海底犁式挖沟机的设计研究及稳定性分析

论文摘要

海底犁式挖沟机是一种用于海底管道开沟铺设的专用水下机械设备,其主要功能是完成对海底管道的开沟铺设作业,确保海底管道的安全。本课题来自中国海洋石油工程公司的“硬质粘土挖沟技术与装备研究”项目。目的在于设计并研制出具有自主知识产权的、用于海底管道开沟埋设保护的犁式挖沟机。本论文主要研究了犁式挖沟机的主体结构部件的设计、仿真计算和整机的工作稳定性,为犁式挖沟机的设计研制提供了重要的依据。论文首先论述了海底挖沟的方法和海底挖沟机的研究现状,根据犁式挖沟机的工作原理和设计指标提出了总体设计方案和整机结构布置。计算了挖沟机工作时的载荷并建立整机受力模型,运用空间力系简化原理对整机稳定性进行了分析,验证总体设计方案和整机结构布置的可行性。其次进行了犁式挖沟机主体部件的详细结构设计,运用Solidworks建立了结构三维模型,并对几个关键的结构部件进行了力学分析计算,然后根据分析出的部件受力状态,运用有限元软件对零部件进行了强度校核计算,论述了焊缝的结构形式和校核方法,验证了结构设计的合理性。最后对犁式挖沟机主要的运动部件进行了运动仿真分析和液压缸主要参数的计算。实地进行了犁式挖沟机试验样机的陆上挖沟试验,测量了沟型和拖拽力的大小,验证了整个犁式挖沟机设计分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 海底挖沟方法介绍
• 1.3 国内外相关领域发展现状
• 1.3.1 国外海底挖沟机械发展现状
• 1.3.2 国内海底挖沟机械发展现状
• 1.4 课题来源、目的及研究意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 海底犁式挖沟机总体设计方案和稳定性分析
• 2.1 引言
• 2.2 犁式挖沟机工作原理
• 2.3 犁式挖沟机的设计指标
• 2.4 犁式挖沟机总体方案
• 2.4.1 犁式挖沟机的工作过程
• 2.4.2 总体方案
• 2.4.3 犁式挖沟机的总体结构
• 2.5 挖沟机工作载荷计算
• 2.5.1 挖沟机整体受力分析
• 2.5.2 海流作用力的计算
• 2.5.3 海流提升力的计算
• 2.5.4 摩擦阻力
• 2.5.5 切削土壤阻力
• 2.5.6 拖拽力
• 2.6 整机稳定性分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 海底犁式挖沟机主体部件结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 机架设计
• 3.3 转向装置设计
• 3.3.1 转向装置的作用
• 3.2.2 转向装置的结构设计
• 3.2.3 转向摆臂
• 3.2.4 三角架调整结构
• 3.4 行走机构设计
• 3.4.1 行走机构设计要求
• 3.4.2 行走机构结构设计
• 3.5 犁体架设计
• 3.5.1 犁体架总体结构设计
• 3.5.2 连接轴设计
• 3.6 犁体结构设计
• 3.6.1 犁体结构概述
• 3.6.2 犁面前支撑焊架
• 3.6.3 沟形平整焊架
• 3.6.4 犁面及支撑背板
• 3.6.5 连接支撑焊架架及筋板
• 3.6.6 导向柱及定位块
• 3.7 本章小结
• 第4章 海底犁式挖沟机主体部件力学分析和强度校核
• 4.1 引言
• 4.2 海底犁式挖沟机主体部件结构力学分析
• 4.2.1 转向装置力学分析
• 4.2.2 行走机构力学分析
• 4.2.3 犁体开合力学分析
• 4.3 强度校核分析
• 4.3.1 强度分析校核概述
• 4.3.2 转向装置三角架强度校核
• 4.3.3 转向装置工字梁
• 4.3.4 连接轴
• 4.3.5 机架尾部校核
• 4.3.6 销轴校核
• 4.3.7 轴孔校核
• 4.3.8 焊缝的设计与强度计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 海底犁式挖沟机主体部件运动分析及陆上实验
• 5.1 引言
• 5.2 挖沟机主体结构运动学分析
• 5.2.1 运动学分析概述
• 5.2.2 转向装置运动学分析
• 5.2.3 行走机构运动学分析
• 5.2.4 犁体开合运动学分析
• 5.3 挖沟机主体部件液压缸选型
• 5.3.1 挖沟机液压系统概述
• 5.3.2 液压缸主要参数计算
• 5.4 海底犁式挖沟机陆上实验
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢