船舶起重机液压升沉补偿系统的设计与仿真研究

摘要

广阔的海洋蕴藏着丰富的自然资源，近年来我国开发、利用海洋资源的进程在不断加速，船舶起重机作为一种重要的海上作业工具其重要性也在日益增加。但是与陆地起重机不同，船舶起重机作业时将会在风、浪、流等载荷作用下产生垂直方向上的升沉运动，这不仅会影响正常的起吊作业，还可能导致严重的安全事故和环境污染。升沉补偿系统可以补偿船舶升沉运动对吊重产生的影响，使其能够在恶劣海况时正常作业。但是目前我国尚未有专用于船舶起重机的升沉补偿系统出现，因此开展专用于船舶起重机的升沉补偿系统研究具有重大的经济价值和社会意义。
　　本文首先介绍了升沉补偿技术的发展历史和国内外研究现状，对主流补偿方案进行分类，对比分析不同补偿方案的优缺点，以此为基础提出了一种基于新型复合补偿油缸的专用于船舶起重机的复合式升沉补偿系统设计方案。该方案使用复合补偿油缸和蓄能器达到补偿目的，兼具了被动补偿和主动补偿的优点，能够满足4级海况下5吨吊重的补偿需求。
　　然后设定系统的额定工况，对复合补偿油缸、蓄能器和主泵进行计算选型，使用SolidWorks建立复合补偿油缸的三维模型。随后使用ANSYS对油缸进行有限元分析，结果表明本文所设计的复合补偿油缸能够满足额定工况时的强度要求，并且存在较大的优化潜力，因此继续使用ANSYS Response Surface Optimization模块对影响复合补偿油缸性能的参数进行优化，以确定复合补偿油缸最终的结构参数。
　　最后使用AMESim建立复合式升沉补偿系统的模型，借助动滑轮的运动模拟船舶升沉运动对吊重的影响，对系统的补偿效果进行仿真分析。结果证明本文所设计的复合式升沉补偿系统对船舶升沉运动的补偿效果达到了85％，取得了良好的补偿效果，为样机的搭建奠定了理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 升沉补偿系统的分类

1．3．1 按用途分类

1．3．2 按能量来源分类

1．3．3 按补偿策略分类

1．4 论文主要研究内容

第2章 新型复合式升沉补偿系统设计

2．1 新型复合式升沉补偿系统的整体框架

2．2 新型复合式升沉补偿系统的工作原理

2．3 新型复合式升沉补偿系统的液压传动系统

2．4 新型复合式升沉补偿系统的控制原理

2．5 本章小结

第3章 新型复合式升沉补偿系统的计算选型

3．1 新型复合式升沉补偿系统的工况设定

3．2 复合补偿油缸的设计

3．2．1 主动补偿油缸A的设计计算

3．2．2 主动补偿油缸B的设计计算

3．2．3 中心油管D的设计计算

3．2．4 缸筒底部和头部法兰的厚度

3．2．5 复合补偿油缸的密封、防尘和除气

3．3 蓄能器的计算选型

3．3．1 蓄能器的功能

3．3．2 蓄能器的类型

3．3．3 气囊式蓄能器的计算选型

3．4 液压泵的计算选型

3．4．1 液压泵的类型

3．4．2 液压泵的计算选型

3．5 本章小结

第4章 复合补偿液压缸的有限元分析

4．1 有限元法简介

4．1．1 有限元法的发展

4．1．2 ANSYS简介

4．2 复合补偿油缸的三维模型

4．3 复合补偿液压缸的载荷分析

4．4 复合补偿油缸的强度分析

4．4．1 主动补偿油缸A的强度分析

4．4．2 主动补偿油缸B的强度分析

4．4．3 被动补偿油缸C的强度分析

4．4．4 复合补偿油缸整体的强度分析

4．5 复合补偿油缸的响应面优化

4．5．1 缸筒壁厚的响应面优化

4．5．2 活塞杆头部厚度的响应面优化

4．5．3 优化后复合补偿油缸整体的强度分析

4．6 本章小结

第5章 基于AMESim的复合式升沉补偿系统仿真分析

5．1 AMESim简介

5．1．1 AMESim简介

5．1．2 AMESim的主要特点

5．2 AMESim的操作流程

5．3 复合式升沉补偿系统的仿真建模

5．3．1 船舶升沉运动部分AMESim模型

5．3．2 升沉补偿部分AMESim模型

5．3．3 复合式升沉补偿系统AMESim模型

5．4 补偿效果仿真分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介