺(tái)小車(chē)副缸可在后臺(tái)工控機(jī)的控 制下，同步地作左移/右移運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)通過(guò)集中控制屏所指定的若千臺(tái)船臺(tái)小車(chē)可在后臺(tái)工控機(jī)的控制下， 以同步的速度沿軌道行走，并以相同的加速度變速運(yùn)動(dòng)；通過(guò)后臺(tái)工控機(jī)的控制，可以使設(shè)置在調(diào)整平臺(tái)上的全部船臺(tái)小車(chē)停 止所有運(yùn)動(dòng)，置于急停狀態(tài)；待工控機(jī)恢復(fù)急停設(shè)置后，所有船臺(tái)小車(chē)才 可以作下--步的運(yùn)動(dòng)通過(guò)后臺(tái)工控機(jī)在任何時(shí)刻都能獲取全部船臺(tái)小車(chē)的工作狀態(tài)和各 傳感器的讀數(shù)、并自動(dòng)分析故障和事故，在必要的時(shí)刻整個(gè)系統(tǒng)置急停狀 態(tài)；在后臺(tái)工控機(jī)上輸入對(duì)接船體分段相對(duì)于基準(zhǔn)段的位姿偏差后，系統(tǒng) 的三維姿態(tài)計(jì)算模型將解算出各船臺(tái)小車(chē)上主、副油缸的位移變化量，并根據(jù)船舶合攏的規(guī)范計(jì)算出船體分段運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)各船臺(tái)小車(chē)的主、副油 缸實(shí)施同步控制，自動(dòng)完成船體分段的位姿調(diào)整。


圖1為本實(shí)用新型控制系統(tǒng)原理框圖 圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1、 2中，所述三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)包括主列1和副列2兩個(gè)行走梁， 船臺(tái)小車(chē)3，船臺(tái)小車(chē)上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)其沿行走梁l、 2前后移動(dòng)的交流伺 服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器6，用于驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)頂舉升降和左右平移的，包括主 缸4和副缸在內(nèi)的電液伺服系統(tǒng)7，控制船臺(tái)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)。行走梁 1、 2與小車(chē)之間用球鉸聯(lián)接，船臺(tái)小車(chē)的主缸4與橫梁5相連，主缸軸線 垂直于船臺(tái)小車(chē)水平面。船臺(tái)小車(chē)上設(shè)有由可編程控制控制器及其輔助電 路構(gòu)成的前臺(tái)船臺(tái)小車(chē)控制器8,船臺(tái)小車(chē)控制器通過(guò)通訊電纜與后臺(tái)工 控機(jī)9相連，實(shí)現(xiàn)船體分段的位置和姿態(tài)的高精度調(diào)整，船臺(tái)小車(chē)有多個(gè)， 分兩列設(shè)置在主列和副列兩個(gè)行走梁上。所述三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)是為適應(yīng)艦船立體分段與基準(zhǔn)總段拼裝焊接 工藝要求而開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用運(yùn)載系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主列1和副列2兩個(gè)相同的行 走梁組成 -個(gè)三維運(yùn)載調(diào)整平臺(tái)(圖2示)。每個(gè)行走梁下設(shè)有若干臺(tái)可 進(jìn)行三維數(shù)控的液壓船臺(tái)小車(chē)3;行走梁與小車(chē)之間用球鉸聯(lián)接。單個(gè)船 臺(tái)小車(chē)的載重最大可達(dá)80噸，數(shù)十臺(tái)小車(chē)(目前最多可以支持30臺(tái))聯(lián) 合工作可承載上千噸重的船體分段，進(jìn)行船體10分段的姿態(tài)調(diào)整和軌道行走。船臺(tái)小車(chē)的頂舉和平移運(yùn)動(dòng)分別由主缸4和副缸電液伺服方向閥驅(qū)動(dòng)； 沿軌道的行走則由一臺(tái)交流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。船臺(tái)小車(chē)設(shè)有一個(gè)由可編 程控制控制器PLC及其輔助電路構(gòu)成的前臺(tái)小車(chē)控制器，對(duì)船臺(tái)小車(chē)進(jìn)行 三維運(yùn)動(dòng)控制。安裝在兩個(gè)行走梁上的全部船臺(tái)小車(chē)可通過(guò)通訊電纜受設(shè) 置在集中控制屏內(nèi)的后臺(tái)工控機(jī)9控制，實(shí)現(xiàn)船體分段的位置和姿態(tài)的高 精度調(diào)整。
三維船臺(tái)小車(chē)控制系統(tǒng)由后臺(tái)工控機(jī)，各前臺(tái)小車(chē)控制器以及通訊網(wǎng) 絡(luò)組成。由于每輛小車(chē)的頂舉和平移距離可以獨(dú)立設(shè)置和同步控制，使得 在后臺(tái)工控機(jī)的協(xié)調(diào)控制下，承載在調(diào)整平臺(tái)上的船體分段可以被調(diào)整成 任意姿態(tài)。后臺(tái)工控機(jī)控制軟件具有監(jiān)控、調(diào)整計(jì)算及通信功能。控制系統(tǒng)根據(jù) 對(duì)接分段相對(duì)于基準(zhǔn)段的多點(diǎn)位姿偏差，由三維姿態(tài)計(jì)算模型解算出各船 臺(tái)小車(chē)上主、副油缸的位移變化量，并根據(jù)船舶合攏的規(guī)范計(jì)算出分段運(yùn) 動(dòng)軌跡，對(duì)各船臺(tái)小車(chē)的主、副油缸實(shí)施同步控制，完成船體分段的位姿 調(diào)整。然后通過(guò)后臺(tái)機(jī)控制所有小車(chē)沿軌道的等速同步行進(jìn)運(yùn)動(dòng)，最后在距離基準(zhǔn)分段2mm以?xún)?nèi)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)艦船立體分段與基準(zhǔn)總段拼 裝焊接工藝的要求。船臺(tái)小車(chē)的油缸運(yùn)動(dòng)誤差小于土0.05mm;船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)同步行走的速 度誤差小于0.5%。其控制指標(biāo)已經(jīng)可以使得軍工造船企業(yè)達(dá)到±0.5111111的 船體誤差標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。采用了本系統(tǒng)以后，總段對(duì)接的速度由以前的兩個(gè)月到 半年縮短到現(xiàn)在的48小時(shí)，并且使船體分段的對(duì)接精度得到顯著地提高。船臺(tái)小車(chē)控制有現(xiàn)地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)方自動(dòng)控制兩種模式。這兩種模式 的切換是通過(guò)單臺(tái)船臺(tái)小車(chē).卜.的手操器來(lái)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)手操器接入單臺(tái)船臺(tái) 小車(chē)時(shí)，該小車(chē)由遠(yuǎn)方自動(dòng)模式切換到現(xiàn)地手動(dòng)模式；當(dāng)手操器由小車(chē)上 拔出時(shí)，小車(chē)由現(xiàn)地手動(dòng)切換到遠(yuǎn)方自動(dòng)模式。船臺(tái)小車(chē)控制器8采用西門(mén)子S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)船臺(tái)小車(chē)的控 制以及與后臺(tái)工控機(jī)之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)船臺(tái)小車(chē)的主缸上升/下降、副 缸的左右移動(dòng)，以及船臺(tái)小車(chē)的前進(jìn)/后退運(yùn)動(dòng)，并對(duì)船臺(tái)小車(chē)油缸位移量、 泵站和主缸壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并傳送到后臺(tái)工控機(jī)，以及接收后臺(tái)工控機(jī) F達(dá)的控制指令。為保證整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確對(duì)接無(wú)誤，主、副缸位置、速度采用閉環(huán)控制， 用光柵尺做精密檢測(cè)定位，完成各油缸的同步線性移動(dòng)。當(dāng)接到后臺(tái)機(jī)給 定位移量和移動(dòng)時(shí)間之后，根據(jù)移動(dòng)時(shí)間將位移量劃分，在每個(gè)掃描周期
內(nèi)分別送出，這種算法過(guò)程全部在PLC內(nèi)部完成，根據(jù)算法控制S7-200 模擬擴(kuò)充單元上的D/A單元上的電壓輸出，通過(guò)電液放大器控制伺服閥的 開(kāi)度，從而精確控制油缸速度。由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)的行走，通過(guò)PLC的二路獨(dú)立的高速脈沖輸 出通道，向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖(PTO模式)。只需改變發(fā)送脈沖的 周期長(zhǎng)度，即可以做到脈沖控制的無(wú)級(jí)調(diào)速，控制精度《±0.2%，大大緩 解了小車(chē)由于數(shù)量多，而行走同步困難的問(wèn)題。通過(guò)MODBUS協(xié)議與實(shí)現(xiàn)后臺(tái)機(jī)與各前臺(tái)機(jī)的通訊。對(duì)各的船臺(tái)小 車(chē)設(shè)置不同的地址站號(hào)，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)機(jī)對(duì)各個(gè)船臺(tái)小車(chē)的控制。將后臺(tái)機(jī)所 需要的數(shù)據(jù)傳送到指定的地址，t位機(jī)實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)，并將下發(fā)的命令寫(xiě) 入規(guī)定的地址c當(dāng)將手動(dòng)操作器插入船臺(tái)小車(chē)控制箱的航空插頭時(shí)，船臺(tái)小車(chē)即轉(zhuǎn)入 現(xiàn)地控制方式。通過(guò)操作器上的按鈕即可實(shí)現(xiàn)油泵的開(kāi)啟與關(guān)閉、船臺(tái)小 車(chē)主缸的上升/下降、副缸的伸出/縮入、船臺(tái)小車(chē)的前進(jìn)與后退控制。將 船臺(tái)小車(chē)控制箱上的手動(dòng)操作器拔出后，船臺(tái)小車(chē)自動(dòng)轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)方控制模 式。由遠(yuǎn)方集中控制屏對(duì)小車(chē)進(jìn)行集中控制。在現(xiàn)地模式下，用手動(dòng)操作 器操作時(shí)，可調(diào)整船臺(tái)小車(chē)配電箱上的油缸速度旋鈕與行走速度旋鈕來(lái)調(diào) 整油缸速度和船臺(tái)小車(chē)行進(jìn)速度。油缸速度有高低兩檔可選，行走速度可 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。通過(guò)船臺(tái)小車(chē)配電箱上的急停按鈕可迅速停止船臺(tái)小車(chē)當(dāng) 前的一切運(yùn)動(dòng)。無(wú)論現(xiàn)地還是遠(yuǎn)方，這種方法都有效。在遠(yuǎn)方控制模式下， 通過(guò)對(duì)任意一臺(tái)船臺(tái)小車(chē)的急停按鈕的操作，可使系統(tǒng)所有小車(chē)停止動(dòng) 作。
權(quán)利要求1.一種三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)，包括主列和副列兩個(gè)行走梁，船臺(tái)小車(chē)，用于驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)沿行走梁前后移動(dòng)的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)頂舉升降和左右平移的，由主缸和副缸組成的電液伺服系統(tǒng)，控制船臺(tái)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)，其特征是船臺(tái)小車(chē)上設(shè)有由可編程控制控制器及其輔助電路構(gòu)成的前臺(tái)船臺(tái)小車(chē)控制器，船臺(tái)小車(chē)控制器通過(guò)通訊電纜與后臺(tái)工控機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)船體分段的位置和姿態(tài)的高精度調(diào)整，船臺(tái)小車(chē)有多個(gè)，分兩列設(shè)置在主列和副列兩個(gè)行走梁上，行走梁與小車(chē)之間用球鉸聯(lián)接，船臺(tái)小車(chē)的主缸與橫梁相連，主缸軸線垂直于船臺(tái)小車(chē)水平面。
2.如權(quán)利要求所述三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)，其特征是船臺(tái)小車(chē)上設(shè)置有 手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。
專(zhuān)利摘要一種三維船臺(tái)小車(chē)系統(tǒng)，包括主列和副列兩個(gè)行走梁，船臺(tái)小車(chē)，用于驅(qū)動(dòng)船臺(tái)小車(chē)沿行走梁前后移動(dòng)的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，由主缸和副缸組成的電液伺服系統(tǒng)，控制船臺(tái)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)，其特征是船臺(tái)小車(chē)上設(shè)有由可編程控制控制器及其輔助電路構(gòu)成的前臺(tái)船臺(tái)小車(chē)控制器，船臺(tái)小車(chē)控制器通過(guò)通訊電纜與后臺(tái)工控機(jī)相連，船臺(tái)小車(chē)有多個(gè)，分兩列設(shè)置在主列和副列兩個(gè)行走梁上，行走梁與小車(chē)之間用球鉸聯(lián)接，船臺(tái)小車(chē)主缸與橫梁相連。本實(shí)用新型的特點(diǎn)主缸可作上升/下降，左移/右移，沿軌道作前進(jìn)/后退運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)；在后臺(tái)工控機(jī)的控制下，對(duì)各船臺(tái)小車(chē)的主、副油缸實(shí)施同步控制，自動(dòng)完成船體分段的位姿調(diào)整。
文檔編號(hào)B63B9/00GK201046763SQ200720084810
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者張富強(qiáng), 華 程, 偉 趙, 明 趙, 趙海波 申請(qǐng)人:武漢事達(dá)電氣股份有限公司