沉船同步提升升沉补偿试验平台设计及联合仿真

以“畅通轮”尾端打捞为例,提出了沉船同步提升液压升沉补偿试验平台的结构,搭建了模拟沉船同步提升升沉补偿试验平台;针对其中的二自由度升沉补偿平台,对其进行了运动学反解,搭建了基于运动学控制的Simulink模型;结合阀控缸伺服控制系统实现了二自由度平台对波浪运动的模拟,并搭建了整个运动控制及升沉补偿控制系统的模型;通过ADAMS与MATLAB的联合仿真,验证了该二自由度平台升沉补偿控制系统的运动控制能力和动态响应能力,并对比补偿前后的升沉平台位移,证明了该系统良好的补偿特性。     

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。     

沉船打捞带缓冲补偿的液压同步提升系统研究

受空间、环境和沉船吨位大的限制,浮筒抬浮打捞和浮吊打捞等传统工艺已经无法满足大吨位沉船打捞的需求.为了突破这一施工技术的瓶颈,提出了一种适用于大吨位沉船打捞的液压同步提升系统,实现了大吨位沉船的整体打捞.此外,针对沉船打捞过程中,抬浮驳船受波浪上下起伏影响而导致打捞载荷不稳定的现象,提出了一种配套使用的缓冲补偿系统,实现了打捞载荷的均衡,并减少了摇晃振动.同时,为了监视和调整水下沉船的姿态,又设计了一套托梁水平监测系统.最终,所提出的液压同步提升系统成功应用于韩国客轮"世越号"沉船整体打捞工程中,证明了所提方法的有效性与可行性.     

半主动升沉补偿系统的非线性建模与仿真

为验证液压缸非线性力对半主动升沉补偿系统的影响,设计了一种半主动升沉补偿系统的非线性模型,并提出了提高系统补偿效率的方法。首先建立液压缸受到的非线性摩擦力和非线性弹簧力的仿真模型,然后将非线性力的影响加入到被动和半主动升沉补偿仿真模型中,最后提出了增大液压缸和蓄能器之间的油管直径的方法以提高半主动升沉系统补偿效率。仿真结果表明:在峰值为6 m,周期为10 s的规则正弦波浪作为船舶升沉位移输入时,非线性摩擦力会使被动和半主动升沉补偿系统的补偿效率降低,而非线性弹簧力对系统的影响较小,可以忽略不计。提出的方法能有效提高半主动升沉补偿系统补偿效率。     

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。     

大吨位海底沉船抱捞液压驱动回路与结构设计

在深水大吨位沉船打捞作业工程中，300 m以深的海底环境压力让现有饱和潜水技术无法企及，复杂的海底工艺场景超出了遥控水下机器人作业范围，这限制了我国深水大吨位沉船的整体应急打捞能力。针对传统打捞方法的不足，提出了一种沉船整体抱捞方法，采用多组大型液压抱爪实现海底沉船的抱捞作业。针对我国附近水域海底沉船抱捞作业需求，设计了一组沉船打捞电液抱抓驱动系统，以深水电机驱动液压泵为动力源，由4支协同作业的液压缸实现抱抓作业，单缸最大输出力200 t。开展了液压回路设计，基于AMESim平台建立了电液回路仿真模型，分析了系统在变负载工况下工作性能，验证了设计合理性。在完成回路设计的基础上，开展了液压系统关键液压元器件选型，完成了阀控箱耐压防水适应性设计，压力补偿式泵站设计，以及系统的整体布置与安装设计工作。     

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.     

深水勘察装置波浪补偿系统设计

分析了装置总体结构的工作原理及功能要求．基于位移型升沉补偿策略设计了油缸和蓄能器相结合的波浪补偿系统,并对油缸补偿系统部分进行受力计算．根据受力方程建立了系统的数学模型,应用MATLAB分析工具进行了系统仿真．系统能满足浪高6m、周期12S的海况条件,最大升沉补偿速度达到1．5m·S,最大补偿功率600kW．     

基于Amesim对起重机二次控制主动波浪补偿系统仿真

基于实际需求,对起重机二次控制主动波浪补偿系统进行了仿真。基于一型起重机,对其二次控制主动波浪补偿系统的分析、计算和设计,应用仿真软件Amesim建立起重机各子系统的数学模型,对各子系统进行仿真分析和优化选型,确认其液压系统元件参数。应用仿真软件Amesim建立整机仿真模型并进行仿真研究,使其在4级的作业海况下,满足升沉方向补偿精度达到95%,为起重机二次控制系统的液压元器件选型提供理论依据,也为起重机系统设计及应用提供依据。该研究得出的起重机补偿技术能补偿风浪、洋流等复杂海洋环境成的升沉方向上的运动,保证海上补给和精密设备吊装的安全性。     

增距式半主动天车型升沉补偿装置的设计研究

为减少波浪升沉运动对浮式钻井平台/船深水钻探作业的影响,在结合半主动型天车升沉补偿系统优点的基础上,设计了新型增距式天车升沉补偿装置。介绍了该补偿装置的工作原理,重点介绍了该补偿装置的结构方案和设计特色。研究结果表明,该补偿装置能够增加液缸的稳定性和使用寿命,具有响应速度快、补偿精度高、系统能耗低的优点,能有效提高钻井效率。     

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。     

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。     

新型半主动倍增程式升沉补偿装置设计与仿真分析

结合半主动式升沉补偿装置的补偿原理,设计了带有双驱动齿轮-双齿面直齿条机构的倍增程式机械驱动游车大钩升沉补偿系统,并对其工作原理和补偿过程进行了分析,再结合AMESim仿真软件建立起了升沉补偿液压缸、大钩载荷、气液蓄能器和驱动齿轮-直齿条等系统组件的倍增程式补偿数学模型。仿真结果表明：新型升沉补偿系统的整体补偿效率可达到95.6%,补偿效果较好,系统能耗曲线因补偿电机的持续运转呈现连续上升趋势。补偿系统中随驱动齿轮半径增加,大钩升沉位移逐渐减小使补偿效果提高,而对系统能耗影响较小;随比例系数增加,大钩升沉位移和系统能耗曲线呈现先增加后趋于缓慢的趋势;随平台升沉周期增加,补偿效果变好,系统能耗降低;随大钩载荷增加,系统能耗呈线性增加。     

升沉补偿系统多目标构型优化

升沉补偿系统是海洋作业的重要保障装备,影响着海洋作业的稳定性和安全性。随着多样性任务需求的增加,结构多样、适用于不同量级的升沉补偿系统从工厂走向市场,补偿效率不再是评价升沉补偿系统好坏的唯一标准。在对升沉补偿系统工作原理分析的基础上,确定了优化的对象为补偿装置构型、液压泵数量和蓄能器数量,并获得了基本解集。在多目标优化阶段,以可靠性、成本和补偿效率为目标函数,通过非支配排序获得Pareto优化解集,最后通过层次分析法对Pareto优化解集中的每个构型进行打分,获得最优构型。     

海上作业起重机主动升沉补偿系统的设计与分析

为补偿船用起重机在海上作业时的升沉运动,构造了基于二次调节静液传动技术的绞车液压驱动系统。首先,建立了升沉补偿系统的完整数学模型,提出了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及二次单元马达位置环的三闭环控制结构。然后,给出了三闭环控制器的设计方法,为了得到起重机货物的位移,利用钢丝绳张力设计了状态观测器。最后,给出了一个设计实例,通过数字仿真从频域角度分析了升沉补偿系统的动态特性,为控制策略的研究打下基础。     

船用起重机主动升沉补偿系统时延的实时控制研究

针对基于液压驱动的主动升沉补偿系统在工作过程中所存在的非线性以及系统时滞等使系统稳定控制难度加大的问题,进行了基于广义预测控制的控制系统算法的设计;在系统控制稳定的基础上,引入极短期预报技术,解决了控制系统实时补偿输出总是滞后于起重母船升沉运动的问题,实现了主动升沉补偿系统对实时补偿功能的要求;最后在MATLAB/Simulink软件平台上,对采取广义预测控制+极短期预报相结合的主动升沉补偿系统时延实时控制方案进行了仿真试验,验证了该控制算法的有效性,为今后产品样机的研发提供理论依据。     

船用起重机升沉补偿系统建模与仿真

为了减小船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统,建立了系统的动力学状态空间模型。取船的升沉运动位移作为系统输入量,通过选择不同的状态变量作为反馈量,仿真分析了悬停状态下被动补偿模式和主动-被动补偿模式下载荷位移的变化,最后根据仿真结果比较分析了两种补偿模式下的动态性能,确定了以串级控制方式作为主动-被动补偿模式的控制策略。     

二次调节主动升沉补偿系统的控制特性研究

船用起重机的主动升沉补偿系统可以提高工作船在恶劣海况下作业时的安全性和效率,有效减小由船体升沉运动引起的缆绳张力变化。基于二次调节静液传动技术设计了船用起重机绞车驱动系统,建立了升沉补偿系统数学模型,构造了包含二次单元变量油缸位置环、二次单元马达速度环及起重机货物位置环的三闭环控制结构。随后,将船体的升沉运动作为可测干扰,应用结构不变性原理设计了前馈补偿器,并利用缆绳张力构造了起重机货物位移的状态观测器。最后通过仿真实例验证了控制器设计方法的有效性。