铺管船用张紧器液压系统的设计与仿真
S型铺管船张紧器控制系统仿真试验台设计
S型铺管船张紧器控制系统仿真试验台设计李明婕;段梦兰;李慧;张玉来;吕博;叶茂;董朋光【摘要】Based on the working process and working environment of 2 000 kN tensioner,design and analysis of monitoring and control system are carried out.A set of semi-physical simulation device founded by a motor simulator and a control simulation system is built to simulate the waves as well as the constant tension controlling system.These research results would lay the founda-tion of further studies on mechatronic system of tensioner.This will improve the level of industri-alization for the tensioner for deep water pipelaying vessel.%以2000 kN张力的深水铺管船用张紧器为研究对象，结合其工作环境设计了张紧器的驱动系统和监控系统。
研制了张紧器控制系统的半实物仿真试验台，由电机试验台和电控系统试验台2部分组成，模拟波浪作用和电机的恒张力控制。
为深入研究张紧器的电控系统奠定了基础，可促进深水铺管船用张紧器的产业化。
【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P33-36,37)【关键词】铺管船;张紧器;控制系统;模拟试验【作者】李明婕;段梦兰;李慧;张玉来;吕博;叶茂;董朋光【作者单位】中国石油大学北京海洋油气研究中心，北京 102249;中国石油大学北京海洋油气研究中心，北京 102249;枣庄科技职业学院，山东枣庄 277500;中石化石油勘探开发研究院，北京100083;长江大学，湖北荆州 434023;中国石油大学北京海洋油气研究中心，北京 102249;胜利油田胜利动力机械集团有限公司，山东东营257032【正文语种】中文【中图分类】TE952在全球，海洋石油资源量占石油资源总量的34%［1］。
30t28m船用起重机液压系统的设计与仿真分析
30t/28m船用起重机液压系统的设计与仿真分析船用起重机是船舶自备的重要起重设备,其应用对我国远洋运输业的发展、海洋资源的开发以及海洋权益的维护具有重要意义。
液压传动以其独特的优势在船用起重机中的应用日益广泛,按照调速方式的不同,船用起重机液压系统有开式和闭式两种型式。
相比之下,闭式系统效率高,占用空间小,已逐渐成为船用起重机液压系统的主要应用型式。
目前,对于船用起重机闭式系统的综合分析并不多见,且与开式系统的性能比较往往局限于定性分析。
本文分别对30t/28m船用起重机开、闭式液压系统进行了设计及仿真分析,并以起升回路为基础,对其工作过程中启制动时液压系统的流量-压力特性、机械结构的振动冲击等综合性能进行了深入研究,为开、闭式液压系统的实际应用提供了重要参考依据。
设计了30t/28m船用起重机闭式液压系统,对起升、补油控制回路进行了计算选型,完成了液压系统的结构设计。
将起升机构等效为三质量二自由度系统,建立了机械结构和液压系统相耦合的起升系统数学模型,并在仿真平台AMESim中建立了起升回路的仿真模型。
针对船用起重机在最大工作幅度28m,起吊额定载荷30t时系统的静动态特性进行了仿真分析,得到了系统的主要特性曲线。
结果表明：采用闭式液压系统不仅有效提高了系统效率,降低了机械结构的振动冲击,还能对吊重的势能进行回收。
以起升系统为基础,进一步建立了包括变幅、回转及补油控制回路在内的闭式液压系统仿真模型,并对船用起重机在某个典型工作周期内各回路的工作特性进行了仿真分析,得到了系统的综合特性,并分析了各回路之间的性能差异。
在船用起重机机械结构不变的基础上,设计了相应的负载敏感开式液压系统；建立了起升回路的数学模型及仿真模型；并在与闭式系统相同工况下进行了仿真分析。
结果表明：采用负载敏感的开式系统能使泵的输出功率与负载相适应,且调速性能良好；但在系统效率以及功率回收等方面与闭式系统相比存在较大差异。
上述成果对船用起重机开、闭式液压系统的选用以及系统的设计与试验具有重要的参考价值。
一种系泊设备自动张紧装置液压控制回路的改进设计
５ 结束语 电流变液是一种新型智 能材料 ， 在工程控制 中具 有广阔的应用前景 ， 如在减振器、 离合器 、 液压阀、 机器 人手臂、 电源开关、 阻尼器等诸多方面都有广泛的应用。
２１ ０ １年第 ｌ ２期
液压与 气动
舶 的稳定系泊 。另外 ， 当船舶需泊岸时 ， 希望其艏艉绞
摘 要 ： 文针对 船舶 系泊设 备 中的 自动张 紧装置在 使 用过程 中出现 的 问题 ， 该 分析 其 液压控 制 回路 的 工 作原 理 ， 出了一种 改进设 计的 方法 。通过 实船验 证 ， 改进 设 计 实现 了 系泊 工作 的稳 定 进行 ， 高 了生 产 提 该 提
效率 。
车 同步工作 ， 以利定 位 系泊 。为此 ， 一般 在 系 设 备 的 自
控制器上增设 自动张紧装 置 ， 在某 型船舶 的使用过程 中 ， 自动张 紧装 置存在 一定 的问题 ， 原 需要 对原 装置 液
压 控 制 回路 进 行改 进 ， 以提高 船舶 系泊 的稳 定性 。
２ 原 装置 控 制 回路分析
９ ８
一
液压 与 气动
２１ ０ 第 ｌ １年 ２期
种 系泊设 备 自动 张 紧装 置液 压 控 制 回路 的改进 设 计
程立兵 ， 甘正林 ，陈 念
Ｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｄ ｓｇ ｆ ａ ｔ ｍａ ｉ ｅ ｓｏ ｅ ｉｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｈ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｅ ｉｎ ｏ ｕ ｏ ｔ ｔ ｎ ｉｎ ｄ ｖ ｃ ｙ ｒ ｕ ｉ ｃ ｃ
学学士 ， 主要从事 甲板机械方面的设计 、 工艺和售后管理工作 。
＊ ＊ ＊ ＊ ｛｝ ＊ ＊
时， 系泊缆绳会被拉紧， 紧时会使缆绳崩断 ； 过 当船泊
铺管船用张紧器液压系统的设计与仿真的开题报告
铺管船用张紧器液压系统的设计与仿真的开题报告一、研究背景及意义铺管船是一种专门用于海洋油气勘探和开发的船舶。
在海洋中铺设管线是油气资源输送的主要手段之一。
而铺管船则是铺设海底管线的主要工具之一。
在铺设管线的过程中，极其依赖于多种设备和系统，其中张紧器液压系统是极其重要的一个。
张紧器液压系统可以对管线进行张紧，在海浪、海流等环境因素的影响下可以保证管道的保持平稳，从而保证送气、输油等的正常运行。
因此，铺管船用张紧器液压系统的设计和仿真研究对于保证海底管线铺设的成功及后续油气勘探生产的正常进行具有重要意义。
二、研究内容及方法本文主要研究铺管船用张紧器液压系统的设计和仿真。
研究内容包括以下方面：1.铺管船用张紧器液压系统的设计，包括系统的主要组成部分和结构、系统的参数设计和计算等。
2.使用ANSYS等仿真软件，对铺管船用张紧器液压系统进行仿真计算，并对仿真结果进行分析和验证。
3.对仿真结果进行评估和优化，优化铺管船用张紧器液压系统设计的参数和结构，提高系统的稳定性和可靠性。
研究方法主要包括：1.研究文献资料法：对铺管船用张紧器液压系统的相关文献进行调研、分析和总结，对系统的设计和仿真方法进行研究。
2.计算机辅助设计法：使用CAD等设计软件，对铺管船用张紧器液压系统进行设计，进行系统参数的计算和分析。
3.仿真技术和数据分析法：利用ANSYS等仿真软件，对系统进行仿真计算，并对仿真数据进行分析和优化。
三、预期成果和意义预期成果包括：1.铺管船用张紧器液压系统的设计方案和计算、仿真过程设计。
2.针对张紧器液压系统的仿真计算，在不同条件下进行仿真，分析仿真结果，并进行优化。
3.优化的张紧器液压系统设计方案，该方案参数能保证系统在不同海况下稳定性高、可靠性强。
预期意义包括：1.对铺管船用张紧器液压系统的设计和仿真进行研究，为保证海底管线铺设成功以及后续油气勘探生产的正常进行提供了理论依据和技术支持。
2.优化铺管船用张紧器液压系统的设计和参数，提高系统的稳定性和可靠性，可以降低铺设管线的成本和提高铺设效率。
铺管船张紧器主框架结构优化设计
铺管船张紧器主框架结构优化设计
付利;张棣;徐兴平;张辛;王言哲
【期刊名称】《中国海上油气》
【年(卷),期】2014(026)005
【摘要】以铺管船张紧器为研究对象,对张紧器的工作原理进行了分析,建立了张紧器主框架结构优化分析的模型.使用有限元软件ANSYS结构优化模块对某铺管船张紧器主框架进行了结构优化,张紧器主框架钢材用量从原设计的1.483 m3下降到了0.489 m3,节省67％,极大地减轻了张紧器的质量;同时,优化后的安全系数仍达3.29,能够满足海上铺管作业的要求.本研究中所使用的优化思路和优化方法可以作为海上工程设备设计的基础,对平衡海上施工的经济性与安全性具有指导意义.【总页数】5页(P96-100)
【作者】付利;张棣;徐兴平;张辛;王言哲
【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司;海洋石油工程股份有限公司;中国石油大学(华东)机电工程学院;中国石油大学(华东)机电工程学院;中国石油大学(华东)机电工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.S型铺管船张紧器控制系统仿真试验台设计 [J], 李明婕;段梦兰;李慧;张玉来;吕博;叶茂;董朋光
2.海洋铺管船用张紧器履带机构运动学分析 [J], 孙亮;张仕民;杨树松
3.海洋铺管船用张紧器整体吊装可靠性分析 [J], 李宝宗;郭志平;张超;王连磊;张士
民
4.铺管船用张紧器链轨张力计算方法以及张紧端受力的研究 [J], 王学军;陈赋秋;曹洪鹏;曹雪
5.铺管船用张紧器张紧系统分析 [J], 张俊亮;王晓波;林立;赵东岩;钟朝延
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CAD中的液压系统设计与流体力学仿真
CAD中的液压系统设计与流体力学仿真液压技术是现代工程中不可或缺的一部分，广泛应用于各个领域，如机械制造、航空航天、汽车等。
为了确保液压系统的正常运行和优化设计，使用CAD软件进行液压系统设计和流体力学仿真是非常重要的。
在CAD软件中，设计液压系统可以实现各个部件的三维建模，例如液压泵、阀门、油箱等。
设计液压系统时需要注意各个部件之间的连接方式和位置关系，这对于系统的工作效果和性能有着重要影响。
首先，在CAD软件中建立一个新的文件，选择三维建模模式。
然后，选用适当的工具开始建模，例如使用“画线”工具或“绘制立方体”工具来绘制液压系统的各个部件的三维模型。
建模时需要考虑各个部件的尺寸和形状，以及它们之间的连接方式。
例如，液压泵和液压马达之间通常使用油管连接。
此外，还需要考虑各个部件之间的位置关系，以确保液压系统的正常工作。
建模完成后，还可以在CAD软件中添加各个部件的真实材料属性，例如密度、粘度等。
这些参数对于流体力学仿真非常重要，可以确保仿真结果的准确性。
在进行流体力学仿真前，需要设置仿真的条件和边界条件。
例如，液压泵的流量和压力，以及管道的尺寸和材料属性等。
在CAD软件中，可以通过添加“流体域”或“流体体积”来定义仿真区域。
仿真过程中，需要选择适当的数值计算方法和求解器，以及设置仿真的时间步长和精度。
这些参数对于仿真结果的准确性和计算效率有着重要影响。
完成设置后，可以开始进行流体力学仿真。
CAD软件会根据所设定的条件和边界条件对液压系统进行数值计算，并给出相应的仿真结果。
这些结果包括液压泵和马达的流量和压力分布、油管的速度和压力损失等。
通过分析仿真结果，可以评估液压系统的工作效果和性能。
如果存在问题，可以在CAD软件中进行修改和优化。
例如，可以调整油管的直径，改变阀门的开度等，以改善系统的效率和响应性能。
总之，CAD软件可以帮助工程师设计和优化液压系统，并进行流体力学仿真。
在使用CAD软件进行液压系统设计和仿真时，需要合理设置各个部件的尺寸、位置和连接方式，以及设置相应的流体力学仿真条件和边界条件。
基于LabVIEW的船用张紧器仿真平台研究
基于LabVIEW的船用张紧器仿真平台研究摘要：张紧器作为海底管道铺设的重要设备，其动态行为对管道铺设有着直接的影响。
本文以铺管起重船“海洋石油201”张紧器为研究对象，针对实船张紧器恒张力控制的特点，给出了张紧器仿真平台的软硬件设计方案。
最后进行了仿真平台的功能测试，结果表明仿真平台达到对张紧器工作过程的动态模拟。
关键词：张紧器；虚拟仪器；恒张力控制DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.09.1401 引言在深海油气田开发过程中，海底管道是海洋石油天然气运输的重要渠道，张紧器则是完成该项作业的关键设备，它负责将已焊接好的管道夹紧并控制其下放入水，此过程要求张紧器能够实现恒张力控制[1-3]。
本课题是根据国家科技重大专项深水铺管起重船及配套工程技术课题的子课题：深水铺管起重船作业视景仿真技术研究而制定的研究计划[2，3]。
论文根据铺管作业中张紧器工艺流程，设计和开发出一套能够动态模拟实船张紧器工作的仿真平台，并对仿真平台进行功能性分析[4]。
2 仿真平台总体方案2.1 仿真平台硬件设计方案本仿真平台主要用于模拟“海洋石油201”船用张紧器的实际作业，以达到对张紧器操作员的培训功能。
仿真平台的硬件结构如图1。
2.2 仿真平台软件设计方案张紧器仿真平台软件由人机交互界面模块、数据接口模块、张紧器仿真模块、数据采集与处理模块、数据存储模块组成。
仿真平台软件结构图如图2。
3 仿真平台软硬件设计3.1 硬件设计（1）张紧器控制台台体。
张紧器控制台是连接张紧器主控服务器与外围的仿真设备、向铺管仿真作业发送控制命令和管理张紧器动态行为从而保证铺管作业正常运行的重要设备。
（2）数据采集卡。
数据采集卡将外界信号输入至计算机并被计算机所利用[5，6]。
最终选取研华数据采集卡PCI-1751和PCI-1711。
（3）张紧器主控服务器。
张紧器主控服务器是整个仿真平台最核心的部分，其主要功能是在LabVIEW开发环境下开发出一套能够模拟张紧器作业且能反映其动态行为的应用软件。
铺管船用张紧器张紧系统分析
!技术讨论#铺管船用张紧器张紧系统分析3张俊亮1 王晓波2 林 立1 赵东岩2 钟朝延2(11中国石油大学(北京) 21海洋石油工程股份有限公司) 摘要 铺管船用张紧器是海洋铺管船的关键设备,张紧器张紧系统是张紧器保持管线恒张力的保证。
介绍了国内外铺管船用张紧器张紧系统现状,并加以分析,指出铺管船用张紧器张紧方式为在浅海采用螺旋夹紧、马达驱动,在深海采用液压缸夹紧、交流伺服电动机驱动。
通过仿真,液压夹紧缸在快进、工进、保压、快退阶段均能达到系统要求;交流伺服电动机通过恒转矩的输出,在液压缸夹紧的前提下,对管线进行恒张力控制。
分析结果表明,液压夹紧系统和电动机驱动系统满足系统的工作需要,系统稳定可靠。
关键词 铺管船 张紧器 张紧系统 夹紧 驱动 仿真引 言随着科学技术的进步和人类对海洋石油资源认知水平的不断提高,海洋石油天然气开发已成为世界石油工业的热点和科技创新的前沿。
海洋管道是最重要的海洋石油天然气运输渠道,海洋铺管设备也随着海洋油气开发的深入不断发展。
铺管船用张紧器是铺管的关键设备,张紧力的大小对管线铺设深度有直接影响,张紧器张紧系统实现管线恒张力控制。
在铺设过程中,管道受自重、浪、流的影响,承受较大的弯曲应力,且弯曲应力不断变化。
为了使管道弯曲应力小于材料的屈服极限,确保管道不被破坏,用张紧器进行送管并实时调整管道的张紧力,使管道的张力基本恒定不变,始终保持在允许的范围内[1]。
随着海洋勘探开发从浅海走向深海,铺管深度从150m到3000m[2],张紧器张紧系统中夹紧方式也由最初的半自动刚性夹紧发展为全自动柔性夹紧。
国内外张紧器张紧系统状况目前,我国拥有4台铺管船用张紧器:从美国进口3台,自主研发1台。
3台进口张紧器分别配套在滨海106号、109号和蓝疆号铺管船上。
其中,蓝疆号铺管船配套的张紧器最为先进,单台最大张紧力为7101982kN(7215tf),采用螺旋压紧装置夹紧管线,液压马达实现管线的输送。
海洋铺管船用张紧器的总体设计
张紧器总体结构包括压紧机构 、履带机构 、驱 动系统 、支架和底座 、张力传感系统等 5部分 , 下 面分别介绍这 5部分的设计方案 。
11 压紧机构 压紧机构通过履带总成向管子提供正压力 , 是 决定张紧力大小的关键部分 , 它通过垂直对称布置 的 4个液压缸将管子夹持在 2个履带中间 。结构原 理简图如图 1所示 。 21履带机构 履带机构由若干链轨节组成 , 链轨节之间用紧 锁销轴和销套连接 。每个链轨节外侧连接有 V 形 履带板 , 履带板上安装有橡胶缓冲垫块 , 用于加大
图 3 电动机控制原理框图
(1) 恒功率调速 在上履带夹紧管道后 , 电 动机开始工作 , 上位机 PAC 实时对比实际张紧力 与设定初始值的差值 , 通过现场总线发送指令给变 频器 , 变频器调节电动机速度 , 直到差值在允许的 范围内 。
(2) 恒转矩调速 实际测量到张紧器张力达 到要求后 , 提高转速 , 以提高铺管速度 , 这一过程 同样需要实时监视张紧力 , 张紧力达到要求后立即 转入恒功率调速 。
张紧器部分零部件的三维设计图
损 。因此 , 除了要求履带有良好的结构外 , 还要求 它有足够的强度 、刚度和耐磨性 , 但质量还应尽可 能轻 [ 4 ] 。每 条 履 带 总 成 由 履 带 板 、链 轨 节 (左 、 右 ) 、密封圈 、履带销轴和轴套等组成 , 图 6 为履 带部件的三维设计图 。
摘要 为了提高我国海洋管道铺设能力 , 特别是深海管道铺设能力 , 在简要介绍国内外铺管 船用张紧器的应用情况之后 , 对海洋铺管船用张紧器进行了国产化研究 。经反复研究和论证 , 确 定了海洋铺管船用张紧器的基本参数 、总体结构方案和总体控制系统方案 。最后给出了张紧器部 分零部件的三维设计图 。
铺管船用张紧器液压系统的设计与仿真
➢ 保压阶段：
夹紧缸在较长时间内保持对管线的夹紧力处 于一定范围内。通过蓄能器补偿因为泄漏造 成的夹紧力减小，当夹紧力减小到设定的最 小值时，系统对蓄能器充压。
➢ 快退阶段：
铺管完毕或者需要弃管时，上履带在液压缸 的带动下向上运动，放松管线。这个过程是 液压缸克服上履带框架及其附件自重，活塞 杆缩回的过程。上升到合适位置时停止并保 持在当时位置。
➢适合环境条件 水深≤3000m
夹紧结构
导向杆
液压缸
机架 履带总成
导向杆 液压缸 管
履带总成的径向伸缩式悬挂机构简图
夹紧液压系统
➢张紧器液压系统的主要功能是驱动上履 带上下运动，并为管线夹紧提供所需径 向压力。
➢张紧器恒张力的实现离不开液压系统， 是张紧器的关键部分之一 。
张紧器夹紧液压系统工况分析
➢ 控制时序
➢ AMESim简介：
法国IMAGINE公司推出的一个高级建模仿真 软件，它为流体动力机械、热力学、电磁学、 控制工程等系统提供了一个完善的综合仿真 环境。具有丰富的模型库，用户可以应用模 型库的子模型搭建系统，对于库里没有的子 模型，用户可以利用AMESim提供的超级元
件根据实际物理结构来构建自己的子模型。
展望
➢ 系统模型的建立并没有根据某一种具体型号 元件的性能参数，对系统及各个元器件的动 态性能没有进行深入研究；系统状态检测传 感器选择、安装位置有待确定；另外液压系 统自动控制部分有待研究。
谢谢！
➢ 比例调速阀模型
➢ 液压系统AMESim模型
➢ 快进
系统压力
比例调速阀控制信号
➢ 快进
液压缸位移
速度
➢ 工进
系统充压
➢ 工进
夹紧力
一种张紧装置液压系统的设计
文章编号:1674-9146(2016)11-0066-02张紧装置是皮带机运输系统不可缺少的组成部分,其作用是使皮带产生一定的张紧力,以满足静态启动和动态运行要求。
可伸缩皮带机的张紧装置通常采用绞车———液压缸张紧装置,结构布置原理见图1,其中绞车2用于预张紧,满足静启要求,张紧液压缸4和蓄能器5用以保持张力、满足皮带机正常运行要求[1]由于静摩擦力的存在,故皮带机启动时所需克服的静摩擦力为最大负载阻力,或启动时皮带的负载张力最大。
启动后经过短暂过渡进入到正常运行阶段,这时皮带的张力迅速降低,由于各种不确定阻力和工况的变化,张力在一定范围内波动,通常认为波动符合正弦规律(见图2)。
1液压系统设计图3为大波幅张力控制液压系统原理图,其基本原则是:当正常运行的皮带机的张力下降到临界打滑张力F C时(控制相应压力为P C),液压系统立一种张紧装置液压系统的设计朱育林收稿日期:2016-08-29;修回日期:2016-10-08作者简介:朱育林(1965-),男,湖北襄樊人,副教授,主要从事机械设计及理论研究,E-ma il:wwzh12201@。
(空军第一航空学院基础部,河南信阳464000)4—张紧液压缸;5—蓄能器;6—滑轮;7—钢丝绳;8—活动小车;9—张紧滚动;10—皮带图1绞车-液压缸张紧装置结构原理图图2张力压力周期示意图F,F m1—油箱;—粗滤油器;—液压泵;—电动机;5,15—压力表;6—单向阀;7—精滤油器;8—先导(主)溢流阀;9—三位四通手动换向阀;10—液压锁;11—副溢流阀;12—压力继电器;13—蓄能器;14—单向节流阀;16—张紧液压缸;17—滑轮组件图3张紧液压系统. All Rights Reserved.即供液并达到静启动张力。
这种设计方案虽然在理论上不是很先进,但系统设计简单,成本较低,对厂家的销售有利[2-3]。
该液压系统工作原理如下:启动电动机4和液压泵3,使手动换向阀9处右工位,张紧液压缸16活塞杆外伸,并处完全伸出状态;再启动张紧绞车进行张紧,当钢丝绳上额定张力F m 达到皮带机张紧要求时,将张紧绞车锁紧,这时先导式溢流阀8处溢流状态;使手动换向阀9处左位,液压泵3输出的部分压力油液经单向阀6、精滤油器7、手动换向阀9、双向液控单向阀(液压锁)向蓄能器13供液以储存液压能。
铺管船用张紧器主梁结构优化设计
铺管船用张紧器主梁结构优化设计摘要：张紧器是海洋铺管的关键设备，张紧器主梁性能对铺管作业起着至关重要的作用。
目前国内有关张紧器的设计研究较少，本文对电动张紧器主梁进行结构设计，并在此基础上利用ANSYS有限元软件进行优化研究，进而得出了通用性较好的张紧器主梁。
关键词：铺管船张紧器结构设计优化设计海上开采出的油气主要通过海底管线输送到陆地，先进可靠的海底管线铺设技术越来越显得重要。
铺管船用张紧器是铺管船法铺设海洋管道的关键设备。
主要作用有两个方面：一是起固定管线的作用，使得船上的焊接作业得以进行；另一方面是起到保持管线恒张力的作用，使得铺管船在潮涨、潮落和受风浪等作用升沉和摇荡时，使管线张力保持在允许值范围内，避免管线超过许用应力而遭到破坏[1]。
履带系统主梁是张紧器设备中重要部件，主梁装置对张紧器设备的整体性能的发挥十分重要，因此主梁是张紧器设计的重点一、优化模型的建立优化分析就是将系统转换成带有设计变量的数学模型，从数学理论上讲就是将设计构造成一个约束非线性规划问题。
张紧器优化问题可以归于约束非线性规划问题。
对于约束非线性规划问题，在有限元方法中是根据约束变分原理采用罚函数法将其转化成求修正泛函的驻值问题[2]。
1.设计变量及目标函数的选取对于张紧器主梁来说，其优化设计选取质量为设计目标，对于给定外形尺寸的主梁来说，质量住院起哦取决于主梁各板的厚度，设各板的厚度为（），用向量表示为（1）目标函数可以表示为（2）式中，为材料的密度，为各板的厚度，为对应厚度板的面积。
2.约束条件及计算方法为保证主梁能够安全可靠的工作，需满足强度、刚度、稳定性的要求，为此可以建立以下约束条件。
应力约束条件为：刚度约束条件为：变量的取值边界条件为：式中和分别为为结构中最大应力和最大变形量；和分别为为许用应力值和许用变形量；为各板厚度。
采用罚函数法是引入权因子，把带有约束条件的约束函数加给目标函数，形成广义的增广函数，即[3]（3）式中，为约束条件的函数。
铺管船用张紧器张紧系统分析
关键词 铺 管船 张 紧器 张紧 系统 夹 紧 驱动 仿 真 套在 滨 海 １６号 、１９号 和 蓝 疆 号 铺 管 船 上 。其 ０ ０
引
言
中 ，蓝疆 号铺 管 船 配套 的张 紧器 最 为先进 ，单 台最
大 张紧力 为 ７０ ９２ｋ （２５ｆ ，采 用 螺 旋 压 紧 １． ８ Ｎ ７ ． ）
和改进特别是橇装配注站的研制成功和不断完针对以上工艺技术要求新世纪机械制造有限善工艺性能指标的保障能力得到了长足进步达公司做了深入的调研设计和厂内试验完成了总到了国际先进水平为各油田通过三次采油工艺提体方案设计通过了甲方严格审查和认可
维普资讯
石 油
机
械
２０ ０ ８年
富的设计 、制 造经 验 ，张 紧器最 大张 紧力 的大小 可 根 据用户 要求进 行 设计 ，各 公 司张紧器 的 张紧 系统
各 有不 同 ，Ｒ ＭＡ Ｕ Ｅ Ｃ Ｔ公 司 的张 紧器 张 紧 系统 多 采
机构安装在上部可升降的动框架上 ，动框架 由电动 机驱动的 ４ 个螺旋压紧装置使其上下运动 ；下履带 驱 动机 构安 装 在下 部 固定框 架 上 ，电动 机 驱动 ４个 螺 旋压 紧装 置 ，提 升动 框架 和上 履 带板 ，把 管线 穿
人 上下 履带 板 中 间后 ，再 反 向旋 转 螺杆 ，使 动框 架 带 动上 履带 板 等部件 下 降压 紧在 管线 上 。在铺 管过
国 内外 张 紧 器 张 紧 系 统 状 况
目前 ，我 国拥 有 ４台铺 管 船用 张 紧器 ：从 美 国 进 口 ３台 ， 自主研 发 １台。３台进 口张 紧器 分 别 配
￥ 基金项 目：国家 ８３项 目 “ ６ 深水海底管道铺设技术” （ ０ ６ Ａ ９ ０ ） ２ ０ Ａ ０ Ａ１５ 。
液压系统设计的仿真研究与实践
液压系统设计的仿真研究与实践一、引言液压系统作为机械传动领域中较为重要的一种传动方式之一，在工业、航空、军事、农业等众多领域都有着广泛的应用。
液压系统设计的关键在于确保系统稳定性和可靠性，这需要液压系统设计师具有扎实的液压学理论基础和丰富的实践经验。
现代科技的不断发展，仿真技术的广泛应用为液压系统设计带来了一次全新的改革。
本文旨在通过液压系统仿真技术的研究和实践，探讨液压系统仿真技术在设计中的应用以及其优势。
二、液压系统设计的仿真技术液压系统是由液压元件、执行元件、控制元件、液压传动介质等组成的一个动力传动系统。
传统的液压系统设计通常是通过阻抗匹配和经验公式，从经验角度进行推算、计算。
但这种方式的计算精度较低，液压系统设计师会遇到大量的试验过程和修改流程。
在现代化的制造业和设计工作中，设计师们不再满足于此，开始尝试利用计算机仿真技术进行设计和验证。
液压系统仿真技术是一种基于计算机的液压系统设计软件，通过数值计算的方法，将各种物理量以图形化方式展现出来进行模拟，是一种快速分析液压系统的有效工具。
液压系统仿真技术的应用可以帮助液压系统设计师在设计前，先进性的分析和优化设计方案。
在设计完成后，还可以进一步进行系统的仿真验证和优化，从而确保液压系统的运行稳定和可靠性。
三、液压系统仿真技术的优势液压系统仿真技术在液压系统设计中的优势主要有以下几个方面：1.提高设计效率液压系统仿真技术可以高效地进行液压系统模型建立、仿真计算，从而节约工作时间，提高工作效率。
设计师可以通过高度集成的工作界面快速地生成系统图、参数设定、流程控制等，大大提高了设计效率。
2.优化设计方案液压系统仿真技术可以模拟出液压系统在运转过程中各种物理量的影响，可以通过改变系统结构、液压元件参数以及各级控制策略等因素，优化设计方案。
3.降低试验成本试验成本通常是液压系统设计中的一个重要因素，制造商需要花费很多成本进行试验。
而采用液压系统仿真技术，可以在计算机中进行系统的仿真验证，不仅可以大大降低试验成本，还可以避免试验不合格带来的经济及时间损失。
张紧器液压夹紧系统稳定性分析及试验研究
要 求液 压 系统具 有 良好 的静 态特 性 和动态特 性 。液压 系 统 中的 冲击 、 动 、 震 噪声 等均 由于液 压系统 动态 特性
Ｇ
２１ ０ ２年 第 ６期
液 压 与 气动
５ ０ ４ ５ ４ ０
３ ５ ３ ０ ２ ５ ２ Ｏ １ ５ ｌ ０ Ｏ
４ ７
下行 和上行 阶段 的压力变化情况 如图 ３ 图 ４所示 。 、
ｌ ０８ ５ ．７ ０７ ０ ．５ ０６ ５ ．２ １ ０８ ５ ．７ ０７ ０ ．５ ０６ ５ ．２
ｌ㈤ 摹
ｓ＝１ｓ （ ＋ ） ｓ （ ） Ａ（ ＋Ａ ｓｌ） ３ Ｖ） Ｐ ） （
ＡＰ （ ）＋Ｆ Ｓ 。ｓ （ ）一Ｐ （ ） ２＝ （ ２ＳＡ ｍｓ＋Ｂ） （ ） （ ） Ｖ Ｓ ４ 液 压夹 紧缸 在运 行 阶段 ， 载 Ｆ 恒定 、 出压 力 负 输
４ ６
液 压 与 气动
２ １ 第 ６期 ０ ２年
张 紧 器 液 压 夹 紧 系统 稳 定 性 分 析 及 试 验 研 究
李丽云 ，张俊 亮 ，曹海燕 ，张艳勋 ，张志平
Ｓ ａ ｉｉ ａｙ ｉ ｎ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌＳ ｕ ｉｓ ｏ ｄ ａ ｌｃ ｔ ｂ ｌ ｙ Ａｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｅ ｆＨｙ ｒ ｕ ｉ ｔ Ｃｌｍｐ ｎ ｙ ｔ ｍ ｏ ｅ ｓｏ ｅ ａ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ ｆ ｒＴ ｎ ｉｎ ｒ
Ｕ ｉｙ ｎ，Ｚ Ｌ —ｕ ＨＡＮ Ｊ ｎｌ ｎ ，Ｃ ｉ ａ Ｇ ｕ — ａ ｇ ＡＯ Ｈａ— ｎ，Ｚ ｉ ｙ ＨＡＮＧ Ｙａ —ｕ ｎｘ ｎ，Ｚ ＨＡＮ Ｚ ｉｐｎ Ｇ ｈ —ｉｇ
（ 中原油 田采油工程技术研究院 ， 河南 濮 阳 ４ ７ ０ ） ５０ １
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➢ 快进阶段：
管线没有夹紧时，张紧器上履带快速向下运 动。这个过程的主动力是上履带框架及其附 件的自重，而液压系统的作用是防止上履带 下降速度过快，在履带和管线接触时对管线 产生较大的冲击，造成管线及张紧器部件的 损坏。
➢ 工进阶段：
张紧器上履带接触到管线，液压缸低速下降， 夹紧管线直到夹紧力达到要求的大小。这个 过程起主要动力的是夹紧缸。缸活塞杆的伸 出速度不宜太快，以免造成管线损坏。夹紧 力大小由系统油压决定。
课题介绍
➢ 我国张紧器技术还不成熟，1996年确立了 “滩海铺管船用张紧器”的研究课题， 1998年在胜利滩海油田进行了样机工业试 验，性能基本满足要求。
➢ 国外张紧器技术比较成熟，美国Westech, 荷兰SAS，意大利REMACUT公司等。
课题介绍
REMACUT
Power Dynamics LLC
➢适合环境条件 水深≤3000m
夹紧结构
导向杆
液压缸
机架 履带总成
导向杆 液压缸 管
履带总成的径向伸缩式悬挂机构简图
夹紧液压系统
➢张紧器液压系统的主要功能是驱动上履 带上下运动，并为管线夹紧提供所需径 向压力。
➢张紧器恒张力的实现离不开液压系统， 是张紧器的关键部分之一 。
张紧器夹紧液压系统工况分析
➢ 控制时序
➢ AMESim简介：
法国IMAGINE公司推出的一个高级建模仿真 软件，它为流体动力机械、热力学、电磁学、 控制工程等系统提供了一个完善的综合仿真 环境。具有丰富的模型库，用户可以应用模 型库的子模型搭建系统，对于库里没有的子 模型，用户可以利用AMESim提供的超级元
件根据实际物理结构来构建自己的子模型。
➢ 快退
速度
位移
➢ 同步性仿真分析
位移差=0.069m 简化模型
➢ 同步性仿真分析
位移差=0.0062m 改进模型
➢ 结论
论文详细分析了张紧器夹紧结构、要实现的 功能、工作各阶段的状态，完成了液压系统 的设计计算。采用AMESim软件对设计的液 压系统进行建模仿真，从而在不制造出物理 样机的情况下验证了方案的可行性，根据仿 真结果初步确定了系统工作参数范围和操作 步骤。
➢ 保压阶段：
夹紧缸在较长时间内保持对管线的夹紧力处 于一定范围内。通过蓄能器补偿因为泄漏造 成的夹紧力减小，当夹紧力减小到设定的最 小值时，系统对蓄能器充压。
➢ 快退阶段：
铺管完毕或者需要弃管时，上履带在液压缸 的带动下向上运动，放松管线。这个过程是 液压缸克服上履带框架及其附件自重，活塞 杆缩回的过程。上升到合适位置时停止并保 持在当时位置。
课题介绍
➢ 海洋石油工程计划研制一套与3000m水 深铺管船相配套的恒张力张紧器，研究 解决恒张力张紧器的关键技术，并制造 出可供实际使用的样机。
课题介绍
设计该张紧器的液压系统，使张紧器能达到 的技术指标和水平为：
➢单机最大张紧力 300 t
➢适合管径
4～60 英寸
➢最大铺管速度 40 m/min
展望
➢ 系统模型的建立并没有根据某一种具体型号 元件的性能参数，对系统及各个元器件的动 态性能没有进行深入研究；系统状态检测传 感器选择、安装位置有待确定；另外液压系 统自动控制部分有待研究。
谢谢！
铺管船用张紧器 液压系统的设计与仿真
➢课题介绍 ➢液压系统设计 ➢AMESim建模仿真 ➢结论与展望
课题介绍
➢ 随着海洋石油开采的发展，பைடு நூலகம்求对深海石 油的开采技术的进一步发展
➢ 铺管船用管线张紧器是与铺管船相配套的 必要且关键设备
➢ 张紧器的作用：夹紧管线，并且使管线的 张紧力保持在一定的范围内
➢ 比例调速阀模型
➢ 液压系统AMESim模型
➢ 快进
系统压力
比例调速阀控制信号
➢ 快进
液压缸位移
速度
➢ 工进
系统压力
比例调速阀控制信号
➢ 工进
夹紧缸油压
蓄能器充压
➢ 工进
夹紧力
速度
➢ 蓄能器保压
1-使用蓄能器 2-禁用蓄能器
是否使用蓄能器保压的夹紧力曲线
➢ 快退
系统压力
泵输出流量