船用起重机节能型绞车-缸升沉补偿系统研究

发布时间：2020-05-06 08:21

【摘要】：升沉补偿系统可以减少船体升沉运动对海洋作业的影响,近年来海洋工程领域蓬勃发展,升沉补偿系统的应用日趋广泛。按补偿装置分,分为绞车型升沉补偿系统和液压缸型升沉补偿系统。绞车型升沉补偿系统补偿范围广,但由于绞车惯性作用导致补偿精度不足;液压缸型升沉补偿系统控制精度高,但受液压缸行程的限制,导致补偿范围不足。为设计一种具有大行程、补偿精度高和节能的船用起重机升沉补偿系统,基于宏微复合控制理论,本文创新性的提出了一套绞车-缸联合升沉补偿的系统方案。其中绞车升沉补偿子系统用于大范围补偿,液压缸型升沉补偿子系统用于消除绞车补偿所带来的误差。绞车型升沉补偿子系统同时具备能量回收功能,用于回收负载的重力势能。(1)根据船用起重机升沉补偿系统的要求以及宏微复合控制理论,提出了一套绞车-缸升沉补偿系统的方案,确定了绞车型升沉补偿子系统和液压缸型升沉补偿子系统各元件参数并进行选型。(2)基于宏微复合控制的双反馈控制策略,确定了绞车-缸升沉补偿系统的总体控制框图。分别设计了绞车升沉补偿子系统和液压缸升沉补偿子系统的控制器。(3)搭建了绞车系统的仿真模型;利用HCD库搭建了负载敏感泵的仿真模型并仿真分析,通过与产品图对比,验证了负载敏感泵仿真模型的正确性;建立了采用负载敏感泵的阀控缸系统的仿真模型;利用Simulink搭建了PID与模糊PID控制算法的模型,与AMESim建立的阀控缸仿真模型进行联合仿真;搭建了整个绞车-缸升沉补偿系统仿真模型;搭建了带节流阀的绞车型半主动升沉补偿系统的仿真模型;搭建了采用定量泵供油的液压缸型升沉补偿系统的仿真模型。(4)利用搭建的绞车-缸升沉补偿系统的仿真模型对其进行仿真分析。分析了绞车单独补偿的控制效果,分析了不同绞车转动惯量对补偿精度的影响,分析了带节流阀的绞车型半主动升沉补偿系统仿真效果,对比了三种不同绞车升沉型补偿系统的能耗;分析了液压缸型升沉补偿子系统的控制效果,对比了采用负载变量泵和定量泵的两种液压缸型升沉补偿系统的能耗;分析了绞车-缸升沉补偿系统的控制效果,最终补偿精度为98.3%,能量回收效率为76%,均满足设计要求。
【图文】：

6图 1-7 力士乐主动升沉补偿绞车Figure 1-7 AHC winch of RexrothMacgregor 公司致力于生产和设计船用起重设备，尤其是在负载能用起重机上。2016 年生产的一款升沉补偿起重机如图 1-8 所示[8]实现升沉补偿，该绞车可以安装在甲板上或起重机上。主要用于

图 1-9 豪氏威马起重机液压缸式主动升沉补偿系统Figure 1-9 Huisman crane hydraulic cylinder type AHC system如图 1-10 所示为 ACE winches 公司为 A 框架型船用起重机设计的主动升绞车[10]。在该系统采用直驱泵控马达的方式，通过控制绞车的转速与方向来船运动对负载的影响。该绞车最大工作载荷为 12 吨，属于轻载补偿，但最大移可以达到 2 .5m，，最大补偿速度高达2.4m /s，该起重机可在及其恶劣的海业。在升沉补偿系统中采用闭式液压回路，相对于开式液压回路系统效率更
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.43

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本文编号：2650970