海洋绞车机械系统设计与关键结构优化

摘要

海洋绞车广泛应用于水下拖曳系统、水下机器人、海洋钻探、海洋管道铺设、深海石油和天然气等资源勘探和开发过程等海洋作业环境之中。随着对海洋资源的开发，拥有自主知识产权的海洋绞车显得越来越重要。本文通过对海洋绞车不同机械结构方案优缺点的分析，设计了海洋绞车机械系统的总体方案。根据海洋绞车总体方案详细设计绞车所有零部件结构。针对本文设计具有主动升沉补偿功能的海洋绞车，滚筒转动惯量是影响海洋绞车主动升沉补偿功能实现的关键因素，本文开展了以减小海洋绞车滚筒转动惯量为目标的结构优化设计研究。论文的主要研究内容如下： （1）对不同类型海洋绞车的整体结构形式、主传动系统、排缆系统的优缺点通过分析比较，基于本次设计海洋绞车的具体工况要求和制造成本考虑，设计了本次海洋绞车机械系统总体方案。 （2）根据海洋绞车机械系统总体方案，本文详细设计了海洋绞车所有零部件的结构，包括滚筒选材、结构尺寸计算、强度校核；主传动系统传动比计算、固定轮系齿轮设计，扭矩校核、电机与减速器的选型；海洋绞车排缆系统中导缆器、丝杠、导轨的设计。针对不方便用常规方法进行强度刚度设计的滚筒、排缆系统零部件运用有限元软件Ansys进行了静强度和刚度的数值模拟计算与分析。结果表明所设计的零部件均能满足强度和刚度要求。 （3）本文设计的带有主动升沉补偿功能的海洋绞车，滚筒转动惯量是影响绞车主动升沉补偿功能实现的关键因素，根据本文设计的海洋绞车滚筒结构，在满足滚筒结构尺寸、强度和稳定性的前提下，建立了海洋绞车滚筒转动惯量最小的优化模型，运用Matlab软件进行优化求解，得到了最优的滚筒结构尺寸。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的背景及意义

1.3海洋绞车的国内外研究现状

1.4本文研究的主要内容

第2章 海洋绞车总体方案

2.1引言

2.2海洋绞车整体结构形式

2.3海洋绞车主传动系统方案

2.4海洋绞车排缆系统方案

2.5海洋绞车总体机械系统方案

2.6本章小结

第3章 海洋绞车机械结构设计

3.1引言

3.2设计参数

3.3主传动系统结构设计

3.4排缆系统机械结构设计

3.5本章小结

第4章 有限元分析

4.1引言

4.2海洋绞车滚筒有限元分析

4.3排缆系统有限元分析

4.4本章小结

第5章 海洋绞车滚筒优化设计

5.1引言

5.2海洋绞车滚筒转动惯量优化模型

5.3海洋绞车滚筒优化模型的求解

5.4海洋绞车滚筒有限元分析

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1主要工作及结论

6.2不足之处与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢