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原文传递水下运载器打捞机械手的设计及试验研究

论文题名：	水下运载器打捞机械手的设计及试验研究
关键词：	水下运载器;打捞机械手;土体剪切;离底吸附力;尺寸优化;液压系统
摘要：	随着我国港航运输事业的飞速发展与建设海洋强国步伐的不断迈进，海洋活动的范围与密度不断扩大，其风险也随之增加，各类海洋运载器沉没事故及飞行器坠海事故时有发生，相关救助打捞作业风险高、耗时长。加强水下打捞相关装备的研究与试验，对于提升我国应急抢险救捞能力具有重要意义。本课题来源于中船重工750试验场“大深度打捞技术”，针对课题面临的大吨位大深度打捞要求，设计出一种适用于水下运载器的大型打捞装置，以提高打捞作业效率，减小作业强度。　　本文根据打捞作业环境和技术要求，选择机械手抓取、绳索对接起吊的方式，采用模块化方法设计出打捞机械手的本体结构、对接锁紧装置、液压系统、观测系统、供电单元和控制系统，并对部分元件进行选型和布置，结合机械手的结构组成阐述了打捞作业的具体流程和主要技术参数。　　重点对打捞过程中的机械手水下姿态调整、抓取物体、穿泥对接和起吊作业四个阶段进行分析计算及仿真，作为机械手设计和改进的参考。通过浮性与稳性的计算确定机械手小倾角倾覆时的复原力矩，并对手爪夹紧状态进行强度校核以验证其是否满足水下使用要求。通过建立D-P土体模型在ABAQUS中对土体剪切过程进行仿真，讨论了土体参数对牵引力的影响，得出不同土工条件下的牵引力变化曲线。海底结构物离底时不可避免地受到土体对物体的吸附作用，本文运用太沙基极限承载理论分析了起吊初始阶段的离底吸附力，同时计算了起浮运动中的附连水质量，作为确定起吊载荷的依据。锁紧接头是起吊过程的主要承力部件，在对其进行强度校核后，以受拉时的最大应力和接头体积作为优化目标，采用响应面法对其进行尺寸优化，降低最大承载应力。　　机械手动力装置采用基于补偿原理的液压系统，根据打捞动作要求和所需驱动力对液压系统进行设计。液压系统包括夹紧回路、对接回路、应急回路与动力源，根据相应的回路绘制出液压系统的原理图，通过计算确定主要液压元件的参数并进行选型。在计算机中建立液压系统的模型并进行仿真，验证液压系统设计的合理性，并运用 Matlab工具箱对阀控马达系统进行校正，使得其动态性能满足要求。　　根据作业过程和水下控制系统的要求设计出整体控制方案，控制系统的设计包括上位机和下位机以及两者间的通信方式。上位机的核心是控制台，下位机的控制核心是PLC，通过控制液压阀，完成对液压执行器的控制，从而实现相应动作。通过原理样机水下150m深处的圆筒模型打试验验证了设计方案的可行性，为工程样机的研制和改进提供参考。　　本文的研究是水下运载器打捞机械手设计的基础，为后续的改进工作及样机水下试验提供参考，也开阔了大型水下打捞装备的设计和研究思路。
作者：	付昌
专业：	机械工程
导师：	王立权
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文