船用起重机伸缩套管式减摇装置仿真与实验研究

摘要

船用起重机是一种用于海上起吊作业的特种机械，可用于舰船间物品补给、港口货物的装卸、水下救捞、海洋设备安装等。然而海上的特殊环境给船用起重机的作业带来了极大的挑战:一方面，海浪的波动会引起船体本身的摇晃，产生横摇、纵摇、升沉等运动;另一方面，起重机在工作过程中自身的回转、起升、变幅等动作会造成船用起重机在作业过程中吊物的摇摆。而吊重剧烈的摇摆可能损伤到货物和船只、降低工作效率，也可能伤及到工作人员。所以，研究如何减小起重机工作时吊物的摇摆有非常重要的意义。
　　本文以此为研究内容，在前人工作的基础上，与工程实践相结合，开展了一定的设计研究工作。具体的工作内容如下:首先，建立海浪的波面运动方程并对起重机和伸缩套管装置进行数学建模。其次，根据起重机在海上工作时所遇到的恶劣工况和对超重机模型的分析与研究，结合当前国内外一些减摇装置的设计思路，制定出伸缩套管式减摇装置的总体方案。运用Solidworks按照实际尺寸对起重机、回转机构、船舶二自由度平台和伸缩套管减摇装置进行三维建模。然后将建立好的三维模型导入到ADAMS软件中进行联合建模并仿真，最终验证伸缩套管减摇装置减摇效果的可行性。接着再运用ANSYS来分析套管在减摇过程中的应力分布情况，并对装置进行结构优化设计，提高装置的安全性能。最后，结合实验室起重机缩比试验台的几组对比实验来验证伸缩套管式减摇装置的减摇性能。
　　本文通过仿真软件和实验最终验证了该伸缩套管式减摇装置的合理性和可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 船用起重机的发展

1．3 国内外起重机防摇技术研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 船用起重机吊物系统建模与分析

2．1 海浪的运动

2．2 起重船在海浪上的运动

2．2．1 基本假定

2．2．2 坐标系的建立及相互之间的转化

2．3 起重船吊物系统数学建模

2．3．1 船-起重机-吊点模型

2．3．2 吊点-吊物摆动模型

2．3．3 伸缩套管装置静力学分析

2．4 本章小结

第3章 船用起重机伸缩套管式减摇装置实验台的介绍

3．1 伸缩套管式减摇装置的总体方案

3．2 伸缩套管式减摇装置模型的设计

3．2．1 整体结构设计及原理

3．2．2 内部结构设计及原理

3．2．3 伸缩套管式防摇装置尺寸介绍

3．3 起重机模型的研究设计

3．4 船舶二自由度实验平台简介

3．5 本章小结

第4章 基于ADAMS的伸缩套管减摇装置运动学研究

4．1 起重机的建模

4．2 钢丝绳的建模

4．2．1 ADAMS／View中的宏程序

4．2．2 基于Bushing的钢丝绳建模

4．3 船舶二自由度实验台的建模

4．4 起重机吊重系统刚柔耦合虚拟样机模型建立

4．4．1 ADAMS／View与Solidworks的联台技术

4．4．2 驱动的添加

4．4．3 钢丝绳与伸缩套管之间的美系

4．5 基于ADAMS吊重系统摇摆特性的仿真

4．6 本章小结

第5章 基于ANSYSWorkbench的伸缩套管减摇装置有限元分析

5．1 基于ANSYS Workbench的伸缩套管减摇装置有限元分析

5．1．1 伸缩套管减摇装置三维模型建立

5．1．2 网格划分

5．1．3 连接关系与约束

5．1．4 弹簧的设定

5．1．5 最大载荷的确定

5．2 伸缩套管减摇装置的有限元结果分析

5．2．1 伸缩套管的应变分析

5．2．2 伸缩套管减摇装置的应力分析

5．3 伸缩套管减摇装置的优化设计

5．4 本章小结

第6章 缩比实验台的实验验证

6．1 伸缩套管减摇装置缩比试验台的搭建

6．1．1 起重机缩比模型的设计

6．1．2 伸缩套管式减摇实验台搭建

6．2 电气系统简介

6．3 电机的选型

6．4 无线摆角测量系统介绍

6．4．1 性能参数

6．4．2 引脚说明

6．5 缩比实验台实验

6．5．1 实验条件

6．5．2 实验结果与分析

6．6 本章小结

第7章 总结与展望

工作总结

展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介