软管滚筒驱动装置液压系统研究

摘要

随着陆地石油储量的减少和对其需求量的增大，海洋石油开发越来越成为未来石油开发的战略重点。软管滚筒铺设装置作为海洋输油软管铺设大型设备之一，它的研制对我国海洋石油开采来说显得十分重要。本文针对海上作业环境恶劣、可靠性要求高等特点，对软管滚筒驱动装置的相关技术进行研究。
　　 本文通过分析国外滚筒驱动装置的特点并考虑了实际铺管作业情况和工作要求，提出一种具有可自行更换滚筒功能、既可独立进行浅水铺管又可与张紧器配合深水铺管的滚筒驱动装置设计方案。根据工作要求设计了本体结构方案、液压系统方案、电气控制系统方案。
　　 考虑到铺管船受到波浪扰动的影响，对管道铺设时软管动力学进行模型建立与仿真分析，在其仿真的基础上对波浪扰动下的滚筒驱动装置负载进行计算。根据滚筒驱动装置负载条件对其关键部件进行了设计并采用有限元分析法对其校核。
　　 根据滚筒驱动装置设计要求和负载情况，对驱动部分进行设计和选型并提出几种滚筒核心驱动部分液压方案。对滚筒驱动装置其他部分液压回路方案进行拟定。根据工作要求并考虑可靠性，设计了液压系统总体回路并对其液压元件进行了设计选型。
　　 最后对变负载下的液压系统进行建模与仿真分析。为了保证滚筒恒转速特性，在滚筒核心驱动部分液压系统仿真的基础上设计了滚筒速度反馈控制系统。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源、目的及研究意义

1.2 海洋输油管道铺设发展现状

1.2.1 国内外铺管船发展概况

1.2.2 海洋输油管道铺设方式

1.3 滚筒驱动装置国内外现状

1.3.1 软管储存装置分类

1.3.2 国内简易滚筒驱动装置

1.3.3 国外滚筒驱动装置

1.3.4 国外各部分总结

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 软管滚筒驱动装置总体设计

2.1 引言

2.2 软管驱动装置总体设计方案

2.2.1 滚筒驱动装置基本技术要求

2.2.2 滚筒驱动装置总体系统

2.2.3 滚筒驱动装置驱动方式的选择

2.2.4 滚筒驱动装置主体材料选择

2.3 滚筒驱动装置本体结构

2.3.1 滚筒驱动装置机构设计

2.3.2 滚筒驱动装置机构铺管功能实现

2.4 滚筒驱动装置液压系统

2.4.1 滚筒驱动装置液压执行元件

2.4.2 滚筒驱动装置液压系统形式

2.4.3 滚筒驱动装置液压回路

2.5 滚筒驱动装置电气系统设计

2.5.1 上位机控制系统

2.5.2 下位机控制系统

2.6 本章小结

第3章 滚筒驱动装置工况分析与关键部件设计

3.1 引言

3.2 输油软管铺管过程动力学分析

3.2.1 波浪扰动力作用下铺管船运动分析

3.2.2 输油软管模型建立

3.2.3 软管动力学仿真分析

3.3 滚筒驱动装置工况分析

3.3.1 滚筒核心驱动机构负载分析

3.3.2 滚筒提升机构负载的分析

3.3.3 其他部分的负载分析

3.4 滚筒驱动装置关键部件设计校核

3.4.1 机座横推导轨设计

3.4.2 机座长度尺寸设计

3.4.3 液压缸连接件强度校核

3.5 本章小结

第4章 滚筒驱动装置液压系统设计

4.1 引言

4.2 液压驱动部分设计选型

4.2.1 滚筒核心驱动部分传动系统设计

4.2.2 滚筒提升液压缸的尺寸计算

4.2.3 其他执行原件设计计算

4.3 液压系统原理图拟定

4.3.1 滚筒驱动装置液压系统方案分析

4.3.2 滚筒驱动装置液压系统工作原理

4.4 滚筒驱动装置液压元件选型

4.4.1 主变量泵选型

4.4.2 阀类及辅助原件选型

4.5 本章小结

第5章 液压系统仿真与控制系统设计

5.1 引言

5.2 核心驱动部分液压系统仿真

5.2.1 核心驱动部分液压系统建模

5.2.2 核心驱动部分液压系统仿真分析

5.3 滚筒速度控制

5.3.1 核心驱动部分控制系统设计

5.3.2 PID控制器设计

5.4 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