新型天车升沉补偿装置设计

升沉补偿装置作为深水钻井设备的重要组成部分,可补偿平台因环境载荷作用引起的钻柱升沉运动,具有保持井底钻压稳定和提高钻井效率的作用。一种将液压驱动式改进为机械驱动式的新型天车升沉补偿装置,主要由浮动天车机构、齿轮齿条机构、滑块滑道机构和钢丝绳摇臂机构四部分组成,在天车进行升沉补偿过程中,通过补偿电机驱动主动齿轮和从动齿轮,使浮动天车在直齿轮轨道上运动,利用燕尾型滑块滑道机构来保持浮动天车的平稳运行和均衡受载,钢丝绳摇臂机构利用补偿运动过程中的富余能量进行被动补偿,该装置可实现天车对浮式钻井平台升沉运动的机械驱动补偿,能提高升沉补偿效率和提高能量利用率。     

游车大钩升沉补偿装置关键技术设计研究

游车大钩升沉补偿装置是浮式钻井平台应用较广泛的设备之一。为了研究新型游车大钩升沉补偿装置的补偿效果,分析了游车大钩升沉补偿装置的工作原理,建立了数学模型。基于AMESim软件建立了仿真模型,分析了两种升沉补偿装置的补偿效果。仿真结果表明,新型游车大钩的升沉补偿装置有良好的补偿效果。     

双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的仿真和实验研究

提出了一种基于双变量直驱泵控马达容积控制的绞车型升沉补偿系统。建立双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的模型试验台,介绍其测控系统的组成和控制器的设计。利用AMESim软件建立试验台的仿真模型。通过仿真和模拟试验研究,对双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的补偿效果进行分析。仿真和试验结果表明,该型补偿系统可以实现升沉补偿的功能。证明了该绞车型补偿系统的方案是可行的,但是补偿性能还有待进一步提高。     

半主动式补偿绞车的液压试验系统

为了检验半主动式补偿绞车的控制性能与节能效果,根据相似理论研制了补偿绞车原理样机及其液压试验系统,主要包括升沉模拟液压系统、负载模拟液压系统、1∶5缩尺的补偿绞车原理样机,分别实现了造波、加载、升沉补偿与自动送钻等试验功能。开发了电控系统,升沉补偿采用大钩位移闭环,自动送钻采用负载压力闭环,电机采用带速度反馈的矢量控制模式。最后通过试验模拟了补偿绞车原理样机的升沉补偿过程、自动送钻过程以及二者的联动过程,测试了补偿绞车的控制性能及液压蓄能节能效果。试验结果表明:补偿绞车的控制效果良好,半主动补偿方式相对于主动补偿方式有明显的节能效果。     

一种非圆齿轮齿条机构的设计方法与分析

从传动比函数的角度出发,进行非圆齿轮齿条的设计,利用产形齿条是标准直齿条完成非圆渐开线直齿轮的齿廓设计,根据坐标变换完成齿条的齿廓设计。给定传动比函数,推导出相应的非圆柱直齿轮和齿条的节曲线方程;在MATLAB编程环境下进行齿廓的编制,进一步导入Pro/E中完成非圆齿轮齿条的三维模型建立,最后利用动力学仿真软件ADAMS完成非圆齿轮齿条的速度响应分析。所得到的齿条速度响应曲线基本与给定传动比函数的谐波曲线保持一致。     

天车升沉补偿试验系统设计及仿真研究

为了检验海洋浮式钻井天车升沉补偿装置的工作性能,根据相似理论设计了升沉补偿试验系统,主要包括升沉模拟系统、负载模拟系统和升沉补偿系统。利用ADAMS和AMESim软件建立系统的联合仿真模型,得到蓄能器初始体积、充气压力和补偿缸作用面积对系统性能的影响规律,以及升沉补偿率和系统能耗之间的对应关系。仿真结果表明：系统可以实现平台升沉模拟、钻井负载模拟和升沉补偿等试验功能;工作平稳,具有良好的动态特性,补偿效果较好。     

浮式钻井平台被动升沉补偿装置设计

设计了浮式钻井平台被动式升沉补偿装置,进行了系统的受力分析,建立了AMESim仿真模型,研究了负载和蓄能器体积变化对补偿效果的影响.仿真结果表明被动式升沉补偿装置具有一定的补偿效果,但系统蓄能器体积较大,补偿存在滞后现象.采用相似原理建立了实验装置,进行了不同升沉幅值的实验研究,实验数据和仿真曲线符合较好,表明该模拟实验台设计合理,建立的仿真模型准确.     

双驳半主动升沉补偿及其在“世越”号打捞案例中仿真应用研究

针对在大吨位沉船打捞中的升沉补偿技术,提出了一种基于韩国“世越”号沉船打捞的双驳抬吊半主动升沉补偿打捞系统,模拟了双驳共66组带有半主动升沉补偿器(SAHC)系统在类似历史海况下对沉船位姿和缆绳拉力的补偿过程。建立了半主动升沉补偿液压系统、缆绳系统与沉船运动的数学模型,以及负载-缆绳-补偿系统的耦合系统,推导了驳船各吊点的升沉补偿量。通过MATLAB/Simulink仿真系统的负载特性、缆绳拉力和沉船位姿变化。证明半主动升沉补偿对削弱负载位移和减轻缆绳拉力同时有显著作用,为实际沉船打捞中应用半主动升沉补偿技术提供了理论依据和技术参考。     

浮式钻井平台天车升沉补偿系统联合仿真研究

天车升沉补偿系统在浮式海洋钻井平台得到了广泛应用。为分析天车升沉补偿系统不同工作方式下的补偿效果,对其主要系统参数进行设计。利用AMESim仿真平台和ADMAS软件搭建了联合仿真模型,完成被动补偿方式及3种不同反馈信号（位移、速度和加速度）下半主动补偿方式的补偿效果仿真实验,以及气液转换器与被动补偿缸之间管线长度对补偿效果的影响分析。仿真结果表明：半主动补偿方式下速度反馈补偿效果最佳,加速度反馈稍差,位移反馈最次,但都远高于被动补偿方式;气液转换器与被动补偿缸之间管线越短补偿效果越高。     

三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动强度分析

以三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动为研究对象,基于共轭啮合理论推导修形齿轮齿廓方程,建立齿轮齿条传动三维接触有限元分析模型,通过罚函数法建立动力接触系统有限元方程,仿真计算齿轮齿条传动的综合位移、等效应力及齿面接触应力。建立含齿廓修形和轴线偏差的齿轮齿条接触有限元模型,分析了轮齿修形与轴线偏差对齿轮齿条传动啮合性能的影响,为三峡升船机的可靠运行提供依据。     

电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统

针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点,提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析,然后建立电驱动海洋绞车数学模型,进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真,并与PID控制器进行比较,结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时,控制器参数保持不变的情况下,自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能,比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。     

破拆机器人负载敏感系统多臂复合动作能量回收研究

 破拆机器人臂系负载敏感系统具有功率自适应节能降耗、结构紧凑等特点,应用十分广泛。然而负载敏感系统中负载敏感泵流量压力仅与系统最大负载相适应,导致多臂复合动作时小负载回路上压力补偿阀能量损失较大。为进一步降低能耗,利用液压马达回收小负载回路压力补偿阀的能量损失,并带动液压泵将回收能量储存在蓄能器中,蓄能器回收能量通过扭矩耦合的方式回馈至主泵实现能量回收。通过AMESim建模仿真结果表明,增加能量回收系统可使复合动作能量回收利用率提升20%以上,系统阶跃响应与未安装能量回收的系统响应基本一致,且速度振荡减小改善了瞬态响应。     

基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿研究

深海有缆水下机器人在恶劣海况下作业时,常配备相应的升沉补偿系统以提高水下机器人释放和回收作业的安全性。重点研究了基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿方式,介绍了与实际系统相似的半主动升沉补偿模型系统,并阐述了系统的功能组成和工作原理。考虑了弹性负载的影响,建立了由伺服放大器、阀控非对称缸和弹簧负载模型等构成的电液位置伺服系统的传递函数模型。在此基础上,根据阀控非对称缸的输入电压与活塞输出速度之间的非线性关系,设计了分段前馈控制器,以提高系统的动态响应性能。最后进行了半主动升沉补偿性能试验,结果证明了所研究的半主动升沉补偿方式的有效性。     

沉船提升被动型液压升沉补偿系统仿真研究

分析了沉船打捞多缸同步提升系统特点及工作原理,针对沉船打捞中驳船易受波浪影响而上下运动,设计了被动型液压升沉补偿系统,搭建了系统AMESim仿真模型。在简化系统负载模型的基础上,仿真研究了升沉补偿系统工作特性,结果表明,所设计被动式升沉补偿系统能够有效地降低波浪对沉船提升过程的影响。     

电驱动挖掘机流量匹配系统动臂特性研究

以6 t液压挖掘机动臂为研究对象,提出伺服电机驱动定量泵的流量匹配控制系统。在SimulationX中搭建伺服电机仿真模型,通过与伺服电机响应特性试验结果对比,验证伺服电机模型的准确性;建立液压挖掘机动臂机械结构多体动力学与电液系统的联合仿真模型,仿真分析了不同控制方式下,动臂的运行特性和能耗特性。结果表明,与负载独立流量分配(LUDV)系统相比,采用伺服电机驱动定量泵流量匹配控制的动臂能耗降低约13.6%。     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。