基于双吊点的救生艇艇钩系统的设计与研究

发布时间：2017-09-04 02:00

  本文关键词：基于双吊点的救生艇艇钩系统的设计与研究

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【摘要】：在现代高科技水平下,海上船舶仍会发生灾难。为保障船员的生命安全,救生艇作为主要的救生设备,在帮助船员脱离难船的过程中起着非常重要的作用。艇钩系统作为释放和回收救生艇之用,是救生艇的关键性部分。艇钩系统能否正常工作直接影响救生艇艇内人员的安全。目前,越来越多的海上船舶事故,倍受国际海事组织、船级社、港口国等关注和重视,国际海事组织于2013年生效了最新修正案。本文对基于双吊点的救生艇艇钩系统的相关技术进行了研究,解决了救生艇脱钩释放问题。本文在研究救生艇艇钩系统发展历程和国内外现状的基础上,根据现有艇钩系统存在的问题,结合最新修正案要求,提出了载荷过回转中心,具有无载和有载同步脱钩的总体方案。对系统进行结构设计,包括艇钩装置、操作装置和软轴。系统特点是吊环带有轴套,大大减小摩擦力及其力矩;装置内的扭簧具有自动复位功能,提高了系统工作的稳定性;侧板与吊环接触部位设计的曲面结构消除了救生艇载荷产生的阻力矩;易于拆卸,便于维护保养。系统设计合理,结构紧凑,安全可靠,具有创新性、实用性、科学性。利用Solid Works完成系统三维模型的建立,应用Hyper Mesh和ABAQUS软件分别对零件进行网格划分和求解,完成系统内关键零部件的结构分析及优化设计,得出零件的最大应力值和应力分布规律,验证系统的可靠性。为满足有限元分析需求,利用MATLAB与Solid Works相结合的方法建立齿轮齿条精确的三维模型。对吊钩进行优化设计,减轻其重量。建立系统的运动学和动力学数学模型,分析机构运动学和动力学特点。应用ADAMS进行运动仿真分析,得到机构的运动特性曲线,验证系统的可行性。相对于理论计算,ADAMS分析考虑到机构之间的接触等,更加贴近实际工况。最后完成系统运动的动画制作。结合修正案对系统试验的要求,对系统进行原理样机试验,包括倾斜试验、无载脱钩试验和有载脱钩试验。在倾斜试验过程中添加外界干扰,将系统横向左右倾斜20°,纵向左右倾斜10°,验证系统在高海况环境下是否意外脱钩。试验结果进一步验证系统结构设计的合理性及可靠性。
【关键词】：救生艇 艇钩系统 载荷过回转中心 无载和有载同步脱钩
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U667.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-23
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 系统发展历程及公约演变历史15-19
• 1.3 国内外现状19-22
• 1.3.1 国外发展现状19-20
• 1.3.2 国内发展现状20-22
• 1.4 本文主要工作内容及技术难点22-23
• 1.4.1 主要工作内容22
• 1.4.2 技术难点22-23
• 第2章 救生艇艇钩系统总体分析23-30
• 2.1 救生艇艇钩系统工作原理23-25
• 2.1.1 救生艇种类23
• 2.1.2 吊点形式23-24
• 2.1.3 脱钩方式24-25
• 2.2 艇钩系统应用场合25-26
• 2.2.1 配套救生艇25
• 2.2.2 工作海况25-26
• 2.3 现有典型艇钩系统缺陷分析26-29
• 2.3.1 重力释放式26-27
• 2.3.2 静水压力式27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 救生艇艇钩系统总体设计30-43
• 3.1 概述30
• 3.2 艇钩系统总体方案设计30-31
• 3.2.1 设计思路30-31
• 3.2.2 技术要求31
• 3.3 艇钩装置的结构设计31-36
• 3.3.1 承载部件31-33
• 3.3.2 复位部件33-34
• 3.3.3 防脱机构34-35
• 3.3.4 艇钩装置创新点35-36
• 3.4 操作装置的结构设计36-38
• 3.4.1 无载脱钩36
• 3.4.2 有载脱钩36-37
• 3.4.3 操作装置创新点37-38
• 3.5 传动软轴38-39
• 3.5.1 选型39
• 3.5.2 维护保养39
• 3.6 救生艇艇钩系统三维模型建立39-42
• 3.6.1 建模软件39-40
• 3.6.2 艇钩装置40-41
• 3.6.3 操作装置41-42
• 3.6.4 艇钩系统总装图42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 系统中关键零部件结构分析及优化设计43-59
• 4.1 有限元分析法基本理论43
• 4.2 吊钩结构分析及优化设计43-47
• 4.2.1 吊钩受力分析44-45
• 4.2.2 吊钩有限元模型45
• 4.2.3 载荷施加及求解45-46
• 4.2.4 后处理及结果分析46
• 4.2.5 吊钩优化设计46-47
• 4.3 侧板与吊钩连接件结构分析47-49
• 4.3.1 销轴受力分析47-48
• 4.3.2 有限元模型48-49
• 4.3.3 施加载荷49
• 4.3.4 结果分析49
• 4.4 有载脱钩驱动机构结构分析49-57
• 4.4.1 齿轮齿条参数化建模50-54
• 4.4.2 有限元模型54-55
• 4.4.3 接触的定义55-56
• 4.4.4 定义边界条件和施加载荷56
• 4.4.5 结果分析56-57
• 4.5 软轴校核57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 救生艇艇钩系统运动仿真分析59-83
• 5.1 虚拟样机技术59
• 5.2 仿真分析的计算方法59-65
• 5.2.1 建模基础59
• 5.2.2 运动学分析59-60
• 5.2.3 动力学分析60-61
• 5.2.4 静力学及线性化分析61-62
• 5.2.5 求解器算法62-65
• 5.3 救生艇艇钩系统数学模型建立65-70
• 5.3.1 运动学数学模型65-69
• 5.3.2 动力学数学模型69-70
• 5.4 艇钩装置运动仿真分析70-78
• 5.4.1 建模环境设置与模型导入70-71
• 5.4.2 软轴ADAMS模型71-73
• 5.4.3 设置材料属性和添加约束73
• 5.4.4 载荷和驱动的施加73-75
• 5.4.5 后处理与分析75-78
• 5.5 操作装置运动仿真分析78-82
• 5.5.1 模型导入与约束添加78
• 5.5.2 载荷和驱动添加78-80
• 5.5.3 后处理与分析80-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第6章 救生艇艇钩系统原理样机试验83-87
• 6.1 原理样机制造83
• 6.2 救生艇艇钩系统操作说明及保养83-84
• 6.3 试验内容84-85
• 6.3.1 倾斜试验84-85
• 6.3.2 无载脱钩试验85
• 6.3.3 有载脱钩试验85
• 6.4 艇钩系统脱钩释放过程85-86
• 6.5 试验结果及需要思考的问题86
• 6.6 本章小结86-87
• 结论与展望87-89
• 参考文献89-92
• 攻读学位期间发表的学术论文92-93
• 致谢93

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