船用起重机和波浪补偿控制系统设计研究

摘要

海上补给是提高海军战斗力的一项重要战术技术措施。性能良好、具有波浪补偿功能的船用起重机是舰船海上作业重要装置。船用起重机是工业机器人和起重机系统相结合的产物，它同时具有机器人和起重机系统的结构特点和工作方式，研究工作难度高。 目前龙门摇摆起重机已设计有横向防摇及纵向防摇装置，但是大多适应性差，不能适应恶劣海况条件下货物转载、打捞落水人员物品和收放救生小艇的需要。本课题分析了摇摆变幅龙门式起重机的原理，并对恶劣海况下的船舶姿态进行了分析，建立了龙门式变幅起重机和不同海况下的船舶姿态模型，仿真分析不同情况下起重机的响应情况。 首先分析了船用起重机结构原理，分析设计了变幅机架液压系统原理图、起吊绞机液压系统原理图和波浪补偿系统液压原理图，并分析了其工作原理。建立变幅起重机的变幅及起吊液压系统模型，并对模型进行仿真分析。然后，建立不同海况下船舶的运动模型，分析船舶的运动规律，并分析波浪补偿装置对起重机的影响。建立无波浪补偿时起重机系统动力学模型，对不同条件下货物运动进行仿真，分析了补给船运动、起重机的不同位置、起重机臂倾角和吊绳长度对货物补给过程中货物箱运动的影响，为波浪补偿系统设计提供必要的依据。通过动力学仿真计算，得到了由于海浪引起船舶的横摇、纵摇、升沉运动对起重机性能的影响。在货物箱下降过程中，当系统摆动频率接近纵摇和横摇频率时，拉力和货物箱摆动幅值增大，影响了起重机的正常工作，必须采用波浪补偿消减摇摆幅值。 最后，采用PLC控制技术设计龙门式变幅起重机的控制系统方案，进行了电气控制系统的设计和控制程序的设计。

目录

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第1章绪论

1.1课题的背景、目的和意义

1.2船用起重机的发展和研究状况

1.3波浪补偿关键技术及国内外现状

1.4本论文的主要研究内容

第2章船用起重机的工作原理分析

2.1引言

2.2起重机变幅机构液压系统分析

2.3起重机起吊绞车液压系统分析

2.4波浪补偿系统研究

2.5本章小结

第3章船体运动对起重机的影响分析

3.1引言

3.2船体运动模型

3.2.1船舶受力分析

3.3.2船舶运动模型

3.3系统动力学模型

3.4起重机动力学方程

3.5仿真分析

3.6本章小结

第4章波浪补偿系统的建模

4.1引言

4.2比例阀控马达速度控制系统建模

4.2.1比例放大器的传递函数

4.2.2比例阀的传递函数

4.2.3阀控液压马达的传递函数

4.2.4传感器的传递函数

4.2.5阀控马达系统传递函数

4.2.6负载的计算

4.3起吊绞机传递函数参数的确定及计算

4.4波浪补偿机构液压控制系统建模

4.4.1系统动力机构的数学模型

4.4.2负载弹簧与负载质量构成的机构

4.4.3系统简化模型

4.6本章小结

第5章波浪补偿控制系统研究

5.1引言

5.2 PLC控制器设计

5.3控制策略研究

5.4控制软件设计

5.5系统仿真

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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