挖沟机管道提升机械手及导向装置研究

摘要

挖沟机是一种海底管道开沟铺设的专用水下机械，其主要功能是完成对海底管线的开沟铺设作业。本课题源自于海洋石油工程股份有限公司的“硬质粘土挖沟技术与装备研究”项目，该项目要求研制出具有自主知识产权的挖沟机。本论文主要研究了挖沟机中的管道提升机械手及导向装置部分，该部分是挖沟机的重要组成部分，其主要功能是提升和处理海底管道，这部分研究工作可推动挖沟机总体的设计与研制工作。
　　 首先，论文介绍了海底挖沟铺管领域的国内外发展概况，并根据挖沟机的设计要求，提出了挖沟机的总体设计方案，完成了管道提升机械手及导向装置机械本体结构的详细设计。
　　 其次，论文对几个关键机构的受力状态进行了分析计算，并且借助于ANSYS有限元分析软件对其中的关键零部件进行了强度校核，从而验证了其结构设计的合理性和可靠性。
　　 然后，论文利用SOLIDWORKS三维设计软件，完成了整个装置的三维建模与虚拟装配工作，并进行了干涉检查及爆炸视图的生成；在此基础上又对整个装置中的几个独立运动机构进行了运动学分析，并在ADMAS仿真软件中对其中一个运动机构进行了运动学仿真。
　　 最后，论文对管道提升机械手及导向装置的液压控制系统进行了研究，主要包括以下内容：确定了各个液压缸的主要技术参数；完成了液压泵的选型设计：结合机具的作业要求，完成了其液压系统回路的设计：应用可编程序控制器对其液压传动系统进行控制，完成了控制器的选型和控制系统原理图的设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外相关领域研究的发展概况

1.2.1 国外海底挖沟机械研制情况介绍

1.2.2 国内海底挖沟机械研制情况介绍

1.2.3 管道提升机械手及导向装置介绍

1.3 课题来源目的及研究意义

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题研究目的和意义

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 管道提升机械手及导向装置结构设计

2.1 引言

2.2 挖沟机设计要求

2.2.1 设计依据

2.2.2 水下作业环境分析

2.2.3 设计技术要求

2.3 挖沟机总体方案研究

2.3.1 工作原理

2.3.2 总体方案介绍

2.3.3 设计技术参数

2.3.4 挖沟机机械本体结构

2.4 管道提升机械手及导向装置结构设计

2.4.1 管道提升机械手及导向装置的作业流程

2.4.2 管道提升机械手及导向装置的总体结构概述

2.4.3 抱管装置结构设计

2.4.4 管道提升装置结构设计

2.4.5 机械手左右旋转装置结构设计

2.4.6 管道支撑装置结构设计

2.4.7 管道调整装置结构设计

2.4.8 安装支架部分结构设计

2.5 本章小结

第3章 管道提升机械手及导向装置受力分析与强度校核

3.1 引言

3.2 受力分析

3.2.1 受力分析概述

3.2.2 抱管装置受力分析

3.2.3 管道支撑装置受力分析

3.2.4 机械手左右旋转装置受力分析

3.2.5 管道调整装置受力分析

3.3 关键零部件有限元强度分析

3.3.1 有限元分析概述

3.3.2 手爪有限元分析

3.3.3 底托有限元分析

3.3.4 滚轮框架有限元分析

3.3.5 提升装置上框架有限元分析

3.4 本章小结

第4章 管道提升机械手及导向装置虚拟装配与运动学仿真

4.1 引言

4.2 管道提升机械手及导向装置的虚拟装配

4.2.1 虚拟装配的特点

4.2.2 虚拟装配过程

4.3 关键机构运动分析

4.3.1 手爪开合机构运动分析

4.3.2 支撑装置开合机构运动分析

4.3.3 导向装置高度调整机构运动分析

4.4 运动学仿真

4.4.1 运动学仿真概述

4.4.2 手爪开合机构运动学仿真

4.5 本章小结

第5章 管道提升机械手及导向装置的液压控制系统

5.1 引言

5.2 液压缸的参数确定

5.2.1 液压缸主要参数计算

5.2.2 各液压缸主要参数

5.3 液压系统工作原理

5.3.1 工作过程

5.3.2 组成回路

5.4 液压泵的选型

5.4.1 最大工作压力计算

5.4.2 最大流量计算

5.5 控制系统的设计

5.5.1 控制对象分析

5.5.2 控制器选型

5.5.3 控制系统设计

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢