компенсирующее смещение устройство для уравновешивания несущей рамы на судне при движении воды

Формула изобретения

1. Компенсирующее смещение устройство (1; 51) для уравновешивания несущей рамы (2; 52) на судне (3; 53) при движении воды, содержащее:

- несущую раму (2; 52);

- исполнительную систему (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57), выполненную с возможностью перемещения несущей рамы (2; 52) вдоль z-оси и поворота несущей рамы (2; 52) вокруг x-оси и y-оси, при этом x-ось, y-ось и z-ось образуют воображаемый набор ортогональных осей, а z-ось простирается вертикально;

- систему (8; 58) датчиков для измерения поступательного перемещения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси и генерирования сигналов (10; 60) датчиков, отображающих измеренные смещения судна (3; 53);

- управляющую систему (9; 59), генерирующую управляющие сигналы (11, 12, 13; 61, 62, 63) для приведения в действие исполнительной системы в ответ на сигналы (10, 60) датчиков таким образом, что положение несущей рамы (2; 52) уравновешивается для измеренных смещений судна (3; 53);

отличающееся тем, что

исполнительная система включает в себя по меньшей мере три блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндров-поршней, каждый из которых имеет вертикальную продольную ось (14; 64);

причем каждый блок (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень имеет верхнюю опору (15; 65) для поддержки несущей рамы (2; 52) на блоке (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень и нижнюю опору (16; 66) для поддержки указанного блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень на основании (17; 67); при этом

- верхняя опора (15; 65) обеспечивает возможность вращательного движения соответствующего блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень относительно несущей рамы (2; 52) вокруг x-оси, а также y-оси; и/или

- нижняя опора (16; 66) обеспечивает возможность вращательного движения соответствующего блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень относительно основания (17; 67) вокруг x-оси, а также y-оси;

причем устройство (1; 51) дополнительно включает в себя механическую ограничительную систему (18; 19; 20; 86, 87, 91; 92), ограничивающую поступательное перемещение несущей рамы (2; 52) относительно основания вдоль x-оси, поступательное перемещение вдоль y-оси и вращательное движение вокруг z-оси.

2. Устройство по п.1, в котором ограничительная система (18; 19; 20; 86, 87, 91; 92) представляет собой упругую ограничительную систему, которая при нарушении положения механического равновесия, определяемого как положение, в котором несущая рама и рама основания являются параллельными друг другу, генерирует упругие противодействующие усилия, противодействующие нарушению.

3. Устройство (1; 51) по п.2, в котором ограничительная система (18; 19; 20; 86, 87, 91; 92) является амортизированной.

4. Устройство (1; 51) по п.1, в котором верхняя опора (15; 65) включает в себя одно из группы: универсальный шарнир, сферический подшипник (71) или шаровой шарнир (21).

5. Устройство по п.1 или п.4, в котором нижняя опора (16; 66) включает в себя одно из группы: универсальный шарнир (22), сферический подшипник (72) или шаровой шарнир.

6. Устройство по п.1, в котором ограничительная система содержит:

- по меньшей мере одну колонну (91), прикрепленную к основанию и простирающуюся в направлении z-оси;

- для каждой колонны (91) по меньшей мере три направляющих колеса (86), подвешенные с возможностью поворота к несущей раме (52) для поворота вокруг оси (89) поворота перпендикулярно z-оси, при этом по меньшей мере три направляющих колеса (86) расположены рассредоточенно вокруг колонны (91) для езды по длине колонны, при этом пружина (87) подвергает предварительному натяжению каждое направляющее колесо (86), поворачивая его к колонне (91).

7. Устройство по п.6, включающее в себя колонну (91) по меньшей мере с тремя направляющими колесами (86) для каждого блока (54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень.

8. Устройство по п.6, в котором каждый блок (54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень простирается через колонну (91).

9. Устройство по п.6, в котором четыре направляющих колеса (86) расположены вокруг каждой колонны (91), причем данные направляющие колеса (86) разделены промежутками в 90° вокруг колонны (91).

10. Устройство по одному из пп.6-9, в котором пружины (87) снабжены амортизатором (92) для амортизирования действия пружин.

11. Устройство по п.1, в котором ограничительная система включает в себя по меньшей мере три балки (18, 19, 20), при этом каждая балка шарнирно сочленена одним концом (30) с основанием, а другим концом (31) с несущей рамой (2).

12. Устройство по п.11, в котором балки (18, 19, 20) расположены горизонтально и при этом по меньшей мере две балки расположены ортогонально относительно друг друга.

13. Устройство по п.11, в котором балки (18, 19, 20) функционируют в продольном направлении в качестве по существу жестких тянуще-толкающих элементов.

14. Устройство по п.12, в котором балки (18, 19, 20) функционируют в продольном направлении в качестве по существу жестких тянуще-толкающих элементов.

15. Устройство по п.11, в котором концы балок (18, 19, 20) шарнирно прикреплены к несущей раме и основанию посредством универсального шарнира.

16. Устройство по п.11, в котором, с одной стороны, крепление концов балок (18, 19, 20) направлено против вращения вокруг Z-оси, а с другой стороны, концы балок выполнены подвижными относительно друг друга за счет отклонения.

17. Устройство по п.11, в котором балки (18, 19, 20) изготовлены из стали.

18. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором основание включает в себя отдельный сегмент (35; 85) основания для каждого блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень.

19. Устройство по п.17, в котором каждый отдельный сегмент (35; 85) основания имеет наружные размеры, соответствующие наружным размерам стандартного морского контейнера.

20. Устройство по п.19, в котором морской контейнер представляет собой 20, 30 или 40 футовый контейнер.

21. Устройство по п.1, в котором каждый блок (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень шарнирно прикреплен либо к несущей раме, либо к основанию (17; 67) для сохранения блока (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень с продольным направлением (14; 64), простирающимся в поперечном направлении к z-оси.

22. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором каждый блок (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень имеет максимальный ход в диапазоне от 1 до 3,5 метров.

23. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором каждый блок (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндр-поршень имеет максимальный ход в диапазоне от 1 до 2 метров.

24. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором, если смотреть в поперечном направлении к z-оси, наибольшее расстояние между двумя блоками (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндров-поршней из указанных по меньшей мере трех блоков цилиндров-поршней составляет самое большее 40 метров.

25. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором, если смотреть в поперечном направлении к z-оси, наибольшее расстояние между двумя блоками (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндров-поршней из по меньшей мере трех блоков цилиндров-поршней составляет самое большее 30 метров.

26. Устройство по одному из пп.1 или 11-17, в котором по меньшей мере три блока цилиндров-поршней являются гидравлическими блоками (4, 5, 6; 54, 55, 56, 57) цилиндров-поршней.

27. Установка, содержащая:

- устройство (1; 51) по одному из пп.1 или 11-17; и

- кран (25; 75),

при этом кран (25; 75) включает в себя подъемный канат (26; 76) или захватное устройство, которое шарнирно соединено со стрелой крана.

28. Установка по п.27, дополнительно включающая в себя судно (3; 53).

29. Установка, содержащая:

- устройство (1; 51) по одному из пп.1 или 11-17; и

- судно (3; 53).

30. Установка по п.28, в которой несущая рама (2; 52) представляет собой приемную платформу для вертолета, предпочтительно снабженную системой посадочных знаков.

31. Установка по п.28, в которой судно (3; 53) снабжено якорной системой, выполненной с возможностью предотвращения поступательного перемещения судна вдоль x-оси, поступательного движения вдоль y-оси и вращательного движения вокруг z-оси.

32. Установка по п.28, в которой судно (3; 53) снабжено системой динамической стабилизации судна, выполненной с возможностью предотвращения поступательного перемещения судна вдоль x-оси, поступательного перемещения вдоль y-оси и вращательного движения вокруг z-оси.

33. Способ уравновешивания несущей рамы на судне при локальном движении воды, в котором несущая рама поддерживается исполнительной системой, включающей в себя по меньшей мере три блока цилиндров-поршней, каждый из которых имеет вертикальную продольную ось;

в котором измеряют поступательное перемещение судна вдоль z-оси, вращательное движение вокруг х-оси и вращательное движение вокруг y-оси;

в котором блоками цилиндров-поршней управляют посредством управляющих сигналов, генерируемых в ответ на измерения поступательного перемещения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси;

в котором ограничительная система (18, 19, 20; 86, 87, 91, 92) ограничивает поступательное движение несущей рамы (2; 52) относительно судна (3; 53) вдоль x-оси, поступательное перемещение вдоль y-оси и вращательное движение вокруг z-оси для движений, необходимых для обеспечения возможности поступательного движения несущей рамы (2; 52) относительно судна (3; 53) вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси посредством исполнительной системы.

34. Способ по п.33, в котором ограничительная система является упругой ограничительной системой, генерирующей упругие противодействующие силы при нарушении положения механического равновесия, причем данные противодействующие силы противодействуют нарушениям положения механического равновесия, при этом положение механического равновесия определено как положение, в котором несущая рама и основание параллельны друг другу.

35. Способ по п.33, в котором ограничительная система включает в себя по меньшей мере три балки (18, 19, 20), при этом каждая балка шарнирно соединена с основанием одним концом (30) и с несущей рамой (2) другим концом (31).

36. Способ по п.35, в котором балки размещают горизонтально, при этом по меньшей мере две указанные балки (18, 19, 20) размещают ортогонально относительно друг друга.

37. Способ по п.35, в котором балки (18, 19, 20) функционируют в продольном направлении в качестве по существу жестких тянуще-толкающих элементов.

38. Способ по п.36, в котором балки (18, 19, 20) функционируют в продольном направлении в качестве по существу жестких тянуще-толкающих элементов.

39. Способ по п.33, в котором несущая рама несет кран (25; 75), содержащий подъемный канат (26; 76) или захватное устройство, шарнирно соединенное со стрелой крана.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение в целом относится к компенсирующему смещение устройству для уравновешивания несущей рамы, которая может, например, нести переносящее груз устройство наподобие крана или портального крана на судне при локальном движении воды.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к компенсирующему смещение устройству для уравновешивания несущей рамы на судне при локальном движении воды, при этом устройство включает в себя:

- несущую раму для несения крана;

- исполнительную систему, выполненную с возможностью перемещения несущей рамы вдоль z-оси и поворота несущей рамы вокруг x-оси и y-оси, при этом x-ось, y-ось и z-ось образуют воображаемый набор ортогональных осей, причем z-ось простирается вертикально;

- систему датчиков для измерения поступательного движения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси и генерирования сигналов датчиков, отображающих указанные измеренные смещения судна;

управляющую систему, генерирующую управляющие сигналы для приведения в действие исполнительной системы в ответ на указанные сигналы датчиков таким образом, что положение несущей рамы уравновешивается для указанных измеренных смещений судна.

Кроме того, изобретение относится к компоновке, включающей в себя подобное компенсирующее смещение устройство согласно изобретению и кран, причем данная компоновка может дополнительно включать в себя также судно.

Кроме того, изобретение относится к компоновке, включающей в себя подобное компенсирующее смещение устройство согласно изобретению и судно, причем данная компоновка предпочтительно включает в себя также кран. Иначе говоря, настоящее изобретение таким образом относится также к судну, снабженному компенсирующим смещение устройством согласно изобретению, причем данное судно предпочтительно снабжено также краном.

При перемещении грузов с судна на другое судно или на какую-то другую конструкцию, которая может быть подвижной или неподвижной относительно земли вследствие движения воды, на которой плавает судно, возникают проблемы. Движение воды передает перемещающему груз устройству и, следовательно, грузу, подлежащему перемещению, аналогичные движения. В случае когда груз переносят с помощью подъемного каната, движение воды также будет являться причиной качательного движения груза. Аналогичные проблемы возникают, когда судно принимает груз типа вертолета, садящегося на судно, контейнер или другой груз. Движение воды заставляет судно двигаться, что, в свою очередь, вызывает аналогичное смещение места на судне, которое должно принимать груз.

Также, когда погодные условия очень спокойные, упомянутые выше проблемы присутствуют благодаря локальному движению воды. В связи с этим необходимо заметить, что, хотя очевидно вода приводится в сильное движение ветром, действие ветра может отставать в воде на недели и оказывать на воду влияние на большом расстоянии от места ветра. Вода даже может выглядеть очень спокойной, но все-таки находиться в движении вследствие ветра недели назад и/или далеко. Влияние этого, например, на морские строительные работы состоит в том, что необходимо ждать, когда вода будет почти без движения, например в случае, когда кран с подъемным канатом должен использоваться безопасно.

Относительно движений, которым подвергается судно на воде, необходимо заметить, что судно фактически является объектом 6 степеней свободы движения, трех поступательных движений и трех вращательных движений. Используя математический подход, основанный на картезианской системе координат, имеющей воображаемый набор из трех ортогональных осей - x-оси, y-оси и z-оси, эти 6 смещений можно называть поступательное движение вдоль x-оси, поступательное движение вдоль y-оси, поступательное движение вдоль z-оси, вращательное движение вокруг х-оси, вращательное движение вокруг y-оси и вращательное движение вокруг z-оси. Необходимо заметить, что, с математической точки зрения, также существуют другие эквивалентные способы сформировать 6 степеней движения в пространстве, например, 3 используемые оси могут быть неортогональными относительно друг друга или может быть использована так называемая сферическая координатная система. Перенос одного образования 6 степеней свободы движения в другое образование 6 степеней свободы движения является всего лишь предметом математического расчета. Используя так называемую картезианскую систему координат и определяя z-ось как простирающуюся вертикально, x-ось как простирающуюся в продольном направлении судна, а y-ось как простирающуюся в поперечном направлении судна, поступательное движение вдоль x-оси на практике называют продольным сносом, поступательное движение вдоль y-оси на практике называют боковым сносом, поступательное движение вдоль z-оси на практике называют вертикальной качкой, вращательное движение вокруг х-оси на практике называют боковым креном, вращательное движение вокруг y-оси на практике называют продольным креном, вращательное движение вокруг z-оси на практике называют рысканием.

GB 2.163.402 раскрывает конфигурацию для перемещения предметов в открытом море между двумя судами, причем данная конфигурация использует портальный кран, имеющий две шарнирно соединенные стрелы, установленный одним концом портального крана на судне и с расположением на другом свободном конце портального крана несущего устройства в виде грузовой платформы. Переносящее груз устройство стабилизировано в пространстве, оно имеет определяющую устойчивость конфигурацию, которая измеряет все три вращательных и все три поступательных движения переносящего груз устройства в пространстве и предоставляет сигналы таким образом, чтобы портальным краном можно было управлять различного рода приспособлениями и связанным средством управления для уравновешивания всех трех вращательных движений и всех трех вращательных движений. Данная конфигурация сложная по конструкции и не способна уравновешивать локальные движения воды в случае, когда груз переносят с помощью подъемного каната. Также сложным является управление уравновешиванием 6 степеней свободы движения. Кроме того, принимая в расчет, что грузовая платформа, снабженная датчиками, вследствие того, что ее переносит шарнирная стрела (портальный кран), находится на большом расстоянии от судна, величина вращательных движений судна сперва увеличивается за счет длины стрелы, а после этого уравновешивается, что делает управление более трудным.

US 5947740 раскрывает моделирующее устройство, обеспечивающее оператору возможность воспроизводить или отображать в условиях испытаний явления, которые вероятно могут произойти. Данное моделирующее устройство включает в себя платформу, переносимую шестью + одним гидравлическими блоками. Нижние концы шести гидравлических блоков скреплены в парах по две по треугольному шаблону к неподвижной окружающей обстановке, а верхние концы прикреплены в других парах по две к моделируемой платформе, также по треугольному шаблону. В положении механического равновесия все шесть гидравлических блоков простираются наклонно относительно вертикали - ни один из гидравлических блоков не расположен параллельно другому в положении механического равновесия. Эти шесть гидравлических блоков являются активно управляемыми, чтобы двигать платформу с целью моделирования. Другой гидравлический блок является вертикальным и по существу несет груз платформы и является пассивным, т.е. неуправляемым. Преимущество данного пассивного центрального гидравлического блока состоит в том, что другие шесть гидравлических блоков предназначены только для управления движениями платформы и не нужны для поддержки груза платформы. За счет этого уменьшаются усилия, прикладываемые для управления движением данной платформы. Хотя в документе не говорится об этом ясно, данное моделирующее устройство относится к типу, который используется для летных моделирующих устройств для обучения пилотов самолетов. Известно, что данное моделирующее устройство US 5947740 также используется для уравновешивания платформы для перемещения пассажиров на судне относительно движения воды, так чтобы пассажиры легко могли переходить на другое судно или конструкцию с фиксированным положением без смещения продольного мостика. Различие между моделирующим устройством и применением устройства коррекции движения является существенным для управления. При применении коррекционного устройства управление основано на измерениях датчиков движения для уравновешивания шести степеней свободы движения платформы для измеренного смещения. Данное коррекционное устройство и его управляющая система относительно сложные и, следовательно, также дорогие.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение компенсирующего смещение устройства для уравновешивания несущей рамы на судне при локальном движении воды, которое является относительно простым по конструкции и управлению.

Согласно изобретению данная задача достигается за счет обеспечения компенсирующего смещение устройства для уравновешивания несущей рамы на судне при локальном движении воды, при этом устройство включает в себя:

- указанную несущую раму;

- исполнительную систему, выполненную с возможностью перемещения несущей рамы вдоль z-оси и поворота несущей рамы вокруг x-оси и y-оси, при этом x-ось, y-ось и z-ось образуют воображаемый набор ортогональных осей, причем z-ось простирается вертикально;

- систему датчиков для измерения поступательного движения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси и генерирования сигналов датчиков, отображающих указанные измеренные смещения судна;

- управляющую систему, генерирующую управляющие сигналы для приведения в действие исполнительной системы в ответ на указанные сигналы датчиков таким образом, что положение несущей рамы уравновешивается для указанных измеренных смещений судна;

отличающегося тем, что исполнительная система включает в себя по меньшей мере три блока цилиндров-поршней, каждый из которых имеет вертикальную продольную ось;

тем, что каждый блок цилиндр-поршень имеет верхнюю опору для поддержки несущей рамы на указанном блоке цилиндр-поршень и нижнюю опору для поддержки указанного блока цилиндр-поршень на основании;

тем, что

- верхняя опора обеспечивает возможность вращательного движения соответствующего блока цилиндр-поршень относительно несущей рамы вокруг x-оси, а также y-оси; и/или

- нижняя опора обеспечивает возможность вращательного движения соответствующего блока цилиндр-поршень относительно основания вокруг x-оси, а также y-оси;

и тем, что устройство дополнительно включает в себя механическую ограничительную систему, ограничивающую поступательное движение вдоль x-оси, поступательное движение вдоль y-оси и вращательное движение вокруг z-оси несущей рамы относительно основания.

Согласно изобретению исполнительная система включает в себя по меньшей мере три блока цилиндров-поршней, предпочтительно гидравлических блока цилиндров-поршней, которые расположены по существу параллельно, главным образом по существу вертикально (т.е. в направлении z-оси). В процессе работы данные блоки цилиндров-поршней могут одновременно выдвигаться или укорачиваться с целью регулирования вертикальной высоты - в направлении z-оси - несущей рамы относительно судна. В процессе работы, когда судно по существу является неподвижным на своем месте, это является доминирующим движением судна, которое должно быть компенсировано, когда судно ходит вверх и вниз (часто относительно медленно и долго) с волновым движением воды. Менее преобладающие боковой крен судна и крен судна вперед-назад уравновешиваются посредством раздельного регулирования блоков цилиндров-поршней относительно друг друга. Хотя возможно, что блоки цилиндров-поршней являются неподвижными относительно друг друга в том смысле, что в процессе работы их относительные положения остаются неизменными, например в случае, когда они являются взаимно абсолютно параллельными, они будут всегда располагаться взаимно параллельно, на практике более практично предоставить им возможность некоторой свободы вращательного движения вокруг x-оси или y-оси, т.е. в процессе работы продольные оси указанных блоков цилиндров-поршней испытывают некоторое смещение относительно друг друга. В данном случае необходимо понимать, что вертикальная продольная ось указанного блока цилиндр-поршень содержит отклонения продольной оси относительно вертикали, составляющие менее чем 15°, предпочтительно самое большее 10°, более предпочтительно самое большее 5°. В положении механического равновесия, определяемом как положение, в котором несущая рама и основание параллельны друг другу, указанные блоки цилиндров-поршней будут однако предпочтительно взаимно параллельными. Для того чтобы предотвратить заедание устройства вследствие того, что устройство является переопределенным, верхняя и/или нижняя опора каждого блока цилиндр-поршень выполнена/выполнены с возможностью обеспечения вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси. Ограничительная система ограничивает поступательное движение вдоль x-оси, поступательное движение несущей рамы относительно основания вдоль y-оси и вращательное движение вокруг z-оси для движений, необходимых для обеспечения возможности поступательного движения вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси несущей рамы относительно основания посредством указанной исполнительной системы. Преимущества устройства согласно изобретению состоят в том, что управление уравновешивающими движениями является менее сложным - блоки цилиндров-поршней будут находиться по существу параллельно, что упрощает управление; что трех блоков цилиндров-поршней достаточно, хотя в положении механического равновесия также может быть использовано немного больше по существу параллельных блоков цилиндров-поршней в случае, когда это может быть полезно по какой-либо причине, причем управление не становится значительно более сложным; и что необходимо относительно небольшое пространство для того, чтобы обеспечить возможность уравновешивающего смещения опорной рамы по причине того, что блоки цилиндров-поршней располагаются в процессе работы по существу параллельно (с системой, как в US 5947740, для того чтобы обеспечить возможность движения блоков цилиндров-поршней между различными наклонными положениями, требуется, чтобы все пространство под платформой не имело препятствий).

Концепция данного изобретения состоит в том, что в большинстве случаев достаточно компенсировать только поступательное движение судна вдоль z-оси, вращательное движение вокруг х-оси и вращательное движение вокруг y-оси. Другие три степени свободы движения судна (т.е. вращательное движение вокруг z-оси, поступательное движение вдоль x-оси и поступательное движение вдоль y-оси) не требуют уравновешивания по причине того, что они зависят от множества незначительных обстоятельств. Данные другие три степени свободы движений, являясь незначительными, могут иметь различные причины. Когда несущая рама представляет собой, например, приемную платформу для вертолета или приемную платформу для груза, данные другие степени свободы движений могут совсем не иметь значения. Когда, например, судно стоит на якоре и/или удерживается в требуемом положении посредством управления динамической стабилизацией, данные другие степени свободы движений уже находятся под контролем.

Для того чтобы содействовать несущей платформе в возвращении своего положения механического равновесия, является преимуществом, когда ограничительная система является упругой, т.е. обладает некоторыми упругими свойствами. Для того чтобы предотвратить колебание вследствие противодействующих усилий, прикладываемых упругой ограничительной системой, согласно изобретению является преимуществом, когда упругая ограничительная система представляет собой амортизированную упругую ограничительную систему.

Для того чтобы расположить верхнюю и/или нижнюю опору каждого блока цилиндр-поршень, обеспечивая возможность вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси, согласно изобретению является предпочтительным, когда верхняя и/или соответственно нижняя опора включает в себя одно из группы: универсальный шарнир, сферический подшипник или шаровой шарнир. Универсальный шарнир имеет два взаимно поперечных шарнира, оба поперечные продольной оси универсального шарнира, причем данные шарниры предусматривают свободу для x-оси и вращательное движение вокруг y-оси. Данные свобода для x-оси и вращательное движение вокруг y-оси могут быть также достигнуты с шаровым шарниром или сферическим подшипником. В общем степень свободы, достигаемая со сферическим подшипником, является меньшей, чем с шаровым шарниром. Но принимая в расчет, что требуемая степень свободы во многих вариантах применения является относительно небольшой, сферический подшипник во многих вариантах применения является достаточным.

Согласно дополнительному варианту осуществления ограничительная система включает в себя:

- по меньшей мере одну колонну, прикрепленную к указанному основанию и простирающуюся в направлении z-оси; и

- для каждой колонны по меньшей мере три направляющих колеса, которые подвешены с возможностью поворота к несущей раме для поворота вокруг оси поворота перпендикулярно z-оси, причем указанные по меньшей мере три направляющих колеса расположены рассредоточенно вокруг указанной колонны для езды по длине указанной колонны, при этом пружина подвергает предварительному натяжению каждое направляющее колесо, поворачивая его к указанной колонне.

Колонна служит в качестве направляющей для направленного движения несущей рамы в направлении z-оси. Когда несущая рама движется в направлении z-оси, направляющие колеса будут ехать вдоль колонны. Для того чтобы обеспечить возможность движения несущей рамы относительно колонны в направлении, поперечном z-оси, направляющие колеса подвешены к несущей раме с возможностью поворота. Пружины обеспечивают противодействующее усилие, которое стремится сохранить положение механического равновесия. Хотя могло бы быть достаточно одной указанной колонны, в данном варианте осуществления для плавного направления предпочтительно иметь указанную колонну для каждого блока цилиндр-поршень. Для того чтобы защитить блоки цилиндров-поршней от повреждения окружающей обстановкой, в данном варианте осуществления в соответствии с изобретением предпочтительно, когда каждый указанный блок цилиндр-поршень простирается через указанную колонну. Для того чтобы получить хорошее наведение с одной стороны и хорошее противодействие в направлении положения механического равновесия с другой стороны, в данном варианте осуществления в соответствии с изобретением предпочтительно, когда вокруг каждой указанной колонны расположены четыре указанных направляющих колеса, причем данные направляющие колеса разделены промежутками 90° вокруг колонны. Для амортизирования в соответствии с изобретением предпочтительно, когда пружины снабжены амортизатором для амортизирования действия пружин.

Согласно еще одному варианту осуществления в соответствии с изобретением предпочтительно, когда ограничительная система включает в себя по меньшей мере три балки, при этом каждая балка прикреплена одним концом к основанию, а другим концом к несущей раме. Данные балки функционируют в их продольном направлении в качестве по существу жестких толкающе-тянущих элементов. Концы данных балок могут быть шарнирно прикреплены к несущей раме и основанию, например, посредством универсального шарнира. В случае, когда прикрепление концов балок направлено против вращения вокруг z-оси, концы балки являются подвижными относительно друг друга за счет отклонения.

Для распределения груза и легкой установки устройства согласно изобретению на судне в соответствии с изобретением предпочтительно, когда основание включает в себя отдельный сегмент основания для каждого блока цилиндр-поршень. Отдельный сегмент основания для каждого блока цилиндр-поршень обеспечивает удовлетворительное распределение груза, а также обеспечивает возможность легкого и без раскачивания размещения устройства на неровной палубе или другой поверхности судна.

Для легкой транспортировки устройства согласно изобретению, например транспортировки по морю, дороге или железной дороге, предпочтительно, когда каждый отдельный сегмент основания имеет наружные размеры, соответствующие наружным размерам стандартного морского контейнера, предпочтительно 20, 30 или 40 футового контейнера.

Для легкой транспортировки устройства согласно изобретению, кроме того, предпочтительно, когда каждый блок цилиндр-поршень шарнирно прикреплен либо к несущей раме, либо к основанию для сохранения блока цилиндр-поршень с продольным направлением, простирающимся в поперечном направлении, предпочтительно перпендикулярно z-оси. Это обеспечивает возможность компактного положения хранения. Согласно изобретению, кроме того, предпочтительно когда:

- каждый блок цилиндр-поршень имеет максимальный ход в диапазоне от 1 до 3,5 метров, предпочтительно в диапазоне от 1 до 2 метров; и/или

- если смотреть в поперечном направлении к z-оси, наибольшее расстояние между двумя указанными блоками цилиндров-поршней из указанных по меньшей мере трех блоков цилиндров-поршней составляет самое большее 40 метров, предпочтительно самое большее 30 метров.

Устройство с данным максимальным ходом для блоков цилиндров-поршней и/или данным наибольшим расстоянием между двумя указанными блоками цилиндров-поршней, с одной стороны, относительно компактное, а с другой стороны, подходит для использования в вариантах применения околобереговой зоны и/или вариантах применения в спокойных погодных условиях.

Согласно дополнительному аспекту изобретение относится к компоновке, включающей в себя: устройство согласно изобретению и кран. Кран может содержать подъемный канат или захватное устройство, которое шарнирно соединено со стрелой крана. Кроме того, предпочтительно, когда данная компоновка включает в себя судно. Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретение относится к компоновке, включающей в себя устройство согласно изобретению и судно.

Согласно изобретению, кроме того, предпочтительно, когда судно снабжено якорной системой, выполненной с возможностью предотвращения поступательного движения судна вдоль x-оси, поступательного движения вдоль y-оси и вращательного движения вокруг z-оси; и/или когда судно снабжено системой динамической стабилизации судна, выполненной с возможностью предотвращения поступательного движения судна вдоль x-оси, поступательного движения вдоль y-оси и вращательного движения вокруг z-оси.

Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретение относится к способу уравновешивания несущей рамы на судне при локальном движении воды, при этом несущая рама поддерживается исполнительной системой, включающей в себя по меньшей мере три блока цилиндров-поршней, каждый из которых имеет вертикальную продольную ось; при этом измеряют поступательное движение судна вдоль z-оси, вращательное движение вокруг х-оси и вращательное движение вокруг y-оси; при этом блоками цилиндров-поршней управляют посредством управляющих сигналов, генерируемых в ответ на измерения указанного поступательного движения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси. Согласно данному способу предпочтительно, когда упругая ограничительная система, генерирующая противодействующие силы при нарушении указанного положения механического равновесия, противодействует нарушениям указанного положения механического равновесия. Согласно еще одному дополнительному аспекту изобретение относится к управляющей системе для осуществления способа согласно изобретению, причем данная управляющая система включает в себя исполнительную систему, выполненную с возможностью перемещения несущей рамы вдоль z-оси и поворота несущей рамы вокруг x-оси и y-оси, при этом x-ось, y-ось и z-ось образуют воображаемый набор ортогональных осей, причем z-ось простирается вертикально; систему датчиков для измерения поступательного движения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси и генерирования сигналов датчиков, отображающих указанные измеренные смещения судна; при этом управляющая система выполнена с возможностью генерирования управляющих сигналов для приведения в действие исполнительной системы в ответ на указанные сигналы датчиков таким образом, что положение несущей рамы уравновешивается для указанных измеренных смещений судна.

Настоящее изобретение будет объяснено далее со ссылкой на вложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе первого варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.2 представляет собой вид сбоку устройства фиг.1, расположенного на судне и несущего кран;

Фиг.3 представляет собой вид в перспективе блок основания устройства фиг.1;

Фиг.4 представляет собой вид сбоку второго варианта осуществления устройства согласно изобретению;

Фиг.5 представляет собой вид сверху на устройство фиг.4, расположенное на судне и несущее кран; и

Фиг.6 представляет собой деталь исполнительного блока устройства согласно фиг.4 и 5.

Фиг.1-3 показывают устройство 1 согласно первому варианту осуществления изобретения. Устройство включает в себя несущую раму 2, которая в данном случае является треугольной, но может иметь любую форму. Устройство 1 дополнительно включает в себя три гидравлических блока 4, 5, 6 цилиндров-поршней, однако также потенциально возможно четыре, пять или больше блоков цилиндров-поршней, которые вместе образуют исполнительную систему. Для того чтобы управлять блоками цилиндров-поршней, предоставлена управляющая система 9, которая соединена посредством линий 11, 12, 13 управления с каждым блоком цилиндр-поршень. Данная управляющая система 9 генерирует управляющие сигналы, приводящие в действие исполнительную систему в ответ на сигналы 10 датчиков, которые поступают от системы 8 датчиков. Система 8 датчиков выполнена с возможностью отслеживания поступательного движения судна вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси.

Как показано на фиг.2, устройство 1 предоставлено на судне 3 и несет кран 25 с подъемным канатом 26. Вместо несения крана или портального крана несущая рама может также представлять собой приемную платформу для вертолета или может быть использована для несения другого груза.

Со ссылкой на фиг.3 каждый блок 4, 5, 6 цилиндр-поршень имеет верхнюю опору 15, поддерживающую несущую раму и нижнюю опору 16, опирающуюся на основание 17. Верхняя опора 15 представлена в виде шарового шарнира 21, который поддерживает обращенную вниз несущую поверхность на несущей раме 2. Нижняя опора 16 представляет собой универсальный шарнир 22, имеющий две ортогональные шарнирные оси 23 и 24. Универсальный шарнир 22 обеспечивает возможность вращения блока цилиндр-поршень вокруг шарнира 24 (x-ось) и шарнира 23 (y-ось) относительно основания 17. Шаровой шарнир 21 обеспечивает возможность вращения блока цилиндр-поршень относительно несущей рамы 2 вокруг x-оси, обозначенной стрелкой 28, и y-оси, обозначенной стрелкой 27.

Как обозначено стрелкой 29, блоки 4, 5, 6 цилиндров-поршней могут двигаться вдоль своей продольной оси 14. Когда один блок цилиндр-поршень выдвигается или укорачивается более чем один или оба других, шаровые шарниры 21 и универсальные шарниры 16 обеспечивают возможность небольшого наклона блоков 4, 5, 6 цилиндров-поршней относительно z-оси. Угол между продольной осью 14 и z-осью может варьировать в диапазоне, равном 0°, 10°, но диапазон, равный 0°, 5°, в общем является удовлетворительным.

Для того чтобы предотвратить смещение несущей рамы вследствие свободы вращательных движений блоков 4, 5, 6 цилиндров-поршней, предоставлена ограничительная система, которая ограничивает поступательное движение вдоль x-оси, поступательное движение вдоль y-оси и вращательное движение вокруг z-оси несущей рамы 2 относительно основания для движений, необходимых, чтобы обеспечить возможность поступательного движения вдоль z-оси, вращательного движения вокруг х-оси и вращательного движения вокруг y-оси несущей рамы 2 относительно основания 17 с помощью указанной исполнительной системы. В варианте осуществления фиг.1-3 ограничительная система включает в себя три балки 18, 19 и 20 предпочтительно из стали. Каждая балка 18, 19, 20 шарнирно соединена на одном конце 30 с основанием, а на другом конце 31 с несущей рамой 2. В продольном направлении данные балки по существу функционируют в качестве жестких толкающе-тянущих элементов. Когда балка 18, 19, 20 подвергается поперечной изгибающей нагрузке в x- и/или y-направлении, она будет генерировать благодаря упругим свойствам балки (упругую) противодействующую силу в направлении двойной стрелки F. Сочетание противодействующих сил всех трех балок 18, 19 и 20 противодействует любому отклонению блоков цилиндров-поршней от их положения механического равновесия, которое является положением, в котором несущая рама и основание взаимно параллельны, которое в данном варианте осуществления соответствует продольным осям 14 всех трех блоков цилиндров-поршней, являющихся взаимно параллельными. Однако необходимо заметить, что, хотя и не предпочтительно, блоки цилиндров-поршней могут в положении механического равновесия располагаться под углом, составляющим от 5 до 10 градусов относительно z-оси (=вертикальной). Согласно изобретению это необходимо понимать так, что блоки цилиндров-поршней простираются вертикально.

Как можно видеть на фиг.3, сегменты 35 оснований имеют размеры морского контейнера, в данном случае 40 футового. Для того чтобы транспортировать сегмент основания легко и в компактом виде, блоки 4, 5, 6 цилиндров-поршней могут быть повернуты на 90° вокруг оси 23, как обозначено стрелкой 32. Нижняя сторона 4 блока цилиндр-поршень может проходить через отверстие 33 для того, чтобы войти в горизонтальное положение внутри сегмента 35 основания морского контейнера.

Фиг.4-6 показывают второй вариант осуществления устройства 51 согласно изобретению. Ссылочные номера, использованные на фиг.4-6, соответствуют ссылочным номерам, использованным на фиг.1-3, но увеличены на 50. Различия между двумя вариантами осуществления по существу состоят в подвеске блоков цилиндров-поршней и ограничительной системе. Также отличается количество блоков цилиндров-поршней, но в связи с этим необходимо заметить, что второй вариант осуществления может также быть с тремя или более чем четырьмя блоками цилиндров-поршней и что первый вариант осуществления может равнозначно быть с четырьмя или более блоками цилиндров-поршней. Также относительно варианта осуществления фиг.4-6, бывает так, что, хотя в положении механического равновесия предпочтительными являются взаимно параллельные блоки цилиндров-поршней, блоки цилиндров-поршней в положении механического равновесия могут располагаться под углом, составляющим от 5 до 10 градусов относительно z-оси (=вертикальной). Согласно изобретению это необходимо понимать так, что блоки цилиндров-поршней простираются вертикально.

На фиг.4-6 номер 51 обозначает устройство изобретения в целом; номер 52 - несущую раму; номер 53 обозначает судно; номера 54, 55, 56, 57 обозначают блоки цилиндров-поршней, номер 58 обозначает систему датчиков; номер 59 обозначает управляющую систему; номер 60 обозначает сигнальную линию для передачи сигналов датчиков в управляющий блок; номера 61 и 62 обозначают линии управления для передачи управляющих действий от управляющей системы в блоки цилиндров-поршней; номер 64 обозначает продольную ось каждого блока цилиндр-поршень; номер 65 обозначает верхнюю опору каждого блока цилиндр-поршень; номер 66 обозначает нижнюю опору каждого блока цилиндр-поршень; номер 67 обозначает основание; номер 75 обозначает кран; номер 76 обозначает подъемный канат, а номер 85 обозначает сегмент основания.

В варианте осуществления фиг.4-6 верхняя опора 65 и нижняя опора 66 каждого блока цилиндр-поршень подвешена посредством сферического подшипника 71, 72 к несущей раме 52 и основанию 67 соответственно. Главная ось 92 вращения - фиг.4 - данных сферических подшипников простирается в данном варианте осуществления по существу в поперечном направлении к продольной оси 64 блока цилиндр-поршень. Однако необходимо заметить, что главная ось вращения подобного сферического подшипника может очень хорошо располагаться в том же самом направлении указанной продольной оси 64, в каком случае указанная главная ось вращения будет предпочтительно совпадать с указанной продольной осью блока цилиндр-поршень.

Блоки 54, 55, 56, 57 цилиндров-поршней могут двигаться вдоль их продольной оси 64. Когда один блок цилиндр-поршень выдвигается или укорачивается, более чем один или более из других сферических подшипников 71 и 72 обеспечивают возможность небольшого наклона блоков 4, 5, 6 цилиндров-поршней относительно z-оси. Угол между продольной осью 64 и z-осью может легко варьировать в диапазоне, равном 0°, 10°, но диапазон, равный 0°, 5°, в общем является удовлетворительным.

Для того чтобы предотвратить смещение несущей рамы 52 вследствие свободы вращательных движений блоков цилиндров-поршней 54, 55, 56, 57, предоставлена ограничительная система, которая в данном варианте осуществления представляет собой упругую систему, включающую в себя по меньшей мере одну - в данном варианте осуществления четыре колонны 91, прикрепленные к основанию 67 и простирающиеся в направлении z-оси, а также для каждой колонны по меньшей мере три направляющих колеса 86.

Направляющие колеса 86 расположены с промежутками вокруг колонны с интервалами, равными 120° в случае трех колес 86, и интервалами, равными 90° в случае четырех колес. Каждое колесо 86 поддерживается треугольным звеном, который поворачивается вокруг стержня 89 относительно несущей рамы 52. Пружина 87 подвергает предварительному натяжению каждое колесо 86 к колонне 91. Внутри каждой пружины 87 может быть предоставлен амортизатор (92). В случае, когда блоки цилиндров-поршней принимают слегка наклонное положение ( 0°), одна или более пружин 87 сдавливаются и будут развивать в ответ упругое усилие реакции, противодействующее смещению от положения механического равновесия ( =0°). Когда блок цилиндр-поршень выдвигается или укорачивается, колеса 86 будут ехать вдоль колонны 91. В данном втором варианте осуществления колонна предоставлена вокруг каждого блока цилиндр-поршень.