随着各国对海洋资源重视程度的加深,国内针对海洋资源的科学考察与勘探逐步向深水区域发展,海洋绞车作为远洋科考船上的重要装备,其性能的好坏很大程度上决定着深海探测的成功与否。结合绞车的工作特点及性能要求,设计了一种牵引和储缆功能分离的双绞车结构的万米海洋绞车,介绍该绞车系统设计影响因素及结构组成。根据设计方案计算储缆卷筒的结构参数,电动机选型,利用SoildWorks软件建立储缆绞车三维模型,通过ANSYS Workbench对储缆绞车固有振动进行模态分析,为后期的结构优化提供理论基础和建议。

排缆机构是海洋绞车重要的组成部分,其能否精确运行关系到缆绳是否能紧密且整齐的排列到绞车卷筒上。分析了某海洋绞车的排缆工况和需求,设计了基于比例换向阀控制的液压马达驱动的排缆机构,在此基础上对排缆系统PID控制算法易导致的问题进行了分析研究,提出了基于前馈补偿的PI控制算法,并利用软件建立了整套排缆系统的模型,且进行了仿真研究。仿真结果表明,采用这种控制算法时排缆机构能根据绞车的运行工况进行精确地排缆,控制精度高,系统稳定性好,取得很好的排缆效果。

由于绞车排缆机构在排缆过程中,排缆位置及缆绳层数变化、机架及缆绳制造工艺限制、恶劣的工作环境等因素的影响,传统排缆系统存在排缆不精确、响应延时、换向不准确等问题,如果直接将其应用到带自动升沉补偿控制系统的海洋绞车上,实际排缆效果并不理想,经常会出现乱卷、缠绕等现象。为了提高应用于海洋绞车上的排缆系统的排缆精度和实时性,文中设计了一套包括上位机、以FP G A＋STM 32为核心的控制器、伺服电机及其驱动器、排缆机架的新型智能数控排缆系统。

针对海洋绞车液压盘式刹车的控制要求,通过对其液压控制系统结构的分析,构建了盘闸液压控制系统的AM ESim仿真模型。根据海洋绞车不同工况,设置相应的模型参数及仿真参数,模拟海洋绞车液压盘式制动系统正常松闸、正常抱闸、二级制动3种不同工况下控制阀的动作顺序,得到液压缸油压、活塞位移、制动正压力的动态响应曲线。仿真结果与实际运行情况相符,为海洋绞车液压盘式刹车系统性能改进与完善提供了参考。

针对具有主动升沉补偿的海洋绞车,滚筒转动惯量是影响绞车主动升沉补偿功能实现的关键因素。根据所设计的海洋绞车滚筒结构,在满足设计、滚筒强度、滚筒稳定性要求的情况下,对海洋绞车滚筒建立最小转动惯量优化模型,运用Matlab软件对优化模型进行求解。结果表明,在满足要求的情况下减小了海洋绞车滚筒的转动惯量。

目前我国用于潜水器吊运系统、海洋调查水文绞车、海洋平台起重机等重要度较高的高性能、高可靠性海洋绞车还较多地依赖进口。尽管我国早已制定了《船舶及海上设施起重设备规范》(中国船舶检验局1989年)，许多国产装备还不能满足用户的要求。随着海洋石油和矿物开发研究的深入和发展，对于海洋环境下的绞车、起重机等起重设备的设计日益得到重视。本文结合海洋绞车的特点，提出了一种液压绞车的传动方式及控制方法。 1 海洋绞车的特点和要求 海洋绞车的技术参数往往与陆用绞车产品相似，似乎在技术上并无难度。