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深水安装作业升沉补偿系统研究

作　者: 赵藤
导　师: 丁勇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 升沉补偿动力学响应液压 PID 总体方案
分类号: U674.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

用于深水安装作业的水面工作母船,由于受到风浪流的影响,不可避免地产生升沉运动。为保障实施有效的深水安装作业,需配备相应系统补偿工作母船的升沉位移。论文基于水下吊放安装作业的工作特点,综合考虑升沉补偿系统的工作原理、硬件构成、参数配备、及动力学响应等特性,提出一种适用于深水安装作业的升沉补偿系统总体设计方案。以某深水安装工作母船为研究对象,研究了母船升沉运动的频域及时域理论计算方法,给出了特定工况及参数下母船的计算结果,建立安装母船与吊装载荷动力学模型并进行仿真分析,寻求影响吊装载荷动力学响应的主要因素。比较分析被动式及主动式升沉补偿系统工作原理及工作特点,建立升沉补偿系统动力学模型,仿真分析系统动力学响应特性,比较分析不同补偿力下系统的补偿效果,进而找出给定参数下补偿力的最佳值。以补偿系统的工作能力为目标,建立补偿系统主要液压构件的数学模型,分别对液压缸、蓄能器及其他主要构件承载压力、初始状态、最大流量等参数进行了设计研究,依据相关标准完成液压构件的标准化设计,并对液压系统各工作阶段的性能进行演算验证。选用PID方法作为升沉补偿控制系统的控制理念,给出PID的控制原理及调节控制流程图。采用试凑法确定PID控制参数的选取步骤,以补偿系统负载与受力为基础,建立升沉补偿液控系统的数学模型,并进行系统仿真分析,调节参数得出不同控制目标下的最佳效果。给出深水安装升沉补偿系统构成,搭建系统总体硬件组成模型,确定系统主要组成构件的外形安装尺寸,并完成模块化封装设计。综合考虑系统各组成部分的分析结果,提出升沉补偿系统的典型性能指标,完成深水安装升沉补偿系统的总体方案设计。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 论文研究的背景  10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-15
    1.2.1 国外研究动态  10-14
    1.2.2 国内发展状况  14-15
  1.3 论文的研究内容  15-16
第2章深水安装母船运动与水下吊载动力学研究  16-58
  2.1 深水安装母船升沉运动计算方法研究  16-24
    2.1.1 安装母船升沉运动频域计算方法研究  16-19
    2.1.2 安装母船升沉运动时域计算方法研究  19-24
  2.2 深水安装母船升沉运动计算分析  24-46
    2.2.1 安装母船参数输入及工况计算  24-26
    2.2.2 安装母船升沉运动频域计算结果  26-33
    2.2.3 安装母船升沉运动时域计算结果  33-45
    2.2.4 安装母船升沉运动计算结果分析  45-46
  2.3 水下吊装载荷动力学响应分析  46-56
    2.3.1 安装母船与吊装载荷动力学模型的建立  46-47
    2.3.2 安装母船与吊装载荷动力学仿真分析  47-56
  2.4 本章小结  56-58
第3章深水安装升沉补偿系统工作原理及动力学研究  58-70
  3.1 深水安装升沉补偿系统工作原理及特点  58-60
    3.1.1 被动式升沉补偿系统工作原理  58-59
    3.1.2 主动式升沉补偿系统工作原理  59
    3.1.3 升沉补偿系统的工作特点  59-60
  3.2 深水安装升沉补偿系统动力学建模与仿真  60-69
    3.2.1 升沉补偿系统动力学模型的建立  60-63
    3.2.2 升沉补偿系统动力学仿真分析  63-69
  3.3 本章小结  69-70
第4章深水安装升沉补偿液压系统参数设计  70-94
  4.1 主动式补偿系统液压构件建模  70-74
    4.1.1 液压缸  70-71
    4.1.2 油管  71
    4.1.3 溢流阀  71-72
    4.1.4 伺服阀  72-73
    4.1.5 工作缸  73-74
    4.1.6 蓄能器  74
  4.2 主动式补偿系统液压构件参数设计  74-81
    4.2.1 液压缸外部作用力计算  74-75
    4.2.2 随动液压缸与蓄能器参数设计  75-79
    4.2.3 主动液压缸参数设计  79-80
    4.2.4 其他液压构件参数设计  80-81
  4.3 主动式升沉液压系统参数演算验证  81-83
  4.4 本章小结  83-84
  第5章深水安装升沉补偿液控系统设计研究  84-94
    5.1 PID控制原理  84-87
    5.2 PID参数的选取  87-88
    5.3 主动式升沉补偿液控系统建模  88-90
    5.4 主动式升沉补偿液控系统仿真分析  90-93
    5.5 本章小结  93-94
第6章深水安装升沉补偿系统总体方案设计  94-100
  6.1 深水安装升沉补偿系统的构成  94-99
  6.2 升沉补偿系统总体性能指标  99
  6.3 本章小结  99-100
结论  100-102
参考文献  102-106
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  106-108
致谢  108

深水安装作业升沉补偿系统研究

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