基于三自由度稳定平台的海上廊桥结构设计研究
发布时间：2021-01-09 14:59
随着海洋资源开发设施与设备相关研究的逐步深入,海上廊桥作为一种重要的海上人员换乘通道,受到了越来越多的重视。在实际的海上环境中,由于存在着海风、海浪等多种因素的干扰,小型的海上设施与绝大部分航行的船舶会出现横摇、纵摇与垂荡的情况,这会对一些仪器的工作产生影响,也会为施工的人员带来安全隐患。本文围绕具备波浪补偿能力的海上廊桥系统开展了相关研究。通过比较国外现有廊桥产品与国内相似产品,分析廊桥的工作环境与组成要素,设计了一种基于三自由度稳定平台的廊桥装置,使用SolidWorks软件进行整体结构与组成部件的三维建模;利用反向求解的方式对廊桥进行运动学建模、分析与求解,通过ADAMS软件建立了设计廊桥的运动学模型并进行运动仿真加以验证;对设计的廊桥进行选材,并对整体部件进行受力与形变的有限元分析,验证了其承载能力与抗形变能力符合相关规范要求。获得了如下的结论:（1）设计了一种新型的海上廊桥结构,能够满足实际的需求同时还具有体积小、质量轻且成本低廉的优点。（2）对所设计廊桥进行了运动学分析,通过反向求解简化运算获得了运动方程,并使用ADAMS进行仿真校验,获得了相关的运动解与工作空间。（3）对...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１船舶的六自由度运动??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｉｘ?ｄｅｇｒｅｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍ?ｍｏｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｉｐ??
最为严重的是六种运动中的前三种，Ｓ［］：橫尧纵摇与垂荡［９］，其中橫摇与纵摇对航行??中的船舶影响最甚［１Ｇ］。目前运送需要进行登台作业人员的工作船舶或多或少都配有运动??补偿装置，为工作人员提供一定的抗橫尧纵摇的能力，以方便他们进行施工或者登台??作业。现如今的陀螺稳定平台（Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ－Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ?Ｐｌａｔｆｏｒｍ?）?［１１］技术相对成熟，己经比??较广泛地应用于船载的稳定平台上，一般用于给高稳定性要求的仪器创造出一个相对平??稳的工作环境。陀螺平台的原理大致如图１．２所示：??稳定平面???＾?横？角??Ａ??图１．２两轴稳定陀螺稳定平台??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｗｏ－ａｘｉｓ?ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ?ｇｙｒｏ?ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??通过轴承将惯性元件与多个环架组合在一起，通过具有陀螺特性的高速转子保证平??台在发生位置旋转变更时的稳定性能。图示这种两轴的稳定平台属于最常见的船舶补偿??平台之一，但是只补偿橫摇与纵摇带来的影响并不能很好地完成运动补偿，由于升沉方??向上的运动也是影响船舶航行、工作人员进行各类作业的一大因素，因此对于用于人员??在船舶与船舶或者船舶与海洋平台之间进行转移的廊桥装置来说，升沉方向的补偿能力??是一项必须具备的性能。??本文主要设计了一种海上廊桥运动补偿装置，并对其进行了相关分析。所设计的海??上廊桥是基于３－ＵＣＲ?（虎克铰－圆柱副－旋转副）并联平台的廊桥系统，属于船载自稳定??平台的一种，能够在海上建立一个拥有３种自由度方向补偿能力的安全通道，从而确保??人员的安全。廊桥的一端固定在平台上与船体相连，另一端搭接在目标船舶或者海洋平??
换乘方式具有的最大优势就是运输速度快，由于省去了船舶靠近目标海上??设施或者其他船舶的时间所以人员换乘的时间被大大缩短了，同时也规避了在人员换乘??时波浪对人员造成的影响，安全性能较高。但是这些的前提是建立在所乘坐的船舶与目??标海洋平台或者目标船舶都具有直升机停机坪的情况下的，但是除此之外，使用直升机??进行人员换乘也有诸多问题：例如使用直升机的成本极高、能够胜任海上工况进行人员??换乘与物资运输的直升机数量并不多、直升机维护、驾驶等等都需要专业人员参４完成??等等［１４］。??图１．３使用机停机坪的换乘方法?图１．４悬吊换乘方法??Ｆｉｇ．?１．３?Ｕｓｅ?ｔｈｅ?ｈｅｌｉｐａｄ?ｔｏ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｅｔｈｏｄ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｅｔｈｏｄ??而在由于一些因素导致没有办法满足人员换乘的双方都具备直升机停机坪的场合??时，如果有…方拥有停机坪而另一具备悬吊换乘平台，则可以使用直升机悬吊换乘的方??法进行人员换乘。但是使用这种方法进行物资的与运输人员换乘的数量十分有限，而且??危险性极高，受到海风的影响十分严重。针对这种危险，有相关学者对此进行过分析，??Ｔ．?Ａ．?Ｓａｍｏｓ就对已经发生过的相关事件进行过了分析调查。在其的论文中就说明了欧??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS有限元技术的储罐设备分析[J]. 丁振兴. 机械工程与自动化. 2019(02)
[2]船舶与海洋平台碰撞的动力响应研究[J]. 袁培银,刘俊良,雷林,赵宇. 舰船科学技术. 2018(03)
[3]谈管桁架在大空间建筑中的应用——以某游泳跳水训练馆为例[J]. 周煜,褚作勇. 安徽建筑. 2017(06)
[4]论我国深海工程装备的发展与海洋强国的崛起[J]. 李震,王佳红. 海洋开发与管理. 2016(01)
[5]模块化医院船伤员换乘系统设计[J]. 王洵,沈俊良,夏志方,汤建良. 医疗卫生装备. 2015(02)
[6]波浪补偿技术现状和发展趋势[J]. 王哲骏,谢金辉,高剑,邓智勇. 舰船科学技术. 2014(11)
[7]试论海洋钻井平台技术现状与发展[J]. 田野,宋扬. 科技与企业. 2014(11)
[8]基于MATLAB的海浪及船舶横摇仿真模型研究[J]. 刘鹏,籍艳,漆随平,王东明,宋文杰,孙佳. 山东科学. 2012(06)
[9]3-RPS并联机构运动与静力特性分析[J]. 郑魁敬,崔培,郭海军. 机械设计. 2011(09)
[10]3-RPS并联机构正解快速数值算法[J]. 韩方元,赵丁选,李天宇. 农业机械学报. 2011(04)
硕士论文
[1]具有波浪补偿功能的海上换乘舷梯设计与仿真[D]. 徐佳.哈尔滨工程大学 2018
[2]高频六自由度并联机构的分析及结构参数优化[D]. 李荣祖.哈尔滨工业大学 2014
[3]3-PPR平面并联机构的运动学和动力学性能研究[D]. 高晓雪.中北大学 2014
[4]船舶液压稳定平台的设计与分析[D]. 李伟.大连海事大学 2010
本文编号：2966874
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．?１船舶的六自由度运动??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｉｘ?ｄｅｇｒｅｅ?ｏｆ?ｆｒｅｅｄｏｍ?ｍｏｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｈｉｐ??
最为严重的是六种运动中的前三种，Ｓ［］：橫尧纵摇与垂荡［９］，其中橫摇与纵摇对航行??中的船舶影响最甚［１Ｇ］。目前运送需要进行登台作业人员的工作船舶或多或少都配有运动??补偿装置，为工作人员提供一定的抗橫尧纵摇的能力，以方便他们进行施工或者登台??作业。现如今的陀螺稳定平台（Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ－Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ?Ｐｌａｔｆｏｒｍ?）?［１１］技术相对成熟，己经比??较广泛地应用于船载的稳定平台上，一般用于给高稳定性要求的仪器创造出一个相对平??稳的工作环境。陀螺平台的原理大致如图１．２所示：??稳定平面???＾?横？角??Ａ??图１．２两轴稳定陀螺稳定平台??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｗｏ－ａｘｉｓ?ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ?ｇｙｒｏ?ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??通过轴承将惯性元件与多个环架组合在一起，通过具有陀螺特性的高速转子保证平??台在发生位置旋转变更时的稳定性能。图示这种两轴的稳定平台属于最常见的船舶补偿??平台之一，但是只补偿橫摇与纵摇带来的影响并不能很好地完成运动补偿，由于升沉方??向上的运动也是影响船舶航行、工作人员进行各类作业的一大因素，因此对于用于人员??在船舶与船舶或者船舶与海洋平台之间进行转移的廊桥装置来说，升沉方向的补偿能力??是一项必须具备的性能。??本文主要设计了一种海上廊桥运动补偿装置，并对其进行了相关分析。所设计的海??上廊桥是基于３－ＵＣＲ?（虎克铰－圆柱副－旋转副）并联平台的廊桥系统，属于船载自稳定??平台的一种，能够在海上建立一个拥有３种自由度方向补偿能力的安全通道，从而确保??人员的安全。廊桥的一端固定在平台上与船体相连，另一端搭接在目标船舶或者海洋平??
换乘方式具有的最大优势就是运输速度快，由于省去了船舶靠近目标海上??设施或者其他船舶的时间所以人员换乘的时间被大大缩短了，同时也规避了在人员换乘??时波浪对人员造成的影响，安全性能较高。但是这些的前提是建立在所乘坐的船舶与目??标海洋平台或者目标船舶都具有直升机停机坪的情况下的，但是除此之外，使用直升机??进行人员换乘也有诸多问题：例如使用直升机的成本极高、能够胜任海上工况进行人员??换乘与物资运输的直升机数量并不多、直升机维护、驾驶等等都需要专业人员参４完成??等等［１４］。??图１．３使用机停机坪的换乘方法?图１．４悬吊换乘方法??Ｆｉｇ．?１．３?Ｕｓｅ?ｔｈｅ?ｈｅｌｉｐａｄ?ｔｏ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｅｔｈｏｄ?Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｅｔｈｏｄ??而在由于一些因素导致没有办法满足人员换乘的双方都具备直升机停机坪的场合??时，如果有…方拥有停机坪而另一具备悬吊换乘平台，则可以使用直升机悬吊换乘的方??法进行人员换乘。但是使用这种方法进行物资的与运输人员换乘的数量十分有限，而且??危险性极高，受到海风的影响十分严重。针对这种危险，有相关学者对此进行过分析，??Ｔ．?Ａ．?Ｓａｍｏｓ就对已经发生过的相关事件进行过了分析调查。在其的论文中就说明了欧??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS有限元技术的储罐设备分析[J]. 丁振兴. 机械工程与自动化. 2019(02)
[2]船舶与海洋平台碰撞的动力响应研究[J]. 袁培银,刘俊良,雷林,赵宇. 舰船科学技术. 2018(03)
[3]谈管桁架在大空间建筑中的应用——以某游泳跳水训练馆为例[J]. 周煜,褚作勇. 安徽建筑. 2017(06)
[4]论我国深海工程装备的发展与海洋强国的崛起[J]. 李震,王佳红. 海洋开发与管理. 2016(01)
[5]模块化医院船伤员换乘系统设计[J]. 王洵,沈俊良,夏志方,汤建良. 医疗卫生装备. 2015(02)
[6]波浪补偿技术现状和发展趋势[J]. 王哲骏,谢金辉,高剑,邓智勇. 舰船科学技术. 2014(11)
[7]试论海洋钻井平台技术现状与发展[J]. 田野,宋扬. 科技与企业. 2014(11)
[8]基于MATLAB的海浪及船舶横摇仿真模型研究[J]. 刘鹏,籍艳,漆随平,王东明,宋文杰,孙佳. 山东科学. 2012(06)
[9]3-RPS并联机构运动与静力特性分析[J]. 郑魁敬,崔培,郭海军. 机械设计. 2011(09)
[10]3-RPS并联机构正解快速数值算法[J]. 韩方元,赵丁选,李天宇. 农业机械学报. 2011(04)
硕士论文
[1]具有波浪补偿功能的海上换乘舷梯设计与仿真[D]. 徐佳.哈尔滨工程大学 2018
[2]高频六自由度并联机构的分析及结构参数优化[D]. 李荣祖.哈尔滨工业大学 2014
[3]3-PPR平面并联机构的运动学和动力学性能研究[D]. 高晓雪.中北大学 2014
[4]船舶液压稳定平台的设计与分析[D]. 李伟.大连海事大学 2010
本文编号：2966874
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