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液压缸式升沉补偿系统的建模及仿真研究
| 论文题名： | 液压缸式升沉补偿系统的建模及仿真研究 |
| 关键词： | 起重船;升沉补偿;动态特性;水动力系数 |
| 摘要： | 海洋工程作业中不可避免地需要用到船载起重设备，然而起重船在高海况环境下会产生剧烈的摇荡运动，可能会造成被吊重物不能精确安放，或者使钢缆在冲击载荷作用下断裂。这其中的升沉运动对吊装作业的影响最大，也最容易发生危险，所以有必要对升沉补偿系统展开仿真研究，模拟出海上作业过程中系统的各项参数，为实际工程设计提供理论支持和技术指导。 本文依托于“海洋石油286”起重船，在计算出船舶的水动力系数的基础上，将风、浪、流等环境力作为外力输入，并考虑了倾斜后的静水力（矩）影响，建立起船舶六自由度运动的数学模型，然后在MATLAB中进行仿真计算，得到船舶摇荡运动的时历曲线。由于起重机钢缆通过吊臂端部起吊重物，所以论文根据相对位置关系，由船舶的运动推导出吊臂端部的升沉运动，并以此作为被吊重物的运动输入，使其更接近于实际的吊装作业情况。 “海洋石油286”起重船的升沉补偿系统可工作在纯被动式和主-被动一体两种模式下:其中，被动式补偿主要用于平衡系统的外负载力，而主动式补偿则用于弥补被动式补偿的不足。 对于纯被动补偿模式，论文通过引入介质分离器的动力学方程，并考虑钢缆张力松弛的影响，提出一种计及介质分离器数学模型的改进型建模方法，然后进行了参数计算。针对海底吊装作业过程，论文分别讨论了以船舶和吊臂端部的升沉运动为输入时补偿系统的性能，结果显示两种情况下的补偿效率不尽相同，证明了进行运动转换的必要性。论文还通过与其它建模方法的仿真结果进行对比，验证本文方法的有效性，结果显示该补偿系统的运动补偿效率和张力补偿效率分别约为64％和79％。 对于主-被动一体的补偿模式，论文在纯被动式模型的基础上，加入了伺服比例控制阀和辅助主动缸的数学模型，并分析了其工作原理。伺服阀控制液压缸系统的动态特性分析结果，表明有反馈的闭环系统是稳定的。 |
| 作者： | 李小孟 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 高良田 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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