水下運載器打撈機械手的設(shè)計及試驗研究.pdf

1、隨著我國港航運輸事業(yè)的飛速發(fā)展與建設(shè)海洋強國步伐的不斷邁進，海洋活動的范圍與密度不斷擴大，其風險也隨之增加，各類海洋運載器沉沒事故及飛行器墜海事故時有發(fā)生，相關(guān)救助打撈作業(yè)風險高、耗時長。加強水下打撈相關(guān)裝備的研究與試驗，對于提升我國應(yīng)急搶險救撈能力具有重要意義。本課題來源于中船重工750試驗場“大深度打撈技術(shù)”，針對課題面臨的大噸位大深度打撈要求，設(shè)計出一種適用于水下運載器的大型打撈裝置，以提高打撈作業(yè)效率，減小作業(yè)強度。
　　

2、本文根據(jù)打撈作業(yè)環(huán)境和技術(shù)要求，選擇機械手抓取、繩索對接起吊的方式，采用模塊化方法設(shè)計出打撈機械手的本體結(jié)構(gòu)、對接鎖緊裝置、液壓系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)、供電單元和控制系統(tǒng)，并對部分元件進行選型和布置，結(jié)合機械手的結(jié)構(gòu)組成闡述了打撈作業(yè)的具體流程和主要技術(shù)參數(shù)。
　　重點對打撈過程中的機械手水下姿態(tài)調(diào)整、抓取物體、穿泥對接和起吊作業(yè)四個階段進行分析計算及仿真，作為機械手設(shè)計和改進的參考。通過浮性與穩(wěn)性的計算確定機械手小傾角傾覆時的復原力矩，

3、并對手爪夾緊狀態(tài)進行強度校核以驗證其是否滿足水下使用要求。通過建立D-P土體模型在ABAQUS中對土體剪切過程進行仿真，討論了土體參數(shù)對牽引力的影響，得出不同土工條件下的牽引力變化曲線。海底結(jié)構(gòu)物離底時不可避免地受到土體對物體的吸附作用，本文運用太沙基極限承載理論分析了起吊初始階段的離底吸附力，同時計算了起浮運動中的附連水質(zhì)量，作為確定起吊載荷的依據(jù)。鎖緊接頭是起吊過程的主要承力部件，在對其進行強度校核后，以受拉時的最大應(yīng)力和接頭體積作

4、為優(yōu)化目標，采用響應(yīng)面法對其進行尺寸優(yōu)化，降低最大承載應(yīng)力。
　　機械手動力裝置采用基于補償原理的液壓系統(tǒng)，根據(jù)打撈動作要求和所需驅(qū)動力對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。液壓系統(tǒng)包括夾緊回路、對接回路、應(yīng)急回路與動力源，根據(jù)相應(yīng)的回路繪制出液壓系統(tǒng)的原理圖，通過計算確定主要液壓元件的參數(shù)并進行選型。在計算機中建立液壓系統(tǒng)的模型并進行仿真，驗證液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性，并運用 Matlab工具箱對閥控馬達系統(tǒng)進行校正，使得其動態(tài)性能滿足要求。

5、　　根據(jù)作業(yè)過程和水下控制系統(tǒng)的要求設(shè)計出整體控制方案，控制系統(tǒng)的設(shè)計包括上位機和下位機以及兩者間的通信方式。上位機的核心是控制臺，下位機的控制核心是PLC，通過控制液壓閥，完成對液壓執(zhí)行器的控制，從而實現(xiàn)相應(yīng)動作。通過原理樣機水下150m深處的圓筒模型打試驗驗證了設(shè)計方案的可行性，為工程樣機的研制和改進提供參考。
　　本文的研究是水下運載器打撈機械手設(shè)計的基礎(chǔ)，為后續(xù)的改進工作及樣機水下試驗提供參考，也開闊了大型水下打撈裝備的設(shè)