一种电磁与液压耦合式船队连接装置及控制方法

本发明涉及水路运输，具体涉及一种基于电磁与液压耦合式船队连接装置及控制方法。

背景技术：

1、顶推船队是一种绿色高效的内河运输形式，通常由顶推船和一艘或多艘驳船组成，船间连接方式是其中关键要素。现有顶推船队多采用钢丝缆绳绑扎、销轴式连接、固定式铰链等连接方式实现船间约束。这些连接方式结构相对简单，直航时稳定性较好，但普遍存在人工依赖程度高、编组解编效率低等问题。在实际工程应用中，受外载荷影响，顶推船与驳船的吃水深度和姿态可能不同，风浪、水流会使连接处产生垂向位移、横向偏摆或纵向冲击，传统销式结构在编队时容易出现对位困难；当船队临近弯道、船闸等管制航段，需要将船队解编以提高通航效率，尤其是突遇险情时，需要紧急解编拆分船队，化整为零，降低风险，传统连接结构无法快速解除约束，且解锁后船队仍处于贴靠状态，二次碰撞风险高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种电磁与液压耦合式船队连接装置及控制方法，旨在解决现有技术中存在的编组解编效率低的问题。

2、本发明采用的技术方案为：一种电磁与液压耦合式船队连接装置，包括垂直导轨、上升降滑架、下升降滑架、上夹块、下夹块、连接轴与伸缩机构；

3、所述垂直导轨共两组，二者互相平行且竖向安装于船队驳船的尾部区域；所述上升降滑架、下升降滑架分别滑动安装于垂直导轨上，二者分别配置有对应的垂向驱动件，通过垂向驱动件驱动沿垂直导轨独立上下位移；所述上夹块固接于上升降滑架，所述下夹块固接于下升降滑架；所述上夹块与下夹块之间形成夹持区域；

4、所述连接轴的轴端设置连接柱，所述连接柱安置在上夹块、下夹块的夹持区域内，并由上夹块和下夹块夹紧；

5、所述伸缩机构设有两个伸缩输出端，其中一个伸缩端与连接轴外端相接，另一个伸缩端与船队顶推船的船首连接。

6、按上述方案，所述上夹块和下夹块均为电磁块，二者的相对夹持端面为电磁吸附工作面；所述连接柱的上下端面均固定安装有吸附板，两块吸附板分别与上、下夹块的相对夹持端面一一对应匹配。

7、按上述方案，所述伸缩机构为主驱动液压缸，主驱动液压缸配置有两根活塞杆，其中一根活塞杆端部与连接轴的外端相连，另一根活塞杆端部与顶推船船首相连。

8、按上述方案，所述伸缩机构的一个伸缩端通过万向节与顶推船船首相连。

9、按上述方案，所述垂向驱动件为垂向液压缸；通过垂向液压缸调节滑架及夹块移动，从而调节夹持区域的夹持中心线高度；连接轴的轴线与连接柱的垂向中心线共线；当夹持区域的夹持中心线与连接轴的轴线高度一致且夹持区域的高度满足连接柱厚度时，实现连接柱的插入对接。

10、本发明还采用了一种船队连接控制方法，该方法基于如上所述的电磁与液压耦合式船队连接装置来实现，该方法包括以下步骤：

11、s1、调平顶推船与驳船的高度，使顶推船与驳船对接轴线对齐；

12、s2、对接锁紧顶推船与驳船；

13、s3、直线正常航行时使顶推船与驳船的间距保持直线正常行驶时设定的组合行驶安全间距；

14、s4、过弯道前解锁顶推船与驳船；

15、s5、主动推离顶推船与驳船，二者独立过弯或避障：

16、s6、弯道后重复步骤s1~s3，重新连接顶推船与驳船。

17、按上述方案，步骤s2的具体方法为：当顶推船的连接轴轴线与驳船的夹持中心线高度对齐后，顶推船继续靠近驳船，或主驱动液压缸的活塞杆向驳船方向外伸，使顶推船的连接轴轴端连接柱插入上夹块、下夹块之间的夹持区域内；启动垂向驱动件动作，上夹块、下夹块在垂向驱动件的作用下相向移动合拢，机械夹紧连接柱；同时，上夹块与下夹块通电，对连接柱上下两侧的吸附板产生吸附力，实现电磁锁紧。

18、按上述方案，步骤s4的具体方法为：当船队最前端距离弯道入口45～55m，切断夹块正常吸附电流，并短时间施加反向电流；同时，垂向驱动件驱动升降滑架带动上、下夹块反向移动张开，解除对连接柱的机械夹紧。

19、按上述方案，步骤s4中，要求完成解脱和主动推离的总时间，其中v为当前航速，；为当前船队位置至弯道入口的预留断开距离，m。

20、按上述方案，步骤s5的具体方法为：当机械夹紧和电磁吸附解除后，主驱动液压缸的活塞杆外伸，使连接轴轴端的连接柱作为推杆将驳船平稳推离顶推船，使二者的间距不低于独立行驶安全间距；随后连接柱退出上夹块、下夹块之间的夹持区域，顶推船与驳船完全分离，二者独立过弯过障。

21、本发明的有益效果为：

22、1、本发明设计垂向导轨、独立式升降滑架及伸缩机构，可根据顶推船与驳船的载荷变化、吃水深度差异校正夹持中心线，并通过夹块实现连接柱的夹持固定与松脱，快速完成船队对接与解编配合动作，大幅简化船队编组、解编作业流程，显著提升作业效率；同时可自适应缓冲水流、波浪引发的船体姿态扰动，规避对接卡滞、对位偏差问题。

23、2、本发明设计上下夹块为电磁块，与连接柱吸附板匹配，利用电磁夹块通电产生的双向电磁吸附力，与机械夹持力形成复合锁紧效果，弥补了单一机械夹紧存在的间隙晃动、刚性不足的缺陷。通过上下端面一一对应的吸附配合结构，可全方位约束连接柱的竖向、横向微位移，有效抑制船队航行过程中连接结构的振动与窜动，显著提升船间连接刚度与贴合紧密性，杜绝波浪扰动导致的连接松动问题，大幅提升船队直线航行的稳定性与可靠性。

24、3、本发明设计双头活塞杆主驱动液压缸伸缩机构，实现了船间间距的双向调控，可在对接完成后通过液压缸回缩拉近船身，消除船间大间隙，提升船队整体一体化航行刚度，减少船间水流紊动阻力，提升航行经济性；在解编工况下可通过液压缸外伸主动顶推分离船体，解决传统连接结构仅能解锁、无法主动分离的弊端，避免解锁后船体贴靠产生的二次碰撞风险，实现船队对接锁紧、间距调节、主动分离的一体化液压驱动控制，适配船队航行、过弯、应急避险多工况需求。

25、4、本发明设计万向节，使伸缩机构与顶推船船首形成铰接柔性连接，可自适应补偿船体在风浪、水流作用下产生的多角度偏转、俯仰与横向摆动位移，有效消解船间相对姿态偏差带来的结构附加载荷。同时，该结构可避免刚性连接方式下应力集中、构件易磨损、受力易卡死的问题，大幅降低液压伸缩机构与船体连接部位的冲击损耗，提升装置运行容错性、结构耐久性与复杂水域工况的适配能力，保障电磁-液压耦合连接系统长期稳定运行。

26、5、本发明限定了调平对位、双重锁紧、低间隙稳航、同步解锁、主动分离、复位重连的全流程控制体系，解决了传统顶推船队编组解编依赖人工、操作繁琐、通航适应性差的问题。通过前期垂向调平对位，可自适应适配船体吃水差，消除对接剪切卡滞隐患；利用电磁吸附与液压机械双重锁紧方式，有效提升船队直线航行的整体刚度与稳定性，降低航行阻力；采用电磁反向消磁与液压松夹同步联动的解锁方式，杜绝重载工况下机构卡死故障，实现船队快速解编；配合主驱动液压缸主动顶推分离，可快速形成船间安全间距，彻底规避解锁后船体贴靠碰撞的风险，满足弯道通航、突发险情的应急避险需求。同时，船队过弯或险情解除后可自动复刻对接流程，快速恢复高刚性航行状态，兼顾了内河船队航行的经济性、安全性与通航灵活性，大幅提升船队智能化运行水平与复杂水域适配能力。

27、快速