波浪补偿起重机优化设计方法研究_田洪清

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基于补偿技术的起重机深水波浪补偿系统研发

2）轨道激励频率为2.6 Hz时，轨道垂向不平顺线路对转向架摇枕动应力的影响最大。

3）轨道垂向不平顺激励下，摇枕动应力的分布与静应力的分布相同。

4）轨道垂向不平顺激励频率为2.6 Hz时，摇枕关键部位的垂向动荷系数达到最大，其平均垂向动荷系数为0.786 7。

参考文献[1] 蔡成标，翟婉明，王其昌．轨道几何不平顺安全限值的研究[J]．铁道学报，1995，17(4)：82-87．[2] 中华人民共和国铁道部．铁路线路维修规则[M]．北京：中国铁道出版社，1997．[3] 练松良，黄俊飞．客货共运线路轨道不平顺不利波长的分析研究[J]．铁道学报，2004，26(2)：111-115．作者：方桂花电子邮箱：btbclidan@收稿日期：2017-07-03基于补偿技术的起重机深水波浪补偿系统研发*孙泳涛南通振华重型装备制造有限公司南通 226010摘要：为突破波浪补偿技术的研发瓶颈，提出了补偿技术的工作原理，通过对补偿系统结构和主动波浪技术的自主研发，解决了二次液压控制技术、信号检测系统和电气控制算法等关键难点，成功研制了带有主动波浪补偿技术的30 t起重机，该起重机可以实现水下600 m以内区域的补给、海洋钻井、深海探测等工作，提高了海上作业的安全性、高效性和可靠性。

Abstract: The paper proposes the working principle of compensation technology to break the bottleneck hindering the development of wave compensation technology. Key difficulties such as secondary hydraulic control technology, signal detection system and electrical control algorithm are solved through independent research and development of compensation system structure and active wave technology, and 30 t crane based on active wave compensation technology is successfully developed. The crane is capable of replenishment, offshore drilling and deep sea exploration within 600 m underwater, which makes offshore operations more secure, efficient and reliable.关键词：起重机；主动波浪补偿；二次液压控制；信号检测；控制算法Keywords: crane; active wave compensation; secondary hydraulic control; signal detection; control algorithm中图分类号：TH 218 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2018）03-0124-040 引言随着国内对海洋资源不断的深入开发，各类工程船舶、海洋钻井平台越来越多地进入到深海区域进行作业。

波浪补偿起重机液压系统设计与分析

ｌ学术交流・其他『ＡｃａｄｅｍｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ一
波浪补偿起重机液压系统设计与分析
王孝霖，顾含，许历，李乙迈，韩星星，雷雨
（中国卫星海Ｅ测捂涪Ｂ，江苏江阴２１４３装中的波浪补偿难题，首先分析了波浪补偿的基本原理，然后介绍了被动式和主动式波浪补偿技术的实现方式和特点，最后设计了一种采用主动式波浪补偿的船用起重机，并对其液压系统进行了分析。关键词：起重机；波浪补偿；液压系统；液压缸；泵站
２０１５／４船舶标准化工程师６３
即货物相对于接受船Ｂ的下放速度兰与两船的相对速度（一：）无关，货物就可以由起重机以速度
。
某大型船舶在近远海物质补给和物品转载时
０引言
船用起重机是在海靼不境中进行作业的特种起
及特殊物品吊装作岫勺要求，需要采用具有波浪补
偿功能的船用起重机。
重初械，远洋船舶在海Ｅ进行货物运输及物资补给
时，往往要ｆ娴船凌进亍车专载作业。转封乍业时，两船敷于箭白或漂泊状态，通过系缆并
ＷａｎｇＸｉａｏ－ｌｉｎ，ＧｕＨａｎ，ＸｕＬｉ，ＬｉＹｉ－ｍａｉ，ＨａｎＸｉｎｇ－ｘｉｎｇ，ＬｅｉＹｕ
（ＣｈｉｎａＳａｔｅｌｌｉｔｅＭａｒｉｔｉｍｅＴｒａｃｋｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＪｉａｎｇｓｕＪｉｎｇａｙｉｎ２１４４３１，Ｃｈｕａａ）

波浪补偿技术及其在起重机设计中的应用_龚承泽

止状态，保护挂钩者的安全。
研究设计的波浪补偿起重机结构如图 3 所示，主要由电
（3）设计制造的波浪补偿起重机能极大改善了海上舰船
器系统、液压系统、起升系统、补偿系统、变幅系统、回转系统、补给吊装问题。
Wave Compensation Ttechnology and in Hoist Crane Design Application
蓄能器，泵组等，是补偿功能的执行部件。随动小车由小车架、
滑轮架、滚动轴承，导向滚轮等组成，刹车装置和滑轮架也一
变幅油缸底座操纵台
补偿装置
松绳检测装置起重绳
同装在小车上，共同组成补偿装置的辅助件。刹车装置利用机械自锁原理，在钢丝绳断裂时，保证补偿装置不损坏。行走导轨是小车行走的依托，使小车行走时保持平滑无跳动。制动导轨与小车架上的制动块啮合产生摩擦力，从而实现刹车作用。
恒张力补偿系统，采用的是对力的补偿，该系统只能保证物体处于近似平衡状态，操作过程中对重物仍有一定的冲击
收稿日期：2010- 10- 18 作者简介：龚承泽（1967—），男，湖北十堰人，高级工程师，现在海军驻某船厂军事代表室工作，研究方向为舰船工程；莫崇君（1981—），男，湖南
衡阳人，工程师，现在海军驻某船厂军事代表室工作，研究方向为机械工程。
起重绞车
补偿油缸
随动绳
图 3 波浪补偿起重机结构
结构件、驾驶室等部分组成。电器系统主要由电机起动箱、操作控制箱、接线箱及各限位保护、照明系统等部分组成。液压系统主要由电机油泵组、多路换向阀、油马达、平衡阀、滤油
器、冷却器、液位计、压力表及各压力保护等部分组成。起升系
补偿绞车
统主要由起重绞车、补偿绞车及钢丝绳、吊钩、卸扣、滑轮组等部分组成。补偿系统主要由蓄能器、补偿装置、液压控制管路

《课程设计_波浪补偿起重机液压控制系统设计》

波浪补偿起重机液压控制系统设计摘要波浪补偿起重机是远洋运输补给船首选的其中设备。

随着我国综合国力的强大和海洋开发的日益增多，海上作业日趋频繁，对钻井平台等深海作业的人员和设备的补给也越来越重要。

而且，随着我国海军力量的强大，海上补给海军不对的补给问题也不容忽视。

为了克服在海上补给船与接收舰船补给货物时波浪运动引起两船相对横移和升沉，对吊装作业造成不利影响，特别是对于一些军用物资，具有极大危险性，绝对不允许这种情况发生，波浪补偿起重机采用了电液比例控制技术。

波浪补偿起重机，通过臂架回转和折臂补偿两船横移，通过安装在臂架上的测量索编码器检测两船的相对升沉，补偿缸驱动补偿绞车使货物与接收舰船甲板间距离的变化，避免货物与甲板突然碰撞而造成损失。

关键词：起重机；波浪补偿系统；液压驱动系统Design of Hydraulic Control System for WaveCompensation CraneAbstractWave compensation crane is the first choice of ocean transportation supply ship equipment. With China's comprehensive national strength of the powerful and Marine development of growing, operations at sea is more and more frequent, and deep sea drilling platform to work the personnel and equipment supply is more and more important. And, with a powerful force of the Chinese navy, Marine supply navy wrong supply problems also not allow to ignore. In order to overcome supply ship at sea and to receive the goods supply ship motion causing two ship relative move transversely and Ups and downs, hoisting working to cause adverse effect, especially for some military material, which has a great danger, must not allow this happens, The wave compensation crane electroh-ydraulic proportional control technology. Wave compensation cranes, through the arm frame and folding boom fill turn .Key words: Cranes; Wave compensation system; Hydraulic drive system目录1绪论 (4)波浪补偿起重机在生产中的作用 (4)波浪补偿起重机的国内外的现状及发展趋势 (5)波浪补偿起重机的基本组成 (6)2波浪补偿起重机臂架的设计 (7)2.1波浪补偿起重机臂架的设计要求及补偿原理 (7)3 波浪补偿起重机液压部件的设计 (8)3.1 波浪补偿起重机主臂液压图及分析 (8)波浪补偿起重机副臂液压图及分析 (9)波浪补偿起重机绞车起升液压图及分析 (10)波浪补偿起重机臂架回转液压图及分析 (11)波浪补偿起重机蓄能液压图及分析 (12)4 波浪补偿起重机驱动系统的设计 (13)4.1 液压系统总图及分析 (13)5 液压缸设计 (15)5.1油缸泄漏与密封问题 (15)课程设计的体会 (17)参考文献 (18)1绪论随着我国综合国力的强大和海洋开发的日益增多，海上作业日趋频繁，对钻井平台等深海作业的人员和设备的补给也越来越重要。

主动波浪补偿船用起重机吊臂的力学特性与结构优化设计

主动波浪补偿船用起重机吊臂的力学特性与结构优化设计王佳;马致远;黄岗领;卢道华
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】以新型HFTC3-12主动波浪补偿起重机吊臂结构为研究对象,对其进行载荷分析,用ABAQUS完成不同试验工况起重机结构的刚度和强度仿真分析和校核;进行起重机实测试验,验证仿真模型的准确性;对起重机基座进行拓扑优化,同时进行模态分析,验证其在主动波浪补偿状态是否发生共振。

结果表明:HFTC3-12液压折臂伸缩起重机吊臂结构刚度和强度满足相关规范要求,未发生共振,且经过优化后起重机基座质量减少了20%。

【总页数】4页(P58-61)
【作者】王佳;马致远;黄岗领;卢道华
【作者单位】江苏科技大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH21
【相关文献】
1.基于DSP的主动式波浪补偿起重机控制系统设计
2.波浪补偿起重机基座加强结构优化设计
3.船用起重机液压缸式主动波浪升降补偿装置研究
4.波浪补偿下舰船液压起重机结构优化设计
5.主动波浪补偿起重机控制系统设计
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舰船液压起重机波浪补偿消摆控制技术研究

舰船液压起重机波浪补偿消摆控制技术研究蔡冬林【摘要】舰船上的液压起重机工作在动态颠簸过程中,很容易受到波浪的影响造成摇摆.为此提出一种小区域分区进化算法来解决舰船液压起重机波浪补偿消摆控制问题.在控制算法中引入排挤因子,利用控制数据中的相互约束作用形成小的控制单元,以此来提高收敛的速度,维持控制过程的快速性,保证控制精度.实验表明,这种方法能够有效解决舰船液压起重机波浪补偿消摆控制问题,保证了船舶机械自动控制的准确性.%The hydraulic crane working on the ship is easy to be affected by the wave during the dynamic process of turbulence. To solve this problem, a new algorithm to solve the problem of wave compensation and control for shiphydraul-ic crane is proposed. The crowding factor in the control algorithm, the control function of the data in the form of mutualre-straint in order to control small units, in order to improve the convergence speed, speed to maintain process control, ensure the control precision. The experimental results show that this method can effectively solve the problem of wavecompensa-tion and anti swing control of the ship hydraulic crane, and ensure the accuracy of the automatic control of the ship'sma-chinery.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】5页(P104-108)【关键词】舰船液压起重机;波浪补偿;控制技术【作者】蔡冬林【作者单位】南通航运职业技术学院轮机工程系,江苏南通 226010【正文语种】中文【中图分类】U664近年来，舰船用液压起重机的稳定控制问题，已成为舰船科学中的最主要研究问题，其应用于船舶结构工程、船舶水力工程、船舶设计工程与电子工程等众多领域中[1]。

一种船舶起重机波浪补偿辅助装置和补偿方法[发明专利]

专利名称：一种船舶起重机波浪补偿辅助装置和补偿方法专利类型：发明专利
发明人：戴炼,朱云,于会民,严兴腊,翁朝阳
申请号：CN201610790337.6
申请日：20160831
公开号：CN106185647A
公开日：
20161207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种船舶起重机波浪补偿辅助装置，包括导轨、小车、钢丝绳卡钩、纵向补偿液压缸、横向补偿液压缸和PLC控制器，其中小车沿所述导轨运动；纵向补偿液压缸固定在小车上方，纵向补偿液压缸设置有第一活塞杆；第一活塞杆与钢丝绳卡钩连接；横向补偿液压缸设置有第二活塞杆；第二活塞杆与小车连接；纵向补偿液压缸和横向补偿液压缸分别连接到PLC控制器。

另外，本发明也涉及一种船舶起重机波浪补偿方法。

本发明提供的船舶起重机波浪补偿辅助装置结构简单，操作方便；通过本发明提供的补偿辅助装置和补偿方法，能够实时补偿船舶横摇、纵摇以及横移、纵移对起吊钢丝绳所带来的耦合影响。

申请人：润邦卡哥特科工业有限公司
地址：215427 江苏省苏州市太仓港经济技术开发区港区荡茜口
国籍：CN
代理机构：北京连和连知识产权代理有限公司
代理人：张建鹏
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一种新型波浪补偿系统研究

一种新型波浪补偿系统研究随着海洋工程的发展和深化，波浪对海上设施和船只的影响愈发凸显。

波浪的力量和频率对于海上设施的稳定性和舒适性都有着重要的影响，因此波浪补偿系统成为了海洋工程领域中一个备受关注和研究的课题。

传统的波浪补偿系统一般采用液压缸或者球astern等机械装置来平衡波浪对船体或者平台的影响。

但是这些系统存在着体积大、重量重、功耗高等问题，同时在波浪波动频率发生变化时，传统的波浪补偿系统的性能也会受到一定的影响。

为了有效地解决这些问题，提高波浪补偿系统的性能和稳定性，需要对波浪补偿系统做进一步的研究和改进。

在这种背景下，一种新型的波浪补偿系统被提出并进行了研究。

这种新型波浪补偿系统结合了传统的机械方法和现代的电子控制技术，实现了波浪补偿系统的智能化和自适应性。

该系统主要由传感器、控制器、执行机构和电源等部件组成，其中传感器主要用于感知波浪的力量和频率，控制器主要用于处理传感器反馈的信息并控制执行机构进行相应的动作，执行机构主要用于实现船体或者平台的姿态调整，电源则提供系统所需的电能。

这种新型波浪补偿系统的工作原理如下：首先，传感器感知到波浪的力量和频率，然后将这些信息传输给控制器；控制器根据传感器反馈的信息计算出相应的补偿措施，然后通过电子控制技术将这些措施传输给执行机构；执行机构根据控制器的指令实现船体或者平台的姿态调整，从而抵消波浪的影响，保持系统的稳定性和舒适性。

整个过程实现了波浪对海上设施的智能化补偿，提高了系统的性能和可靠性。

相比传统的波浪补偿系统，这种新型波浪补偿系统有着以下几个优点：1.自适应性强：传统的波浪补偿系统往往只适用于特定范围内的波浪频率，当波浪频率发生变化时，系统的性能就会受到影响。

而这种新型波浪补偿系统通过电子控制技术，能够实时调整补偿措施，使得系统具有更强的自适应性，适用范围更广。

2. 体积小、重量轻：传统的波浪补偿系统一般采用液压缸或者球astern等机械装置，体积庞大且重量较重，不利于在海上设施和船只上的应用。

219467652_波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用

波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用①余德泉,季建刚,夏魁,夏海红,黄田忠,陶俊(上海船舶设备研究所,上海 200031)摘要阐述了波浪补偿技术研究在深海采矿工程中的重要意义;开展了波浪补偿装置总体方案㊁工作原理和工作流程研究,保证输矿立管在作业过程中可以获得支持力和补偿力,相对海底保持静止位置稳定工作;通过仿真分析方法研究波浪补偿系统的动态综合性能,归纳采矿船船舶振动周期㊁负载大小㊁液压管路流阻㊁摩擦力等因素对补偿效果的影响规律;分析限速安全技术,研究限速安全阀的功能原理㊁结构组成㊁试验方案;通过装船应用验证了安全保障效果,最终形成了深海采矿波浪补偿技术较为全面的研究成果㊂关键词波浪补偿;限速安全阀;闭环反馈;阻尼特性中图分类号:P 744 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)013109d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.21R e s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n o f H e a v e C o m pe n s a t i o n T e c h n o l o g y i n D e e p -S e a M i n i n g E n g i n e e r i n gY U D e q u a n ,J I J i a n g a n g ,X I A K u i ,X I A H a i h o n g ,H U A N G T i a n z h o n g,T A O J u n (S h a n g h a i M a r i n e E q u i p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e ,S h a n gh a i 200031,C h i n a )A b s t r a c t I n t h i s p a p e r ,t h e s i g n i f i c a n c e o f t h e r e s e a r c h o n h e a v e c o m p e n s a t i o n t e c h n o l o g y i n d e e p -s e a m i n i n ge n g i n e e r i n g i s d e s c r i b e d ,a n d t h e o v e r a l l p l a n ,w o r k i n g p r i n c i p l e a s w e l l a s w o r kf l o w o f t h e h e a v e c o m pe n s a t o r a r e s t u d i e d t h a t e n s u r e s t h a t t h e l if t i ng p i p e c a n o b t a i n th e s u p p o r ti n g f o r c e a n d c o m p e n s a t i o n f o r c e d u r i n g o pe r a t i o n ,m a i n t a i n a s t a t i o n a r y p o s i t i o n r e l a t i v e t o t h e s e a b e d a n d w o r k s t e a d i l y .T h r o u g h t h e s i m u l a t i o n a n a l ys i s m e t h o d ,t h e d y n a m i c c o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c e o f t h e h e a v e c o m p e n s a t i o n s ys t e m i s s t u d i e d .T h e i n f l u e n c e l a w o f v i b r a t i o n p e r i o d ,l o a d s i z e ,h y d r a u l i c l i n e f l o w r e s i s t a n c e ,f r i c t i o n a n d o t h e r f a c t o r s o f t h e m i n i n g s h i p s o n t h e c o m pe n s a t i o n ef f e c t i s a l s o s u m m a r i z e d .I n a d d i t i o n ,t h e s p e e d -l i m i t e d s a f e t y t e c h n o l og y i s a n a l yz e d ,w h i l e t h e f u n c t i o n a l p r i n c i p l e ,s t r u c t u r a l c o m p o s i t i o n a n d t e s t p l a n o f t h e s p e e d -l i m i t e d s h u t o f f v a l v e a r e s t u d i e d .T h e s a f e t y gu a r a n t e e e f f e c t i s v e r i f i e d b y t h e s h i p m e n t a p p l i c a t i o n s .A s a r e s u l t ,a m o r e c o m pr e h e n s i v e r e s e a r c h r e s u l t o n t h e h e a v e c o m p e n s a t i o n t e c h n o l o g y i n d e e p -s e a m i n i n gi s o b t a i n e d .K e y wo r d s h e a v e c o m p e n s a t i o n ;s p e e d -l i m i t e d s h u t o f f v a l v e ;c l o s e d -l o o p f e e d b a c k ;d a m p i n g c h a r a c t e r i s t i c 0 引言国际海底采矿工程蓬勃兴起,成为各个国家重点发展的战略领域,有望解决困扰各国经济发展的陆上稀有金属资源不足的难题[1]㊂在深海采矿过程中,波浪会导致采矿船产生升沉运动,使得输矿立管承受升沉方向冲击力,使输矿立管连接处产生疲劳损害,破坏密封,造成泄漏或输矿立管连接处变形㊁破裂㊂升沉运动会造成输矿立管底部相对海底发生较大的位移变化,影响采矿软管的悬链形态,最终影响采矿车的运动范围㊂升沉运动也会使输矿立管对船体造成冲击,损害输矿立管和船体连①基金项目:平台设计开发及核心系统设备关键技术研究(202102Z)㊂作者简介:余德泉(1969 ),男,博士,研究员,硕士生导师,主要从事深海采矿与海工装备方面的研究㊂E -m a i l :y u d e q118@163.c o m ㊂第10卷第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃132㊃海洋工程装备与技术第10卷接结构件安全性能㊂为保障深海采矿长时间作业安全和高海情作业安全,必须采用波浪补偿系统对水下输矿立管的升沉运动进行补偿,使得水下输矿立管系统与海底保持相对静止状态,使得输矿立管底部被采矿车横向牵扯时,顶部可以进行弹性保护,保障深海采矿全系统作业安全㊁稳定[2]㊂为保证深海采矿作业的正常进行,减小扬矿管的纵向振动,尤其是要防止共振,尽可能地减小扬矿管的轴向变形和应力,防止其疲劳损坏,本文提出一种波浪补偿装置,安装在在输矿立管和船体之间,用于消除主要激振源,从而达到减小甚至消除扬矿管的纵向振动,尽可能减小扬矿管的轴向应力和轴向变形的目的㊂本文研究了波浪补偿装置总体关键技术㊂首先,根据高海情海况要求,确定深海采矿工况,完成总体结构研究和集成控制技术研究,形成了高海情工况下研究方案;进行位移补偿㊁受力补偿㊁减振补偿功能仿真分析,验证了研究方案,获得了深海采矿波浪补偿装置总体技术较为全面的研究成果㊂系统总体模型如图1所示㊂图1 深海采矿波浪补偿系统总体模型F i g .1 O v e r a l l m o d e l o f h e a v e c o m p e n s a t i o n s y s t e m i n d e e p s e a m i n i n g1 深海采矿波浪补偿技术总体方案研究1.1 系统工作原理研究波浪补偿装置由油缸系统㊁空气系统㊁电控系统等组成,如图2所示㊂波浪补偿系统可以通过油缸系统的油缸活塞杆上下运动,为输矿立管提供垂向支撑力和波浪补偿力,以控制输矿立管的受力和位移;并能在船舶或采矿船作垂直运动的情况下,使输矿立管的张力基本保持恒定,不致使其出现撞击㊁弯曲㊁扭转等损坏㊂图2 深海采矿波浪补偿分系统组成F i g .2 S y s t e m c o m p o s i t i o n o f h e a v e c o m p e n s a t i o n s u b -s y s t e m i n d e e p s e a m i n i n g第2期余德泉,等:波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用㊃133 ㊃工作原理如图3所示㊂当采矿船受到海浪或者潮汐的作用而产生上升运动时,蓄能器中的气体被压缩,通过气体控制阀进入空气系统,液压缸活塞杆向下运动补偿采矿船向上运动;当采矿船受到海浪或者潮汐的作用而产生下降运动时,蓄能器中的气体体积增大,空气系统通过气体控制阀向蓄能器的空气腔输入压缩空气,液压缸活塞杆向上运动补偿采矿船向上运动㊂综上所述,输矿立管不因为海浪或者潮汐的作用而影响正常工作,并能相对海床保持静止位置㊂其工作位置为:图3 波浪补偿装置工作原理图F i g .3 W o r k i n g p r i n c i p l e d i a g r a m o f h e a v e c o m pe n s a t o r (1)低位:活塞杆和动滑轮位于行程最低位置,释放钢丝绳,输矿立管向下方做相对运动,气体容积变小,油液由缸体进入蓄能器㊂(2)高位:活塞杆和动滑轮位于行程最高位置,回收钢丝绳,输矿立管向上方做相对运动,气体容积变大,油液由蓄能器进入缸体㊂(3)中位:活塞杆和动滑轮位于行程中间位置,输矿立管补偿速度最大㊂低位和高位以中位为中点㊂如图4所示,本文设计8根张紧油缸,围绕月池相对两根对称分布,竖直安装在工作甲板面,通过支撑台架固定㊂钢丝绳一端连接在输矿立管的张紧环上,通过月池上边的定滑轮导向,进入张紧油缸的下滑轮,再通过钢丝绳的上滑轮缠绕,最后回到下滑轮死绳固定端㊂其布置形式较为灵活,8根张紧油缸可以根据甲板面的布置需求,沿着对称线方向同步移动至最佳位置,确定最终布置位置㊂㊃134㊃海洋工程装备与技术第10卷图4深海采矿波浪补偿系统布置图F i g.4 A r r a n g e m e n t p l a n o f h e a v e c o m p e n s a t i o n s y s t e mi n d e e p s e a m i n i n g 1.2深海采矿波浪补偿工作模式研究波浪补偿系统工作流程如图5所示㊂在深海采矿常规工作中,补偿补偿装置采用波浪补偿工作模式㊂该模式必须保持波浪补偿器正常补偿工况,如图6所示㊂应急(限速安全)工作模式用于钢丝绳或输矿立管突然断裂时,保证设备和人员安全,如图7所示㊂快速切断动力来源,控制冲击力带来的冲击载荷影响㊂2深海采矿波浪补偿全系统动态性能仿真分析技术根据深海采矿工程输矿立管系统的工矿要求和环境条件要求,通过A M E s i m仿真软件,对波浪补偿装置建模仿真分析㊂为了更好研究各因素对补偿效果的影响,采用单一因素变量法,分别研究采矿船船舶振动周期㊁补偿油缸负载大小㊁液压管路流阻大小㊁摩擦力大小对补偿效果的影响㊂图5波浪补偿系统工作流程图F i g.5F l o w c h a r t o f h e a v e c o m p e n s a t i o n s y s t em图6波浪补偿装置正常工作模式F i g.6 N o r m a l o p e r a t i n g m o d e o f h e a v e c o m p e n s a t o r第2期余德泉,等:波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用㊃135 ㊃图7 波浪补偿装置应急工作模式F i g .7 E m e r g e n c y o p e r a t i n g m o d e o f h e a v e c o m pe n s a t o r 为了研究采矿船振幅变化对补偿效果的影响,通过仿真分析,得到不同振幅采矿船运动下输矿立管位移曲线㊂如图8所示,振幅减小时,补偿率有逐渐增大的趋势㊂这主要是因为振幅的减小使得补偿油缸气体容积变化量减小;在气体总容积一定的情况下,气体体积变化产生的负载变化值减小,从而补偿油缸活塞杆负载减小,输矿立管位移得到更好的控制㊂为了研究负载变化对补偿效果的影响,保持采矿船运动振幅等特性不变,输入不同的负载大小进行仿真技术㊂仿真结果如图9所示㊂随着负载的增加,输矿立管位移有减小的趋势,但幅度不大,补偿效果提升约6%㊂这主要是因为负载的增大,即补偿油缸气体压力和工艺缸气体压力的增大,使得气弹簧的刚度增大,气液缸频响增大,能更快地跟随外界输入,减小了输矿立管运动幅度㊂图8 输矿立管振幅位移曲线F i g .8 A m p l i t u d e d i s p l a c e m e n t c u r v e o f l i f t i n g p i pe㊃136㊃海洋工程装备与技术第10卷图9 输矿立管负载位移曲线F i g .9 L o a d d i s p l a c e m e n t c u r v e o f l i f t i n g p i pe 为了研究装置运动摩擦力对于补偿效果的影响,进行仿真计算,得到输矿立管对应的位移变化曲线㊂在图10所示摩擦力变化范围内,输矿立管位移曲线振幅差异较小,补偿效果较差㊂这主要是由于此种工况下,补偿油缸活塞杆负载较大,使得伺服阀前后压差较小,系统流量低,不能满足跟随海浪所需流量,因此输矿立管运动幅度较大㊂图10 输矿立管摩擦力位移曲线F i g .10 F r i c t i o n d i s p l a c e m e n t c u r v e o f l i f t i n g p i pe 为了研究液压管路液阻对补偿效果的影响,改变液压管路管径大小来改变液压管路液阻,管路管径分别取250m m ㊁200m m ㊁150m m ㊁100m m ,仿真结果如图11所示㊂显然,管径大小对输矿立管位移影响较大㊂管径减小时,输矿立管位移振幅有增大的趋势,但增幅较小;当管径进一步减小时,补偿油缸负载依然能达到最大㊂因此,对系统流量影响较小,因而对输矿立管位移振幅改变较小㊂第2期余德泉,等:波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用㊃137 ㊃图11 输矿立管管径位移曲线F i g .11 P i p e d i a m e t e r d i s p l a c e m e n t c u r v e o f l i f t i n g p i pe 3 深海采矿波浪补偿限速安全技术深海采矿波浪补偿系统优良的安全性对于设备及操作人员的安全至关重要㊂在海上作业时,波浪补偿系统承担数千米重载输矿立管动态负载的支持㊁补偿㊂若输矿立管突然断裂造成波浪补偿系统负载消失,使得波浪补偿承载设备运动部件突然加速,在短时间内达到高速,形成不可控的巨大冲击力,有可能造成机毁人亡的重特大事故[3]㊂因此,必须研究在这种极限工况下,通过先进电控闭环反馈控制技术[4],实现波浪补偿运动承载部件动力源快速自动关闭功能,确保系统的安全㊂限速安全阀是深海采矿水面支持系统的重要元器件,是一类安全保护装置,可在大负载快速运动装备发生故障前快速切断系统油路,降低承载运动部件的速度至安全范围,保护系统安全[5]㊂限速安全阀反应灵敏度高,切断快速可靠,使用安全性高,技术难度大㊂本文针对限速安全阀应急工况性能分析技术㊁快速响应技术㊁结构设计技术㊁试验验证技术等方面开展研究㊂通过对波浪补偿装置的极限工况分析,分析限速安全阀的安全响应与控制边界条件,确定系统的总体技术指标㊂重点研究总体要求的冲顶时间㊁油路流量㊁工作压力,并据此提出了对限速安全阀的性能要求,如切断时间㊁切断流量㊁工作压力等,根据限速安全阀的性能要求,通过对各组成部分的指标分配,为后续各组成部分的设计工作提供基础和设计要求㊂针对工作流程开展研究㊂当输矿立管突然断裂㊁负载突然降低时,通过先进电控闭环反馈控制技术,实现快速自动关闭功能,如图12所示㊂根据传感器获取的补偿负载力突然消失信息,选择相关的阈值控制,使得控制系统自动响应,控制限速安全阀先导控制阀㊂研究其本身特性,研究其对限速安全阀快速关闭功能的影响㊂在不影响先导流量情况下减小阀芯惯性㊁阀芯与阀套间摩擦力等对主阀动作的影响㊂在控制过程中,控制限速安全阀本身的电控响应阈值,当负载变化信息超过该阈值时,主阀会自动切断㊂研究阈值最优化参数,太大㊃138㊃海洋工程装备与技术第10卷会影响主阀快速响应性能,太小会导致主阀频繁的开启和关闭㊂通过较大通径的控制阀对小通径先导阀控制流量进行放大,控制主阀的关闭,提高关闭速度,大大减少主阀关闭时间,全面提升限速安全阀的核心控制性能㊂图12 限速安全阀工作流程图F i g .12 F l o w c h a r t o f s pe e d -l i m i t e d s h u t of f v a l v e 针对产品结构开展研究㊂根据目标补偿装置的工作原理和限速安全阀的工作原理,分析先导阀通径㊁主阀通径㊁阻尼孔径㊁弹簧刚度㊁弹簧预压力㊁阀芯质量㊁主阀行程等主要结构参数对系统的性能影响,形成参数表或性能曲线㊂据此提出限速安全阀最优结构参数配置㊂针对已有的典型限速安全阀结构,进行静动态性能分析,并与已有产品的数据进行对比,验证限速安全阀结构设计的先进性,确保限速安全阀机械结构性能优越,适合用于波浪补偿系统工况㊂进一步研究限速安全阀结构参数对主阀快速响应性能影响,包括压力敏感阀滑阀结构㊁主阀结构形式㊁先导蓄能器容积和压力影响㊁限速安全阀内部阻尼特性等㊂最终完成限速安全阀的结构设计,如图13所示㊂针对试验方法开展研究㊂根据提出的限速安全阀最优结构参数配置,设计并生产限速安全阀样件;针对波浪补偿系统的不同工况要求,提出一种以模拟钢丝绳断裂为边界条件的新型限速安全阀试验方案;对限速安全阀的性能进行全面验证,验证所研制的限速安全阀是否达到设计指标要求㊂本文做了限速安全阀的快速切换试验,考察限速的响应时间㊁泄漏量等性能指标的影响因素,如图14所示㊂总体性能指标符合设计要求㊂图13 限速安全阀主阀结构示意图F i g .13 S t r u c t u r e d i a g r a m o f m a i n v a l v e o f s pe e d -l i m i t e d s h u t of f v a l ve图14 限速安全阀试验室试验F i g .14 L a b o r a t o r y t e s t o f s pe e d -l i m i t e d s h u t of f v a l v e 限速安全阀已在深海采矿工程中得到了应用,如图15所示㊂各项性能指标满足设计要求,相关波图15 限速安全阀装船应用F i g .15 S h i p m e n t a p p l i c a t i o n o f s pe e d -l i m i t e d s h u t of f v a l v e第2期余德泉,等:波浪补偿技术在深海采矿工程中的研究与应用㊃139㊃浪补偿系统全程支撑水下输矿立管系统输矿作业,补偿运动平稳可靠,限速安全阀反应灵敏可靠,验证了本文的研究目标㊂4结论通过上述对深海采矿波浪补偿系统工作原理㊁作业模式㊁动态性能㊁安全限速等方面的研究,初步构建了整体框架模型,分析动态性能主要影响因素,提出了限速安全模式与解决方案,可得出以下结论:①通过波浪补偿总体技术研究,集成机械㊁液压㊁空气㊁电控系统,形成深海采矿波浪补偿功能,确保深海输矿立管系统在采矿工作中相对海底保持静止㊂②船船舶振动周期㊁补偿油缸负载㊁液压管路流阻㊁摩擦力等对波浪补偿效果的影响具有规律性,可以用以指导波浪补偿系统的设计㊂③限速安全阀是保障深海采矿波浪补偿系统的安全装置,通过研究已经形成样机产品并在实际工程中得到了应用㊂本文只是针对波浪补偿装置在深海采矿立管输送系统作业支持中的应用进行了初步研究,后续将结合实际补偿工况,进一步采用计算机辅助设计和试验验证的数据,研究波浪补偿系统快速响应性能㊁限速安全阀即时响应特性等,为深海采矿作业工程化应用奠定基础㊂参考文献[1]童波,刘学勤,任铁.新型深海矿产开发模式的探讨[J].船舶, 2021,32(3):17.[2]杨高胜,陈丹东,李文豪,刘兴.基于管道水力提升式采矿系统的深海采矿船总体设计研究[J].船舶工程,2019,41(1):23 27,33.[3]H u s t e r,A n d r e a s;B e r g s t r o m,H a n s;G o s i o r,J e f f;W h i t e,D e r e k IE E E.D e s i g n a n d O p e r a t i o n a l P e r f o r m a n c e o f aS t a n d a l o n e P a s s i v e H e a v e C o m p e n s a t i o n S y s t e m f o r a W o r kC l a s s R O V[C].O C E A N S2009,2009.[4]庄佳兴,焦侬,刘彬.深海采矿综合控制系统设计与研究[J].矿业研究与开发,2022,42(7):161171.[5]陈新明.中国深海采矿技术的发展[J].矿山研究与开发,2006,(A1):4048.。

一种新型主动式波浪补偿系统原理样机的设计及研究_王岩

V下＝V0 （V1 V2）
(1)
其中： V0 -起重机收放补给物资的速度；
V1 -补给船升沉速度；
V 2 -接收船升沉速度。
作者简介：王岩（1972 -），硕士研究生，研究方向：装备工程。 45
2 主动式波浪补偿系统组成
主动式波浪补偿系统原理样机主要由执行机构、相对运动检测模块和控制系统等组成，系统原理见图 2 所示。
1.主臂架
2.液压绞车 3.补偿油缸
4.油缸支架
5.动滑轮 6.起重索
7.定滑轮 8.传感器
图 3 原理样机的结构原理图
46
信号传播到 R2 和 R3 与传播到 R1 的声程差分别为 d21 和 d31，从而可计算出 S 的相对位置。根据这一原理，设计了以高性能单片机为核心的检测电路，进行了调试和试验，存在问题有：a.超声传感器发生器的波束角较小，声信标信号运动时，接收换能器有时接收不到信号，造成无法测量； b.有回声现象。经分析，回声可通过信号处理进行抑制，但是要提高波束角，需要开发新的超声传感器，因此本文没有继续进行深入研究。
试验原理样机主要由波浪补偿系统原理样机和液压折臂式起重机组成，补偿系统加装在起重机上以实现波浪补偿功能，结构原理如图 3 所示。执行机构主要由液压补偿油缸和电磁比例阀等组成，液压补偿油缸安装在起重机的起重臂上，将起重机的起重索绕在液压补偿油缸的滑轮组上，用补偿油缸直接控制起重机的起重索，实现对波浪运动的补偿。
图 1 并靠补给作业示意图
1 波浪补偿技术原理
波浪补偿起重机是为了适应海上补给的特殊要求而开发的一种专用起重装置。从图 1 可以看出：当设定向下运动为正方向时，补给物资的着船速度，即货物相对于接收船的下降速度为起重机吊索收放速度和两船相对运动速度的叠加：

基于波浪补偿技术的船用起重机系统的改进

波浪补偿技术是为了消除两船相对运动的影响，在机械设备上应用一定的机械装置减轻随机相对运动的影响。当前波浪补偿装置的实现方式主要有两种：（）利用装备的自身挠性结构和人力控制实现补偿；１（）利用机械或者液压系统实现补偿。２该系统采用液压系统实现张力补偿。船舶相对运动使得张力发生变化，根据钢缆的张力变化，通过溢流阀控制液压马达的工作油压，从而控制马达的扭
基于波浪补偿技术的船用起重机系统的改进
王洪波（海军蚌埠士官学校航海系，安徽蚌埠２３１）３０２
摘要：针对当前船用起重机波浪补偿能力不足，提出其起升部分液压系统改进方案，即通过溢流阀调定液压马达进油侧的工作压力大小来调定绞车拉力，实现波浪补偿。该方案具有一定的现实意义。关键词：波浪补偿；起重机；液４０卷
用度２～３，加工表面粗糙度数值小，加工表面倍
质量好。
综上所述，采用顺铣加工表面粗糙度数值小，质
量好，刀具耐用度高。但由于普通铣床进给机构均采用滑动摩擦的丝杠螺母副传动，没有采用消除侧向间隙的机构，侧向间隙大，存在着工作台窜动引起 “ 啃刀 ”或 “ 打刀” 的安全隐患，因此普通铣床基本
阀、节流阀、蓄能器、辅助组件等组成。
资会因船体的摇晃而摇摆、下降速度过快、物资与被补给船的甲板发生强烈碰撞等。然而很多船用起重机没有配备相应的波浪补偿系统，不能对吊索收放速度实施有效控制。作者对船用起重机进行改进，使吊运物资在接收舰甲板平稳下落，减少冲击，从而避免舰

波浪补偿起重机基座加强结构优化设计

Ａｂｔａｔｗｏｋｎｓｏｒｃｕａｅｎｏｃｍｅｔｏｅｅｔｌｆｖｏｅｓｔｎｃａｅｕｄｒｄｆｒｎｐｒｔｎｓｒｃ：ＴｉｄｆｓｕｔｒｌｒｉｆｒｅｎｒｄｓｅｃｍｐｎａｉｒｎｎｅｉｅｅｔｅａｉｔｆｐａｏｗａｏｏｏｃｎｉｏｓａｅｃｌｕａｅｙＦＡ，ｎｈｔｓｆｒｉｏｃｍｅｔｓｒｃｕｅｒｐｄｓａｆｗｖｏｅｓｔｎｏｄｔｎｒａｃｌｔｄｂＥａｄｔｅｓｒｓｏｅｎｒｅｎｔｕｔｒｓｆｅｅｔｌｏａｅｃｍｐｎａｉｉｅｆｏｏ
ｃａｅａｄｄｃｒｂａｎｄｈｅｕｔｒｏａｅｎｎｌｚｄｔｕｏｗｒｄｉｅｏｔｕｔｒｌｒｎｎｅｋａｅｏｔｉｅ．Ｔｅｒｓｌａｅｃｍｐｒｄａｄａａｙｅｏｐｔｆｒａｄａｖｃｓｆｒｓｒｃｕａｓ
第２３卷
第４期（第１６期）总３
２１０２年８月
船
舶
Ｖｏ．３Ｎｏ４１２．
Ａｕｕｔ２２ｇｓ，０１
ＳＰ＆ＢＯＡＴＨＩ
［舶结构］船
波浪补偿起重机基座加强结构优化设计
周博
（中国船舶及海洋工程设计研究院上海２０１）００１
ｗａｅｃｍｐｅｓｔｏｒｎｖｏｎａｉｎｃａｅ
ＺＨＯＵＢｏ

一种主动式波浪补偿装置的设计与实现

控制起重机的起重索，实现对波浪运动的补偿。测距
系统安装在起重机副臂的前端，制器和液压阀组安控
装在操作室内。
起重索
ｏ
绞车
辅助电路用于各种控制命令的输入以及补偿系统各种工作状态的简单指示。
３２模糊ＰＤ控制器．Ｉ
士，主要从事船舶补给装备研究工作。
２８
液压与气动
２１０１年第８期
波浪补偿的目的就是使补给物资的着船速度与补
给船、收船的升沉速度无关，过保持相对平稳的着接通
接影响补偿效果的好坏。为满足实时性的要求，制控系统选用以ＰＡ７Ｘ２０处理器（Ｓ￣Ｘｃｅ架构）为核心的嵌入式系统，采用ＷｉＣ５０操作系统作为软件平台。并ｎＥ．控制系统原理如图３所示，主要由运动参数采集、算计单元、行处理和辅助电路等部分组成。执
ｌ位移传感器ｌ
重物
ｌ
ｌ曛
多换向路阀
波浪补偿起重机的控制系统是整个系统的核心，
而这个核心的灵魂则是补偿控制算法。本系统采用单变量二维模糊控制器ｌ，３其结构如图４所示，维控制Ｊ二器的两个输入变量分别为误差Ｅ和误差变化ＥＣ。ＰＤ参数模糊自整定就是找出ＰＤ的三个参数、、ＩＩＫ与Ｅ和Ｅｃ之间的模糊关系Ｊ运行时在模糊推理，

一种具有波浪补偿和防晃功能的船用起重机

一种具有波浪补偿和防晃功能的船用起重机
邱志成;赵明扬
【期刊名称】《工程机械》
【年(卷),期】1999(030)002
【摘要】船用特种起重机是指在海浪环境中进行起吊作业的专用起重机器人，其需要解决的主要问题是波浪运动的补偿和摆动的抑制。

本文针对此采用并串联结构机器人的理论和技术，提出了能实现海浪补偿与防晃一体化的起重机方案，对方案的机构原理、测量方法、控制方法和非对称液压缸的建模等都进行了具体的分析与论证。

最后得出结论：现有技术水平能够实现海浪补偿与防晃一体化，研制特种起重机是可行的。

本项研究的科学意义在于探索在海浪环境
【总页数】2页(P12-13)
【作者】邱志成;赵明扬
【作者单位】中国科学院机器人学开放实验室;中国科学院机器人学开放实验室【正文语种】中文
【中图分类】U664.43
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