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海底电缆铺设转盘系统关键技术研究

作　者: 石玲
导　师: 王立权
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 电缆转盘 有限元分析 驱动系统 控制系统设计
分类号: P756.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


目前,随着对海洋的广泛利用,海底电缆铺设工程在整个海洋的开发、使用中起到重要的作用,同时对海底电缆铺设技术也有更多的需求。而我国传统的铺设方法不但技术上有安全隐患,而且铺设费用也是很高,因此,研究设计出安全又经济的海底电缆铺设设备迫在眉睫。本文针对国内海缆铺设时不能实现完全退扭的主要问题,结合实际的工程项目——海底电缆铺设转盘系统的研制,对转盘系统设计问题进行了深入研究,其中包括转盘回转支承机构、驱动系统和控制系统等的设计问题。文章提出海底电缆铺设转盘的设计方案,并设计了海底电缆铺设转盘的各关键部分结构。研究重点主要包括四个方面：(1)海底电缆铺设转盘系统的总体设计；(2)回转支撑机构设计；(3)三维模型的建立及分析；(4)液压控制系统的设计及仿真。本文详细论述了海底电缆铺设转盘国内外发展现状,对转盘的重点部分进行了分析和设计计算,确定出驱动系统设计的参数；在对各种回转支承结构研究的基础上,提出回采用双排滚子形式的回转支承方案,该方案结构使用寿命高,承载能力大,回转阻力小,而且对安装底架的要求不高,同时还能承受倾覆力矩。海底电缆铺设转盘系统采用三组液压马达驱动系统同步驱动,并根据已经算出的驱动力矩选取了一种低转速、大转矩的柱塞式液压马达。文章中运用PRO/E软件对转盘系统进行三维建模,利用ANSYS软件建立了有限元模型,对大齿圈和小齿轮的啮合情况及辊子和大齿圈的接触情况和典型载荷工况下的应力进行了分析。对转盘液压控制系统进行了总体设计包括其系统组成和控制设计,进一步了分析控制系统在扰动力矩作用下的性能,给出了计算机仿真结果,验证了系统设计的有效性。最后针对现有设计,对课题进行了总结,提出了海底电缆铺设转盘需要进一步做的工作。通过对海底电缆铺设转盘的设计,提供了一套结构紧凑、可靠稳定的机械系统,并在系统的各方面积累了丰富的设计经验,为以后的优化和改进工作提供了资料。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 绪论  11-18
  1.1 概述  11-13
    1.1.1 海底电缆发展概况  11
    1.1.2 海底电缆铺设设备  11-12
    1.1.3 海底电缆的过缆方式  12-13
  1.2 海底电缆铺设退扭方式及研究现状  13-17
    1.2.1 抽高式海缆退扭  13-16
    1.2.2 旋转式海缆退扭  16-17
  1.3 课题背景来源  17
  1.4 论文组织结构和主要解决问题  17-18
第2章 海底电缆铺设转盘系统总体结构方案研究  18-29
  2.1 转盘系统设计指标要求  18
  2.2 转盘系统总体结构方案  18-19
  2.3 转盘系统回转机构设计  19-26
    2.3.1 回转支承装置  20-24
    2.3.2 回转驱动装置  24-26
  2.4 转盘驱动力学分析  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 转盘系统实体模型的建立及结构分析  29-45
  3.1 转盘系统实体模型的建立  29-34
    3.1.1 齿圈模型的精确建模  29-31
    3.1.2 转盘系统整体模型的建立  31-34
  3.2 回转装置运动方程  34-35
  3.3 转盘系统结构强度分析  35-44
    3.3.1 接触摩擦机理  35-37
    3.3.2 大小齿轮啮合有限元分析  37-42
    3.3.3 大齿圈与辊子接触有限元分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 海底电缆铺设转盘控制系统设计与仿真  45-63
  4.1 转盘控制系统组成  45-46
  4.2 转盘控制系统的设计准则及方案论证  46-48
    4.2.1 转盘控制系统的设计准则  46-47
    4.2.2 转盘控制系统的方案论证  47-48
  4.3 转盘控制系统设计  48-53
    4.3.1 转盘控制系统的硬件原理  48-49
    4.3.2 转盘的控制过程  49-52
    4.3.3 转盘控制系统的主要特点  52-53
  4.4 液压控制系统数学模型  53-56
    4.4.1 滑阀的流量方程  54-55
    4.4.2. 液压马达流量连续性方程  55-56
    4.4.3. 液压马达负载力平衡方程  56
  4.5 传递函数推导及化简  56-58
  4.6 计算机仿真  58-62
    4.6.1 PID控制方法  60
    4.6.2 Matlab/Simulink仿真  60-62
  4.7 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  68-69
致谢  69

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋工程 > 海下工程 > 水下电缆
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