1.本实用新型涉及疏浚船舶工程技术领域，特别是涉及一种绞吸挖泥船的钢桩台车柔性系统。
背景技术：
2.随着国内及国际疏浚市场需求的不断扩大，绞吸挖泥船作为航道疏浚和港口建设的主要疏浚装备，也向着大型化方向发展，大型绞吸挖泥船的结构设计、挖泥操作系统也随着市场需求向智能化、高海况适应等高等级方向迈进。
3.其中，定位钢桩台车系统作为大型绞吸挖泥船的关键核心部件，尤其对船舶的安全施工和高效定位控制至关重要。定位主桩一般纵向贯穿插入船艏或船尾开槽的台车内，随台车在台车行走油缸的作用下实现船体在施工中线上的前后移动，完成挖泥船的施工及移船操作。当台车步进或步退至有限满行程需要移船或缓桩时，定位辅桩下放入泥，定位主桩提升至一定高度后，控制台车行走油缸将台车位置归零，定位主桩下放入泥，定位辅桩升起，开始下一周期施工作业。
4.目前，大部分绞吸挖泥船的定位钢桩台车与船体之间为刚性连接，这种连接方式及定位桩控制方式对于船舶在非遮蔽、高海浪条件下施工作业时，会使定位钢桩台车系统产生很大的附加力和力矩，使钢桩发生剪切破坏的风险增高。
技术实现要素：
5.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种绞吸挖泥船的钢桩台车柔性系统。通过设置柔性缓冲并实现自动控制，既保证了定位钢桩台车与船体结构之间足够的刚性，满足船体定位要求，又保证了船舶在高海况作业时定位钢桩台车系统有一定的柔性，当长周期大涌浪作用于船体使定位钢桩台车系统产生很大的力矩时，保证了定位钢桩台车系统沿船体纵向有一定的缓冲，有效防止定位桩发生剪切破坏，提高船舶安全性以及施工效率的同时，大大增加了船舶在高海况施工作业的适应性。
6.本实用新型是这样实现的，一种绞吸挖泥船的钢桩台车柔性系统，包括制氮机、出口阀、第一单向阀、低压备用气瓶、泄压电磁阀、加压电磁阀、高压备用气瓶、1#保压电磁阀、1#保压工作气瓶、2#保压电磁阀、2#保压工作气瓶、1#蓄能器、2#蓄能器、左上台车缓冲油缸、右上台车缓冲油缸、右上台车行走油缸、左上台车行走油缸、右上同步油缸、左上同步油缸；
7.所述制氮机的出口经出口阀与第一单向阀入口连接，所述第一单向阀出口经泄压电磁阀与低压备用气瓶连接，所述第一单向阀出口经加压电磁阀与高压备用气瓶连接，所述第一单向阀出口经1#保压电磁阀与1#保压工作气瓶连接，所述第一单向阀出口经2#保压电磁阀与2#保压工作气瓶连接；
8.所述1#保压电磁阀和1#保压工作气瓶之间并联1#蓄能器，所述2#保压电磁阀和2#保压工作气瓶之间并联2#蓄能器；所述1#蓄能器的出口分别与左上台车缓冲油缸的上腔和
右上台车缓冲油缸的上腔连接，所述2#蓄能器的出口分别与右上台车缓冲油缸的下腔和左上台车缓冲油缸的下腔连接；所述左上台车缓冲油缸的活塞杆通过法兰一与左上台车行走油缸的活塞杆连接，所述右上台车缓冲油缸的活塞杆通过法兰二与右上台车行走油缸的活塞杆连接；
9.所述左上同步油缸的缸体一端与法兰一固定连接，另一端通过滑块一与左上台车缓冲油缸的缸体滑动连接，所述左上同步油缸的活塞杆后端与左上台车缓冲油缸的底座固定连接；所述右上同步油缸的缸体一端与法兰二固定连接，另一端通过滑块二与右上台车缓冲油缸的缸体滑动连接，所述右上同步油缸的活塞杆后端与右上台车缓冲油缸的底座固定连接；所述左上同步油缸的下腔通过油管与右上同步油缸的上腔连接，所述左上同步油缸的上腔通过油管与右上同步油缸的下腔连接。
10.进一步地，所述泄压电磁阀并联第二单向阀和第三单向阀，所述低压备用气瓶的接口连接第三单向阀入口，所述第三单向阀出口连接第二单向阀入口，所述第二单向阀出口连接第一单向阀出口，所述第二单向阀和第三单向阀之间并联增压泵。
11.更进一步地，所述增压泵上设有限位开关。
12.进一步地，所述低压备用气瓶、高压备用气瓶、1#保压工作气瓶和2#保压工作气瓶上均设置有压力传感器。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
14.1、本实用新型在不损失台车有效行程的前提下实现了钢桩台车柔性系统的布置，实现了钢桩台车柔性功能的自动控制，既防止了高海浪作业时钢桩受力过大发生剪切破坏，又可通过对同步油缸被动注油和卸油控制，避免了柔性控制过程中台车出现向左或向右的过度扭转造成行走困难或损坏台车，保证水平方向上台车行走油缸的同步性。
15.2、本实用新型提供的钢桩台车柔性系统，实现了不同工作水深时，绞吸挖泥船钢桩台车柔性系统的自动控制，提高船舶安全性以及施工效率的同时，大大增加了船舶在高海况施工作业的适应性。
附图说明
16.图1为本实用新型提供的绞吸挖泥船钢桩台车柔性系统的系统结构图；
17.图2为本实用新型提供的绞吸挖泥船钢桩台车柔性系统的控制方法的控制流程图。
18.图中：1、制氮机；2、出口阀；3、第一单向阀；4、第二单向阀；5、第三单向阀；6、增压泵；7、低压备用气瓶；8、泄压电磁阀；9、加压电磁阀；10、高压备用气瓶；11、2#保压工作气瓶；12、2#蓄能器；13、2#保压电磁阀；14、1#保压电磁阀；15、1#保压工作气瓶；16、1#蓄能器；17、右上台车缓冲油缸；18、左上台车缓冲油缸；19、右上同步油缸；20、左上同步油缸；21、右上台车行走油缸；22、左上台车行走油缸；23、法兰一；24、法兰二；25、滑块一；26、滑块二。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.实施例
23.请参阅图1，本实施例提供一种绞吸挖泥船的钢桩台车柔性系统，包括制氮机1、出口阀2、第一单向阀3、第二单向阀4、第三单向阀5、增压泵6、低压备用气瓶7、泄压电磁阀8、加压电磁阀9、高压备用气瓶10、1#保压电磁阀14、1#保压工作气瓶15、2#保压电磁阀13、2#保压工作气瓶11、1#蓄能器16、2#蓄能器12、左上台车缓冲油缸18、右上台车缓冲油缸17、右上台车行走油缸21、左上台车行走油缸22、右上同步油缸19、左上同步油缸20；
24.所述制氮机1的出口经出口阀2与第一单向阀3入口连接，所述第一单向阀3出口经泄压电磁阀8与低压备用气瓶7连接，所述泄压电磁阀8并联第二单向阀4和第三单向阀5，所述低压备用气瓶7的接口连接第三单向阀5入口，所述第三单向阀5出口连接第二单向阀4入口，所述第二单向阀4出口连接第一单向阀3出口，所述第二单向阀4和第三单向阀5之间并联增压泵6；所述第一单向阀3出口经加压电磁阀9与高压备用气瓶10连接，所述第一单向阀3出口经1#保压电磁阀14与1#保压工作气瓶15连接，所述第一单向阀3出口经2#保压电磁阀13与2#保压工作气瓶11连接；
25.所述1#保压电磁阀14和1#保压工作气瓶15之间并联1#蓄能器16，所述2#保压电磁阀13和2#保压工作气瓶11之间并联2#蓄能器12；所述1#蓄能器16的出口分别与左上台车缓冲油缸18的上腔和右上台车缓冲油缸17的上腔连接，所述2#蓄能器12的出口分别与右上台车缓冲油缸17的下腔和左上台车缓冲油缸18的下腔连接；所述左上台车缓冲油缸18的活塞杆通过法兰一23与左上台车行走油缸22的活塞杆连接，所述右上台车缓冲油缸17的活塞杆通过法兰二24与右上台车行走油缸21的活塞杆连接；
26.所述左上同步油缸20的缸体一端与法兰一23固定连接，另一端通过滑块一25与左上台车缓冲油缸18的缸体滑动连接，所述左上同步油缸20的活塞杆后端与左上台车缓冲油缸18的底座固定连接；所述右上同步油缸19的缸体一端与法兰二24固定连接，另一端通过滑块二26与右上台车缓冲油缸17的缸体滑动连接，所述右上同步油缸19的活塞杆后端与右上台车缓冲油缸17的底座固定连接；所述左上同步油缸20的下腔通过油管与右上同步油缸19的上腔连接，所述左上同步油缸20的上腔通过油管与右上同步油缸19的下腔连接。使得一侧台车缓冲油缸动作时连带与之刚性连接的同步油缸被动移动，任一侧同步油缸杆腔内的压力变化会传递到与之交叉连接的另一侧同步油缸杆腔内，迫使其产生等量的移动，实现左上缓冲油缸和右上缓冲油缸的同步动作。
27.所述低压备用气瓶7、高压备用气瓶10、1#保压工作气瓶15和2#保压工作气瓶11上均设置有压力传感器。
28.所述增压泵6上设有限位开关。
29.上述绞吸挖泥船的钢桩台车柔性系统的控制方法，所述控制方法分为三个阶段：系统预充压阶段、控制参数设置阶段和自动控制阶段；实现该控制方法的硬件可以是plc可编程逻辑控制器，控制流程如图2所示。具体如下：
30.系统预充压阶段：由制氮机1分离纯化产出的氮气向低压备用气瓶7、高压备用气瓶10、1#保压工作气瓶15和2#保压工作气瓶11供气至一定压力后完成系统压力预设，使压力值满足系统最低调整压力需求。
31.系统预充压的具体控制方法为：首先启动制氮机1，打开出口阀2；然后同时打开泄压电磁阀8、加压电磁阀9、1#保压电磁阀14和2#保压电磁阀13，开始向低压备用气瓶7、高压备用气瓶10、1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11充压；充压至压力预设值后，关闭泄压电磁阀8、加压电磁阀9、1#保压电磁阀14和2#保压电磁阀13；最后关闭出口阀2、停止制氮机1。
32.控制参数设置阶段：设定不同工作水深对应的保压工作气瓶的压力值，以满足蓄能器向台车缓冲油缸注油或台车缓冲油缸向蓄能器泄油的压力要求，调整钢桩承压，防止剪切破坏；设定系统压力下限值，以判断是否需要向低压备用气瓶7、高压备用气瓶10、1#保压工作气瓶15和2#保压工作气瓶11进行补压；设定柔性转换时间值，系统判断在设定转换时间内能否完成柔性控制压力变换，若未完成柔性控制压力变换，则自动退出柔性控制，保护各工作油缸的安全性。
33.本实施例中，低压备用气瓶7满足系统调整需求的最低压力为pa
低
，实际压力值为ps
低
；高压备用气瓶10满足系统调整需求的最低压力为pa
高
，实际压力值为ps
高
；1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11满足系统调整需求的最低压力为pa1和pa2，实际压力值为ps1和ps2；且pa
低
≤pa1≈pa2≤pa
高
；
34.系统预充压完成满足柔性控制功能备妥的判断条件为：ps
低
≥pa
低
且ps
高
≥pa
高
且ps1≥pa1且ps2≥pa2。
35.本实施例中，按照钢桩工作水深划分3个区间，分别是：区间1[d
1l
，d
1h
)；区间2[d
2l
，d
2h
)；区间3[d
3l
，d
3h
)，且d
1l
＜d
1h
≤d
2l
＜d
2h
≤d
3l
＜d
3h
；
[0036]
设定区间1对应的1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11的压力为p
11
、p
12
；
[0037]
区间2对应的1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11的压力为p
21
、p
22
；
[0038]
区间3对应的1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11的压力为p
31
、p
32
，且p
11
＞p
21
＞p
31
，p
12
＞p
22
＞p
32
；
[0039]
柔性控制工作时各气瓶压力控制误差为[-0.15, 0.1]；
[0040]
低压备用气瓶7压力下限值为p
l低
，且pa
低
＞p
l低
；
[0041]
高压备用气瓶10压力下限值为p
l高
，且pa
高
＞p
l高
；
[0042]
1#保压工作气瓶15压力下限值为p
l1
，且pa1＞p
l1
；
[0043]
2#保压工作气瓶11压力下限值为p
l2
，且pa2＞p
l2
；
[0044]
柔性转换加压控制过程的时间限值为t
in
；
[0045]
柔性转换泄压控制过程的时间限值为t
de
。
[0046]
自动控制阶段：系统根据当前工作水深对应的保压工作气瓶的工作压力判断是否需要加压或泄压，以保证台车缓冲油缸向台车行走油缸提供稳定压力，防止剪切破坏；具体
包括：泄压控制、加压控制和应急加压控制。当工作水深增大，钢桩允许承受压力减小时，保压工作气瓶泄压，低压备用气瓶7压力上升，台车缓冲油缸向蓄能器卸油；当工作水深减少，钢桩允许承受压力增大时，保压工作气瓶升压，高压备用气瓶10压力下降，蓄能器向台车缓冲油缸注油；当高压备用气瓶10压力不足以提供保压工作气瓶加压所需压力时，启动应急加压，将低压备用气瓶7压力加至保压工作气瓶。
[0047]
本实施例中，钢桩实际工作水深dc满足d
1l
≤dc＜d
1h
时，若p
11-0.15＜ps1＜p
11
0.1，p
12-0.15≤ps2＜p
12
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11压力保持，柔性控制压力转换完成；若ps1＞p
11
0.1，ps2＞p
12
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11泄压；若ps1＜p
11-0.15，ps2＜p
11-0.15，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11加压。
[0048]
钢桩实际工作水深dc满足d
2l
≤dc＜d
2h
时，若p
21-0.15＜ps1＜p
21
0.1，p
22-0.15≤ps2＜p
22
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11压力保持，柔性控制压力转换完成；若ps1＞p
21
0.1，ps2＞p
22
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11泄压；若ps1＜p
21-0.15，ps2＜p
12-0.15，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11加压。
[0049]
钢桩实际工作水深dc满足d
3l
≤dc＜d
3h
时，若p
31-0.15＜ps1＜p
31
0.1，p
32-0.15≤ps2＜p
32
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11压力保持，柔性控制压力转换完成；若ps1＞p
31
0.1，ps2＞p
32
0.1，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11泄压；若ps1＜p
31-0.15，ps2＜p
32-0.15，则1#保压工作气瓶15、2#保压工作气瓶11加压。
[0050]
所述泄压控制的具体控制流程为：打开1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和泄压电磁阀8，启动泄压控制定时器(泄压控制定时器设置在控制系统或在控制程序中预置的时间定时器)，1#保压工作气瓶15和2#保压工作气瓶11开始向低压备用气瓶7泄压，两个保压工作气瓶压力下降，低压备用气瓶7压力上升；在预设柔性转换时间t
de
内，两个保压工作气瓶压力ps1、ps2降至当前工作水深条件下满足台车缓冲油缸稳定工作对应的压力区间时，柔性控制压力转换完成，关闭1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和泄压电磁阀8；否则，柔性控制压力转换失败，系统报警，退出柔性控制至刚性状态，关闭1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和泄压电磁阀8，柔性控制流程结束。
[0051]
所述加压控制的具体控制流程为：打开1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和加压电磁阀9，启动加压控制定时器(加压控制定时器也是设置在控制系统或在控制程序中预置的时间定时器)，高压备用气瓶10开始向两个保压工作气瓶加压，两个保压工作气瓶压力上升，高压备用气瓶10压力下降；在预设柔性转换时间t
in
内，两个保压工作气瓶压力ps1、ps2升至当前工作水深条件下满足台车缓冲油缸稳定工作对应的压力区间时，柔性控制压力转换完成，关闭1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和加压电磁阀9；否则，柔性控制压力转换失败，系统报警，退出柔性控制至刚性状态，关闭1#保压电磁阀14、2#保压电磁阀13和加压电磁阀9，柔性控制流程结束。
[0052]
所述应急加压控制的具体控制流程为：打开泄压电磁阀8，关闭加压电磁阀9，增压泵6循环注油和泄油以实现将低压备用气瓶7中的气体加注到两个保压工作气瓶中，加压过程中当高压备用气瓶10或低压备用气瓶7压力低于系统压力下限值时，系统报警，退出柔性控制至刚性状态，开启制氮机1再次进行系统预充压控制。
[0053]
所述应急加压控制只允许低压备用气瓶7短时小压力区间向两个保压工作气瓶补压时使用。
[0054]
在整个柔性控制过程中，需要保证台车行走在水平方向，避免出现向左或向右的过度扭转，保证行走顺畅，具体控制方法为：当台车缓冲油缸动作时，与之连接的同步油缸进行被动注油或泄油控制，保证了两个台车缓冲油缸动作一致性，避免因台车左或右过度扭转，使台车侧面受力过大造成行走困难或损坏台车。柔性控制压力转换完成，钢桩台车柔性系统工作正常，进入下一柔性控制周期。
[0055]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。