被动悬挂式波浪补偿装置机液耦合动力学分析

论文摘要

随着陆地资源的日趋枯竭,海上作业的日益频繁,海上平台起重机作业的安全受到越来越广泛的关注。当海上平台起重机进行船外起升时,为避免起吊货物被随波浪运动的船体追上发生碰撞,起升速度就要足够快,从而在起升瞬间产生了较大的动载荷,在起重机金属结构内部产生较大的动应力,较大的动载荷和起升速度增加了整机重量和功率。波浪补偿装置用于缓冲因波浪影响产生的冲击、降低起重机系统承受的动载荷,保证起吊货物和船舶的安全,使其在较恶劣海况下也可以进行作业,因此对波浪补偿装置的研究具有十分重要的意义。本文以大连理工大学工程机械研究中心研发的KTS30105型海上平台起重机为研究对象,为研究海上平台起重机被动悬挂式波浪补偿装置的动态性能,建立了刚柔耦合、机液耦合动力学模型。考虑到平台起重机本身的动态特性对波浪补偿装置的动态性能有较大影响,因此将波浪补偿装置建立在起重机系统中进行动力学分析。以有效海浪高度为2m的海况为例,针对不同起吊载荷和臂架仰角时起升作业、起吊货物与甲板碰撞等工况对被动悬挂式波浪补偿装置进行了机液耦合动力学分析,研究了波浪补偿装置刚度、阻尼对补偿效果的影响,并对比分析了有、无波浪补偿装置对起重机承受动载荷的影响。仿真结果表明,当起吊30t载荷时,被动悬挂式波浪补偿装置将海上平台起重机起升动载系数从2.23减小到1.31,表明该补偿装置能够有效地降低起重机系统承受的动载荷。本文的仿真分析方法和结果可以为被动悬挂式波浪补偿装置的设计与研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 常见的波浪补偿装置
• 1.2.1 主动式波浪补偿装置
• 1.2.2 被动式波浪补偿装置
• 1.3 波浪补偿装置国内外研究现状
• 1.4 常见的缓冲器
• 1.5 缓冲器国内外研究现状
• 1.6 课题研究的主要内容
• 2 海上平台起重机与被动悬挂式波浪补偿装置动力学分析
• 2.1 被动悬挂式波浪补偿装置系统组成及工作原理
• 2.1.1 被动悬挂式波浪补偿装置系统组成
• 2.1.2 被动悬挂式波浪补偿装置工作原理
• 2.3 平台起重机与波浪补偿装置的二自由度系统动力学模型
• 2.4 系统动力学方程的建立与求解
• 2.5 本章小结
• 3 海上平台起重机与被动悬挂式波浪补偿装置仿真模型的建立
• 3.1 海上平台起重机简介
• 3.1.1 结构组成
• 3.1.2 主要性能参数
• 3.2 刚性体与柔性体的划分
• 3.3 刚性体模型的建立
• 3.4 柔性体模型的建立
• 3.4.1 海上平台起重机柔性体模型的建立
• 3.4.2 钢丝绳模型的建立
• 3.5 海上平台起重机刚柔耦合模型的建立
• 3.5.1 结构装配
• 3.5.2 约束的设置
• 3.5.3 载荷的设置
• 3.6 被动悬挂式波浪补偿装置机液耦合仿真模型的建立
• 3.6.1 液压元件的选取
• 3.6.2 机液耦合仿真模型的建立
• 3.7 本章小结
• 4 海上平台起重机起升作业过程机液耦合仿真分析
• 4.1 基本假设
• 4.2 仿真控制的设置
• 4.3 驱动的设置
• 4.4 机液耦合仿真分析方法研究
• 4.4.1 两种模型简化方法
• 4.4.2 两种模型简化方法对比研究
• 4.5 波浪补偿装置刚度阻尼的改变对补偿效果的影响
• 4.6 起升作业不同工况机液耦合仿真分析
• 4.6.1 最大臂架仰角和起重量
• 4.6.2 典型臂架仰角和起重量
• 4.7 本章小结
• 5 起升货物与船舶甲板碰撞过程的机液耦合仿真分析
• 5.1 驱动的设置
• 5.2 起升货物与船舶甲板碰撞过程的机液耦合仿真分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢