救生钟水下绞车牵引及主动放缆系统研究与设计
|
摘要
位于救生钟钟下室的对口绞车是某型综合援潜救生钟的配套设备,其功能是完成救援用钢丝绳的收放,使得救生钟在水下和失事潜艇救生口成功对接,从而完成救援任务。
本文以现有的钢丝绳绞车和工程用卷扬机为对象,对目前的钢丝绳运输进行现场勘查,从实际情况出发,仔细分析绞车运行过程中出现的压绳、咬绳、垒绳等现象的原因,及现有排绳系统存在的问题,根据使用要求及总体性能指标,对照水下救生钟收放装置的作业过程,试图通过对绞车卷筒上的钢丝绳释放时加装一套主动牵引机构,使救生钟水下绞车具备主动释放功能,解决钢丝绳牵引及排绳系统存在的问题。
为了实现上述目标,本文工作以液压传动技术和救生钟对口绞车为研究对象展开,主要内容如下:
1.对绞车在工程机械,采矿设备,建筑机械以及海洋船舶,海洋石油等领域的应用及最新的技术在绞车的速度和恒张力控制上的应用作了概述。对救生钟及其上的对口绞车在实施水下救援任务时的工作原理和工作过程作了介绍。
2.针对救生钟对口绞车卷筒在水下释放钢丝绳时,钢丝绳不受外载荷因而无法有序地离开卷筒等实际问题,提出了两种方法来实现救生钟对口绞车对钢丝绳释放时具有主动牵引功能,并在对两种方法作了优缺点比较、适用场合的分析,最后结合对口绞车的实际工况和使用场合,决定使用滚轮传动方法来实现对口绞车主动牵引功能。
3.对救生钟对口绞车主动牵引系统的机械,液压系统作了研究与设计,分析和比较了三种排缆技术方案。完成了救生钟对口绞车主动牵引系统各组成机构的主要元件的选型计算和安全校核。
4.对实现恒张力控制系统的各种液压系统比较和研究,对其主动牵引系统功能实现原理的介绍,并对该项目的深入和发展进行了展望。
本文的创新点如下:
1.设计救生钟对口绞车牵引及主动释放系统具有的前置牵引及主动释放功能,确保救生钟对口绞车能够有效地完成水下救援任务。
2.对主动牵引系统的功能实现方案及各组成机构进行了选型,设计与计算,使得机构能满足水下工作环境的特殊要求。
The hydraulic winch in the lower chamber of the underwater rescue bell is the key equipment for rescuing. Its main task is to release or recover the steel rope so as that the bell can match or detach from the wrecked submarine successfully. Based on the investigation into the windlass and steel rope winch on the spot,the reason for the steel rope being in disorder when releasing the rope has been found. Adding a proactive traction system to the matching winch is designed. And its performances are also sufficient to the requirements.
On the basis of the existing problem, the paper is extended on proactive traction and steel rope release system ,including its hydraulic drive system. Main contents and technical innovations are as follows:
1. Development of hydraulic winch. the application of electrical and hydraulic technology in winch, speed and tension control are described in details.
2. The problem of the present match winch used in the underwater rescue bell and the schemes for releasing the steel rope proactively from the drum in two ways are introduced and compared.
3. The scheme design and general layout plan of the matching hydraulic winch are presented. Detailed design,analysis and calculation of the hydraulic control are listed. Main parameter calculation,selection of the main components and their safety check are presented in the paper.
4. Constant tension control system base on proactive release system is discussed and expected.
Main technical innovations are as follows:
1. Proactive traction system is used in matching winch of underwater rescue bell. It will solve the problem occurred when the steel rope is released from the drum and be helpful to the successful rescuing.
2. Calculation for the main mechanism structure,and their safety are also being checked
本文以现有的钢丝绳绞车和工程用卷扬机为对象,对目前的钢丝绳运输进行现场勘查,从实际情况出发,仔细分析绞车运行过程中出现的压绳、咬绳、垒绳等现象的原因,及现有排绳系统存在的问题,根据使用要求及总体性能指标,对照水下救生钟收放装置的作业过程,试图通过对绞车卷筒上的钢丝绳释放时加装一套主动牵引机构,使救生钟水下绞车具备主动释放功能,解决钢丝绳牵引及排绳系统存在的问题。
为了实现上述目标,本文工作以液压传动技术和救生钟对口绞车为研究对象展开,主要内容如下:
1.对绞车在工程机械,采矿设备,建筑机械以及海洋船舶,海洋石油等领域的应用及最新的技术在绞车的速度和恒张力控制上的应用作了概述。对救生钟及其上的对口绞车在实施水下救援任务时的工作原理和工作过程作了介绍。
2.针对救生钟对口绞车卷筒在水下释放钢丝绳时,钢丝绳不受外载荷因而无法有序地离开卷筒等实际问题,提出了两种方法来实现救生钟对口绞车对钢丝绳释放时具有主动牵引功能,并在对两种方法作了优缺点比较、适用场合的分析,最后结合对口绞车的实际工况和使用场合,决定使用滚轮传动方法来实现对口绞车主动牵引功能。
3.对救生钟对口绞车主动牵引系统的机械,液压系统作了研究与设计,分析和比较了三种排缆技术方案。完成了救生钟对口绞车主动牵引系统各组成机构的主要元件的选型计算和安全校核。
4.对实现恒张力控制系统的各种液压系统比较和研究,对其主动牵引系统功能实现原理的介绍,并对该项目的深入和发展进行了展望。
本文的创新点如下:
1.设计救生钟对口绞车牵引及主动释放系统具有的前置牵引及主动释放功能,确保救生钟对口绞车能够有效地完成水下救援任务。
2.对主动牵引系统的功能实现方案及各组成机构进行了选型,设计与计算,使得机构能满足水下工作环境的特殊要求。
The hydraulic winch in the lower chamber of the underwater rescue bell is the key equipment for rescuing. Its main task is to release or recover the steel rope so as that the bell can match or detach from the wrecked submarine successfully. Based on the investigation into the windlass and steel rope winch on the spot,the reason for the steel rope being in disorder when releasing the rope has been found. Adding a proactive traction system to the matching winch is designed. And its performances are also sufficient to the requirements.
On the basis of the existing problem, the paper is extended on proactive traction and steel rope release system ,including its hydraulic drive system. Main contents and technical innovations are as follows:
1. Development of hydraulic winch. the application of electrical and hydraulic technology in winch, speed and tension control are described in details.
2. The problem of the present match winch used in the underwater rescue bell and the schemes for releasing the steel rope proactively from the drum in two ways are introduced and compared.
3. The scheme design and general layout plan of the matching hydraulic winch are presented. Detailed design,analysis and calculation of the hydraulic control are listed. Main parameter calculation,selection of the main components and their safety check are presented in the paper.
4. Constant tension control system base on proactive release system is discussed and expected.
Main technical innovations are as follows:
1. Proactive traction system is used in matching winch of underwater rescue bell. It will solve the problem occurred when the steel rope is released from the drum and be helpful to the successful rescuing.
2. Calculation for the main mechanism structure,and their safety are also being checked
引文
1.李耀文.液压传递讨论会论文集[C].北京:北京农科院出版社,1980, 83—142
2. Michael Markey. Single Drum Winch Design[J].Markey Machinery Articles and Specification Data Sheets:chapter 10
3.潘家林.液压防爆绞车的发展.矿山机械.1991.7
4.李俊明,叶树.全液压电缆自动收放机.工程机械,1994
5.岳利明.液压绞车系统的动态分析.矿山机械.1994.1
6.陈建长,雷江河,陈瑞等.一种新型绞车负载试验装置[J].工程机械.2005(5):47—48
7.香良光雄,中村峻.液压传动装置[M].吴伦楷等.北京:国防工业出版社,1977
8.雷江河,陈瑞,万箭波.液压打桩锤管线绞车[J],工程机械.2004(10):13—14
9.路甬祥,胡大纮.电液比例控制技术.机械工业出版社.1988
10.吴根茂,邱敏秀,王庆丰等.实用电液比例技术.浙江大学出版社.1993
11. K.J.奥斯特隆姆,B.威顿马克.计算机控制系统理论与应用.周兆英,刘中仁,林喜荣译.科学出版社,1987
12.诸静.模糊控制原理与应用.机械工业出版社.1996
13.刘航等.MATLAB在模糊控制系统设计与仿真中的应用,计算机应用研究.2001.1
14.吴宏鑫.自适应控制技术的应用及发展.控制理论及应用.1992.4
15.王军政.电液伺服阀控马达速度闭环数字控制系统的应用研究.北京理工大学学报.2002.4
16.范益群,钱祥生.比例阀控制回路节流特性的研究.中国机械工程.1996
17.顾临怡,谢英俊,王庆丰.工程机械大惯性负载起制动平稳性的研究.工程机械.2001
18.王庆丰,韩波,顾临怡,路甬祥.电液比例速度控制抗干扰的数字压力补偿方法[J].机械工程学报.1997.12
19. Mannesmann Rexroth,现代化行走机械的传动与控制,1994
20. Sauer.Section 4 Transmission Circuit Recommendations.1997
21.刘宇辉,蒲红,姜继海.应用二次调节技术的液压绞车性能研究[J].佳木斯大学学报.2000(9):259—262
22. Blaine Dempke. Barry Griffin[J].Smaller Winch Technology. Sea Technology, July 1997:10—12
23.吴远道.工程机械静液压传动装置[J].液压气动与密封,2002 (4):46—48
24.王意.静液压传动工程机械的制动系统[J].工程机械,2000 (1):38—40
25.刘安锋.工程车辆静液压传动系统的计算机辅助设计[D]:[硕士学位论文],北京:北京科技大学,2002
26.姚怀新.行走机械液压传动与控制[M].北京:人民交通出版社,2002
27. Bruce C. Wtight.动力传递原理和应用基础[A].沈叙明.液压传递讨论会论文集[C].北京:北京农科院出版社,1980, 1,14
28.王永奇,单新周.推土机静液压传动装置的参数匹配与控制[J].建筑机械化,2003 (10) :34—36
29.李耀文.应用静液压驱动技术提高联合收割机水平[J].农村机械化,1999(4):11—12
30. Sauer.Series 90 Axial Piston Pumps Technical Information. 1994
31. Rexroth. Variable Displacement pump A4VG. 1999
32.成大先.机械设计手册(第四版)[M].北京:化学工业出版社,2002
33.雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,1998
34. GB11869-1989.远洋船用拖曳绞车[S]
35.王思刊.一种新型的卷绕恒张力控制系统[J].电子与自动化.1997 (6) : 9—13
36.程为彬,寇莹,程建年等.液压绞车恒速度控制的实现[J].测井技术,2005 (2):63—65
37.陈薇,毛丽青.链传动排缆装置[J].机械工程师,2000 (2),20
38.叶定奇.排缆机构在电缆绞车中的应用[J].水雷战与舰船防护,2004 (3):25—28
39.沈红卫.无张力传感器的恒张力控制系统研究[J].组合机床与自动化加工技术,2003 (11):87—88
40.孙宜标,郭庆鼎,郝永庆.西门子M15型拉线机恒张力系统模糊自整定PI控制研究[J].沈阳工业大学学报,2002 (6) :220—223
41.曹学俊,林海波,王忠贤.新型船用63KN液压绞车的研制[J].船舶,1997 (6):23—24
42.彭庆京.新型的放线恒张力控制系统[J].安徽科技,2004 (6) : 37
43.崔秀林,刘莹.新型油缸驱动式液压绞车的研究[J].机床与液压,1997:52
44.梅运文.100KN锚绞车设计与制作[J].江苏船舶,2004 (3) :10—12
45.王英杰,李文宁,籍淑萍.1700mm冷轧机开卷机恒张力控制系统分析[J].轻合金加工技术,2002 (2) :23—24
46.薄玉宝.DJ型电测绞车白动排缆系统探析[J].石油矿场机械,1997 (5):15—17
47.彭延顺.JKY2. 0/ 1. 3BS型液压绞车在矿山的应用[J].煤炭技术,2004 (10):7—8
48.陈迪华.JKY2 /1. 5B型液压防爆绞车控制系统改进[J].矿山机械,1994 (7):5—8
49.徐焕勇.JKY2/ 1. 8B防爆液压绞车主阀组改造[J].中国设备管理,2000 (5):27—29
50.宪军,刘春生,沈继罕.YAJ系列液压安全绞车液压系统动态特性研究[J].黑龙江矿业学院学报,1994 (12) :49—53
51.朱永兴.双向螺杆三滚子式排缆器的分析报告[J].渔业机械仪器,1996 (4):37—39
52.林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理.中国石化出版社.2006
53.王明耀,张兆隆.机械制造技术.机械工业出版社.2002
54.邵曼华.几种船用起重机波浪补偿装置[J].机械工程师.2004(4)
55.陶尧森.船舶耐波性[M].上海:上海交通大学出版社.1983.
56.朱军.舰船静力学[M].长沙:国防科技大学出版社.2002.
57.戴遗山.舰船在波浪中运动的频域与时域势流理论[M].北京:国防工业出版社,1998.
58.饶振钢.行星齿轮传动设计[M].北京:国防工业出版社,1994.
59渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会.渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京:国防工业出版社,2002.
60.金蓓.波浪补偿起舰绞车[J].机电设备,2006(4)
61.王占林.液压伺服控制[M],北京:北京航空学院出版社,1987.
62.王春行.液压伺服控制系统[M],北京:机械工业出版社,1989.
63.林国重.液压传动与控制[M],北京:北京理工大学出版社,1993.
2. Michael Markey. Single Drum Winch Design[J].Markey Machinery Articles and Specification Data Sheets:chapter 10
3.潘家林.液压防爆绞车的发展.矿山机械.1991.7
4.李俊明,叶树.全液压电缆自动收放机.工程机械,1994
5.岳利明.液压绞车系统的动态分析.矿山机械.1994.1
6.陈建长,雷江河,陈瑞等.一种新型绞车负载试验装置[J].工程机械.2005(5):47—48
7.香良光雄,中村峻.液压传动装置[M].吴伦楷等.北京:国防工业出版社,1977
8.雷江河,陈瑞,万箭波.液压打桩锤管线绞车[J],工程机械.2004(10):13—14
9.路甬祥,胡大纮.电液比例控制技术.机械工业出版社.1988
10.吴根茂,邱敏秀,王庆丰等.实用电液比例技术.浙江大学出版社.1993
11. K.J.奥斯特隆姆,B.威顿马克.计算机控制系统理论与应用.周兆英,刘中仁,林喜荣译.科学出版社,1987
12.诸静.模糊控制原理与应用.机械工业出版社.1996
13.刘航等.MATLAB在模糊控制系统设计与仿真中的应用,计算机应用研究.2001.1
14.吴宏鑫.自适应控制技术的应用及发展.控制理论及应用.1992.4
15.王军政.电液伺服阀控马达速度闭环数字控制系统的应用研究.北京理工大学学报.2002.4
16.范益群,钱祥生.比例阀控制回路节流特性的研究.中国机械工程.1996
17.顾临怡,谢英俊,王庆丰.工程机械大惯性负载起制动平稳性的研究.工程机械.2001
18.王庆丰,韩波,顾临怡,路甬祥.电液比例速度控制抗干扰的数字压力补偿方法[J].机械工程学报.1997.12
19. Mannesmann Rexroth,现代化行走机械的传动与控制,1994
20. Sauer.Section 4 Transmission Circuit Recommendations.1997
21.刘宇辉,蒲红,姜继海.应用二次调节技术的液压绞车性能研究[J].佳木斯大学学报.2000(9):259—262
22. Blaine Dempke. Barry Griffin[J].Smaller Winch Technology. Sea Technology, July 1997:10—12
23.吴远道.工程机械静液压传动装置[J].液压气动与密封,2002 (4):46—48
24.王意.静液压传动工程机械的制动系统[J].工程机械,2000 (1):38—40
25.刘安锋.工程车辆静液压传动系统的计算机辅助设计[D]:[硕士学位论文],北京:北京科技大学,2002
26.姚怀新.行走机械液压传动与控制[M].北京:人民交通出版社,2002
27. Bruce C. Wtight.动力传递原理和应用基础[A].沈叙明.液压传递讨论会论文集[C].北京:北京农科院出版社,1980, 1,14
28.王永奇,单新周.推土机静液压传动装置的参数匹配与控制[J].建筑机械化,2003 (10) :34—36
29.李耀文.应用静液压驱动技术提高联合收割机水平[J].农村机械化,1999(4):11—12
30. Sauer.Series 90 Axial Piston Pumps Technical Information. 1994
31. Rexroth. Variable Displacement pump A4VG. 1999
32.成大先.机械设计手册(第四版)[M].北京:化学工业出版社,2002
33.雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,1998
34. GB11869-1989.远洋船用拖曳绞车[S]
35.王思刊.一种新型的卷绕恒张力控制系统[J].电子与自动化.1997 (6) : 9—13
36.程为彬,寇莹,程建年等.液压绞车恒速度控制的实现[J].测井技术,2005 (2):63—65
37.陈薇,毛丽青.链传动排缆装置[J].机械工程师,2000 (2),20
38.叶定奇.排缆机构在电缆绞车中的应用[J].水雷战与舰船防护,2004 (3):25—28
39.沈红卫.无张力传感器的恒张力控制系统研究[J].组合机床与自动化加工技术,2003 (11):87—88
40.孙宜标,郭庆鼎,郝永庆.西门子M15型拉线机恒张力系统模糊自整定PI控制研究[J].沈阳工业大学学报,2002 (6) :220—223
41.曹学俊,林海波,王忠贤.新型船用63KN液压绞车的研制[J].船舶,1997 (6):23—24
42.彭庆京.新型的放线恒张力控制系统[J].安徽科技,2004 (6) : 37
43.崔秀林,刘莹.新型油缸驱动式液压绞车的研究[J].机床与液压,1997:52
44.梅运文.100KN锚绞车设计与制作[J].江苏船舶,2004 (3) :10—12
45.王英杰,李文宁,籍淑萍.1700mm冷轧机开卷机恒张力控制系统分析[J].轻合金加工技术,2002 (2) :23—24
46.薄玉宝.DJ型电测绞车白动排缆系统探析[J].石油矿场机械,1997 (5):15—17
47.彭延顺.JKY2. 0/ 1. 3BS型液压绞车在矿山的应用[J].煤炭技术,2004 (10):7—8
48.陈迪华.JKY2 /1. 5B型液压防爆绞车控制系统改进[J].矿山机械,1994 (7):5—8
49.徐焕勇.JKY2/ 1. 8B防爆液压绞车主阀组改造[J].中国设备管理,2000 (5):27—29
50.宪军,刘春生,沈继罕.YAJ系列液压安全绞车液压系统动态特性研究[J].黑龙江矿业学院学报,1994 (12) :49—53
51.朱永兴.双向螺杆三滚子式排缆器的分析报告[J].渔业机械仪器,1996 (4):37—39
52.林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理.中国石化出版社.2006
53.王明耀,张兆隆.机械制造技术.机械工业出版社.2002
54.邵曼华.几种船用起重机波浪补偿装置[J].机械工程师.2004(4)
55.陶尧森.船舶耐波性[M].上海:上海交通大学出版社.1983.
56.朱军.舰船静力学[M].长沙:国防科技大学出版社.2002.
57.戴遗山.舰船在波浪中运动的频域与时域势流理论[M].北京:国防工业出版社,1998.
58.饶振钢.行星齿轮传动设计[M].北京:国防工业出版社,1994.
59渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会.渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京:国防工业出版社,2002.
60.金蓓.波浪补偿起舰绞车[J].机电设备,2006(4)
61.王占林.液压伺服控制[M],北京:北京航空学院出版社,1987.
62.王春行.液压伺服控制系统[M],北京:机械工业出版社,1989.
63.林国重.液压传动与控制[M],北京:北京理工大学出版社,1993.