[发明专利]一种装船机智能移舱方法及系统

权利要求书

1.一种装船机智能移舱方法，其特征在于，步骤为：

S1，完成开舱标定，船前完成船舶舱盖类型、船舶障碍类型及各舱进舱位置的标定；

S2，进行移舱确认，在斗轮机取料完成后，通过点击控制台按钮，自动计算出全部物料流上船的时间，并延时给出移舱允许信号，待装船机接收到移舱允许信号后，进行移舱；

S3，完成移舱操作，装船机接收到移舱允许信号之后，在指挥工确认溜筒下沿与舱沿处于同一高度时，开始自动移舱作业，装船机司机通过点击移舱按钮开始移舱，一键操作完成停启悬皮、缩伸悬臂、起落俯仰、行走大车的一系列动作；

S4，实现斗轮机的自动提前要料，自动计算来料时间，适时以指示灯形式通知斗轮机取料；在斗轮机旋转开始取料后，将斗轮机取料信号发送给装船机；

在S3中，为节省移舱时间，采用五段移舱算法完成移舱操作，五段移舱算法具体为：

S3.1分析安全因素，防止船舶纵倾，规避移舱运行禁止因素的产生；

S3.2建立数学模型

将装船机机构动作以空间坐标的形式落在船舶模型上，形成一致的三维坐标，用x轴、y轴、z轴、x-y平面、y-z平面、x-z平面表示，其中：

x轴为大车机构运动轴线，左侧为加，右侧为减；

y轴为伸缩机构运动轴线，海侧为加，陆侧为减；

z轴为俯仰机构运动轴线，上侧为加，下侧为减；

x-y平面为大车行走时，溜筒高于舱盖/舱沿的上平面；

y-z平面为悬臂俯仰时，臂架临近舱盖/舱沿的纵立面；

x-z平面为船舶货舱区设有船吊、桅杆设施的横立面；

做装船机纵立面几何分析，并选取一个适当的俯仰范围，使得在这个范围内司机室可以观测到铲板下沿，且铲板下沿高于舱盖或舱沿上方；然后将这个大区间划分为四个小区间，即立盖有障碍区间、立盖无障碍区间、平盖无障碍区间、平盖有障碍区间，装船机标定时通过点击按钮开关将船舶类型数据读入处理器，具体数据为：

h＝xsinα+asinα-bcosα

h为俯仰铰点与溜筒铰点的地面方向上的垂直距离；

a为固定臂架长度；

b为俯仰铰点与溜筒铰点的沿臂架方向垂直距离；

x为伸缩长度；

α为俯仰角度；

俯仰挂钩状态下，x＝0；

自安全钩位置放俯仰时，x＝0，司机室可以看到铲板下沿的条件应满足：

asinα-bcosα+H_a-H_ch≤H_c

H_c为司机室到地面的距离；

H_a为俯仰主轴到地面的距离；

H_ch为溜筒高度；

S3.3俯仰机构参数计算

装船机首舱进舱位置与尾舱进舱位置的间距除以n-1的差值为单舱长，再乘以n得到货舱区长，货舱区长除以货舱区长与船长的比例系数即为船长，船长乘以垂线间长与船长的比例系数即为垂线间长；由三角形相似原理，可知垂线间长与吃水差的比值等于移舱距离与纵倾高度的比值：

纵倾高度：

安全距离：H₂＝s；

舱盖高度：H₃＝0.25·r·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n；1-P_n)]；

舱盖间隙：H₄＝c；

0.25为折叠式舱盖的高度与舱口宽度的比值；

r为舱口长度与舱长的比例系数，其值取0.7～0.9；

P_i为标定各舱进舱位置，i＝1～n；

n为标定舱数；

K_BPL为垂线间长与船长的比例系数，取值0.96；

K_CHL为货舱区长与船长的比例系数，介于0.73～0.77；

s为大于潮高变化的移舱安全距离，单位为米；

c为舱口盖立起后与舱口围板间的缝隙，单位为米；

t_Abs＝Abs(t)＝|d_F-d_A|为吃水差绝对值(m)；

其中吃水差t的计算过程，详述如下：

Δ_L＝0.32～0.56DW

Δ_B＝0.2～0.4DW

得到

Δ₀＝Δ_L+△_B＝0.52～0.96DW

由

L＝8.545DW^0.2918

得到

其中：

DW为载重吨；

Δ_L为空船重量；

Δ_B为压载水重量；

Δ₀为靠泊排水量；

L为船长；

将船体近似为等水线面模型，可得到偏小的靠泊平均吃水d，进而最终得到偏大的吃水差t，保证移舱安全性：

T为设计吃水；

d为平均吃水；

代入

T＝0.0441L^1.051

则有

解得

d＝0.0151L^1.051

d_F+d_A＝2d＝0.0302L^1.051

其中：

d_F为船舶首吃水；

d_A为船舶尾吃水；

C_B为方形系数；

为纵稳性高；

W_n为每轮装载的装载量；

x_n为每轮装载的大车位置坐标；

x_Fn为每轮装载的漂心坐标；

忽略漂心，并按船长的2％估算靠泊吃水差，得到

由

上述公式t可以表述如下：

即

t₀…t_n为每轮装载的吃水差；

反推x_n：

即

x₁…x_n为每轮装载的大车位置坐标；

该式x₁…x_n也表示装载量、大车位置坐标和吃水差变化量的对应关系；

其中，

L代入船长估算公式

x_n代入大车位置坐标；

船头朝向与大车坐标递增方向相同时：

x_n＝P_i-[P₁-(0.5-0.07)L]

x_n＝0.43L-P₁+P_i

船头朝向与大车坐标递减方向相同时：

x_n＝-P_i+[P₁+(0.5-0.07)L]

x_n＝0.43L+P₁-P_i

0.07为船头与船长的比例；

0.5为船长的一半；

P_n代入对应大车位置的作业量；

得到上述计算公式x_n后，需要实时读取转接塔皮带秤的装舱量，方法如下：

设装船机距离远端皮带秤的距离为L_B，皮带运行速度为v_B，则皮带运行时间为

设置一个数组ARRAY，当皮带秤流量大于0时，按照一定时间间隔读取皮带秤读数，读取方法为先进先出FIFO方法：ARRAY[0]为实时读数，ARRAY[1]读取ARRAY[0]，ARRAY[2]读取ARRAY[1]，依此类推；

读数时间间隔t_s(s)，将设备额定流量为f(t/h)，即为该时间间隔引起的偏差吨数为：

计算数组的序号为：

装船机到达某一位置时，皮带秤累计流量为W_A，W_A-W_I为皮带上此时的物料总量，读取前t_B时刻的初值流量

W_I＝ARRAY[i]

装船机离开这一位置时，皮带秤累计流量为W_L，W_L-W_F为皮带上此时的物料总量，读取前t_B时刻的终值流量

W_F＝ARRAY[i]

则装船机在这一位置的装货量为

W_n＝W_F-W_I

俯仰上升阶段的上升高度H_u：

立盖船舶船头朝左，大车左行：

H_u＝H₁+H₂+H₃+H₄

平盖船舶船头朝左，大车左行：

H_u＝H₁+H₂

立盖船舶船头朝左，大车右行：

H_u＝H₂+H₃+H₄

H_u＝s+0.25·r·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n；1-P_n)]+c

H_u＝0.2·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+3.5

平盖船舶船头朝左，大车右行：

H_u＝H₂

H_u＝s

H_u＝2

立盖船舶船头朝右，大车左行：

H_u＝H₂+H₃+H₄

H_u＝s+0.25·r·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+c

H_u＝0.2·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+3.5

平盖船舶船头朝右，大车左行：

H_u＝H₂

H_u＝s

H_u＝2

立盖船舶船头朝右，大车右行：

H_u＝H₁+H₂+H₃+H₄

平盖船舶船头朝右，大车右行：

H_u＝H₁+H₂

当满足如下条件时：

ysinβ+asinβ-bcosβ≥xsinα+asinα-bcosα+H_u

俯仰上升停止；

俯仰下降阶段的下降高度H_d：

立盖船舶船头朝左，大车左行：

H_d＝H₂+H₃+H₄

H_d＝s+0.25·r·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+c

H_d＝0.2·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+3.5

平盖船舶船头朝左，大车左行：

H_d＝H₂

H_d＝s

H_d＝2

立盖船舶船头朝左，大车右行：

H_d＝H₁+H₂+H₃+H₄

平盖船舶船头朝左，大车右行：

H_d＝H₁+H₂

立盖船舶船头朝右，大车左行：

H_d＝H₁+H₂+H₃+H₄

平盖船舶船头朝右，大车左行：

H_d＝H₁+H₂

立盖船舶船头朝右，大车右行：

H_d＝H₂+H₃+H₄

H_d＝s+0.25·r·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n；1-P_n)]+c

H_d＝0.2·Max[Abs(P₁-P₂),…,Abs(P_n-1-P_n)]+3.5

平盖船舶船头朝右，大车右行：

H_d＝H₂

H_d＝s

H_d＝2

当满足如下条件时：

ysinβ+asinβ-bcosβ≤xsinα+asinα-bcosα+H_u-H_d

俯仰下降停止；

S3.4大车机构参数计算

P₀＜P_i时，大车左行；P₀＞P_i时，大车右行，行走距离L_g：

L_g＝P_i-P₀,i＝1,…,n

S3.5伸缩机构参数计算

L_t取伸缩位置的全局变量；

折线轨迹处理：

当活动臂架长度为x、固定臂架长度为a时，俯仰角速度保持τ(°/s)不变时，计算铲板在垂直方向上的线速度(m/s)，初始俯仰角度为α，终止俯仰角度为β；

精确公式如下：

简化公式如下：

v＝0.0174533(x+a)τ

斜向的移舱轨迹为以铲板垂直线速度和以大车线速度的合成运动折线，该折线仅用于船尾向船首方向的移舱过程，出舱时需做轨迹判断：

a.出舱折线轨迹的水平方向位移：

L_o＝P_i-P₀,P_jP_iP₀

L_o＝P₀-P_i,P₀P_iP_j

L_o为出舱折线轨迹的水平方向位移；

b.出舱折线轨迹的垂直方向位移：

H_o＝0.0349066(x+a)τL_o

H_o为出舱折线轨迹的水平方向位移；

c.进舱折线轨迹的水平方向位移：

L_i进舱折线轨迹的水平方向位移；

K_CHL同上，取最小值0.7；

r同上，取最小值0.7；

d.进舱折线轨迹的垂直方向位移：

H_i＝0.0349066(x+a)τL_i

H_i为进舱折线轨迹的垂直方向位移。