水下作业装置直航状态水动力学研究

为了研究不同雷诺数对水下作业装置水动力特性的影响,采用RANS控制方程和RNG k-ε湍流模型对水下作业装置进行数值模拟。首先对SUBOFF潜艇进行了数值模拟,并与试验值进行比较,验证数值模拟的有效性和可靠性。研究在直航的状态下不同雷诺数对表面压力、涡量以及湍流动能的影响。数值模拟的结果表明,随着雷诺数增加,水下作业装置在迎流处表面压力增大,机械臂后涡量和湍流动能增大。研究结果可为水下作业装置的稳定性优化提供参考。

水下作业机器人滑模自抗扰控制方法研究

水下作业机器人浮游状态抗流作业过程面临流场强扰动、机械臂与本体内力耦合干扰、运动特性不确定等问题。本文提出一种基于线型扩张观测器的水下机器人滑膜自抗扰控制方法,该方法能够将复杂控制系统解耦为多个串联积分子系统,主要采用线性扩张观测器对作业机器人所受流场干扰因素进行自适应补偿。在此基础上,利用滑膜控制对系统参数摄动不敏感性,增强控制系统的抗干扰性能。最后,结合李雅普诺夫理论分析作业机器人有界稳定控制。仿真结果表明,本文提出的方法相比传统的滑模控制和自抗扰控制方法具有更好的动态跟踪和抗干扰能力。

3000 m水深多功能水下作业支持船有限元计算研究

本文利用有限元软件MSC.Patran和MSC.Nastran对3000 m水深多功能水下作业支持船的定位锚船体支撑件结构布置方案进行强度研究。通过CCS油船结构直接计算指南和钢质海船建造规范,对比MPC法和螺栓力施加法的计算结果,验证MPC法的可行性和准确性,并应用到拖带眼板的结构强度校核中。最后阐述了梁单元采用Cbeam单元较Cbar单元的优势,为结构直接计算校核工作提供优化方法。

水下作业臂架力学特性分析

为了打破国外对浅水采油设备的垄断,设计了国内首台用于替代人工进行水下井口、水下采油树作业的长臂架设备,以提高作业安全性和工作效率,适应复杂作业环境。本文借助DNV Sesam和ANSYS有限元分析软件对极限工况荷载作用下的臂架强度进行了联合仿真计算,并通过试验对极限工况下仿真计算结果进行了验证,结果表明:各臂架强度仿真结果与试验测试结果误差小于5.2%,即验证了仿真计算结果的有效性,对水下采油长臂架设备设计具有重要指导意义;对作业姿态下臂架强度和刚度进行了仿真计算,计算结果表明:臂架安全系数大于2.92,满足设计要求;臂架末端水平位移1.13米,横向位移3.32米,对末节臂架位移补偿提供了重要依据。

水下作业机械手软连接操作包

介绍了一种水下作业机械手软连接操作包。该操作包集成了水下机械手、上下补偿装置、减速机组件、晃动与旋转关节及控制箱等,不仅具备升降和旋转调节的功能,能够应对复杂和恶劣的工作环境,而且通过增设下放应力消除组件,使安装架在主轴的驱动下旋转,在下放和回收过程中,通过下放应力消除组件自适应地相对主轴进行晃动,从而实现安装架与主轴的软连接,进而能够完全自适应地消除海水对水下作业机械手操作包各部分产生的应力,有效地保护水下作业机械手操作包。

海水液压动力驱动的水下作业工具系统

对几种水下作业工具动力驱动方式的特点进行了分析比较,阐述了海水液压作业工具系统的优越性。介绍了海水液压作业工具系统的组成和工作原理。通过基础试验、理论分析及仿真研究,研制了额定工作压力为10 MPa(最高工作压力为14 MPa)的海水泵、海水液压马达、海水压力阀、海水流量阀等海水液压元件及水下作业工具系统,试验证明达到了设计要求。

海水液压驱动的水下作业工具系统

论文介绍了海水液压作业工具系统的工作原理、关键技术问题及样机和试验结果。该系统同电动、气动或油压工具相比,具有诸多独特的优势,在海洋开发、船舶工程等领域均有广阔的应用前景。

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法 ,该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计 ,在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵 ,并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性 ,为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。

海水液压水下作业工具

２１世纪人类将全面进入海洋开发时代，各种海洋水下工程都需要大量的水下作业。对体积小，重量轻、灵活方便、驱动功率又大、高效节能、与环境相容的水下作业工具将是现代水下作业的首选装备。本文在分析比较现有几类水下作业用机械工具特点的基础上，着重论述海水液压水下作业工具的突出优越性，并介绍近年来国际上关于海水液压水下作业工具的研究和发展情况，以供水下作业工具使用和研究开发工作者参考。

移动式海水液压水下作业工具系统

介绍了一种海水液压动力驱动的水下作业工具系统。该系统由电机或内燃机作为原动力,包括动力源、作业工具以及胶管总成等部分。作业工具包括由海水液压缸驱动的往复型工具和由海水液压马达驱动的旋转型工具。系统直接从海洋吸水,做功后直接排出系统,应用于水下作业时具有结构简单、效率高、自动压力补偿等突出优点,是水下作业的理想选择。该系统同样能以淡水作为工作介质,适用于陆地水源地附件和水面作业。该工具系统在海洋开发、河道工程、港口码头等领域均有广阔的应用前景。

海水液压水下作业工具系统的微生物污染和腐蚀

海水液压水下作业工具直接用海水作为工作介质 ,具有许多用油作介质所不可比拟的优点。然而 ,用海水作为工作介质也面临着许多挑战 ,微生物的污染和腐蚀即是其中之一。本文在分析微生物造成的危害的基础上 ,对现有的防止办法进行了分析和比较 ,并提出了防止水下作业工具系统生物污染和腐蚀的措施。

水下作业机具液压系统管路动态特性的简化建模

针对一种具有长管路的水下作业机具液压系统,根据管路及其流体传输特点,基于流体传输管路动力学理论建立了考虑管路效应的液压系统数学模型,探讨了管路阻抗模型及其参数的选择。对照充液管路的质量-弹簧-阻尼模型,采用频域模型降阶方法对原管路模型进行了简化,给出了简化模型的参数计算公式并进行了仿真分析,结果表明,得到的简化模型对原模型有很高的近似度,比原模型更便于工程应用。

核电站检修主从式水下作业机械手研究

研制了适用于核电站反应堆和乏燃料水池水下作业的六自由度同构型主从式水下机械手。建立了从机械手水动力学模型,针对主从式机械手具有的强非线性,设计了一种基于模糊PID控制的主从控制器。采用ds PACE半物理仿真平台,搭建了主从式机械手两关节测试系统,验证了主从实时跟随性,为水下作业机械手整机控制奠定基础。实验结果表明主从手关节角度跟随性好,主从手末端位置跟随过程形成的轨迹形状基本一致,大小成比例,证明模糊PID控制器能较好地实现主从轨迹跟随,满足位置伺服精度要求。

水下作业灵巧手水压驱动系统的设计与工程实现

鉴于水下作业灵巧手的特殊要求,匹配合适的驱动系统显得尤为重要。笔者详细阐述了水下作业灵巧手水压驱动设计,探讨了工程实现,在水下特定作业环境有着良好的应用前景;以此为基础,组建了水压伺服控制回路,构建了力控制系统。

水下作业安全生理信号实时监测设备研制

通过对水下作业人员生理信号的实时监测,可以使水面指挥决策人员及时了解水下作业人员的生理状况,从而提高水下作业的安全性。该文所研制的水下作业安全生理信号实时监测系统的主要特点包括:(1)使用光电传感器对生理信号进行采集,有效地减弱水对生理信号数据采集的影响;(2)数据通过水声通信技术进行无线传输,提高了水下作业人员的自由度;(3)生理、心理和预警分析部分集成在甲板单元上,将上传的生理信息数据结合历史数据进行统计分析与对比,能获得更高一级的预警信息或报警信息。所研制的原理样机系统已完成了水下测试,关键模块的有效性和可靠性已获得初步验证。

基于PC104和Vx Works的水下作业机械手控制研究

针对一台6自由度位置反馈自行更换工具液压驱动水下作业机械手系统,介绍了系统组成及原理,重点研究了其控制技术,采用PC104,基于VxWorks操作系统研制了一套嵌入式控制系统,进行试验并取得了良好的效果。

水下作业型ROV定深控制系统的设计

根据水下作业型机器人(remotely operated vehicle,ROV)作业任务需要,研制了自动定深控制系统及其控制方法。设计的ROV定深控制系统主要由深度传感器及检测系统、推进器控制分配器、姿态检测系统和中心处理器组成。建立了水下作业型ROV的运动学数学模型,并进行了单自由度解耦。根据ROV控制系统特点设计了模糊比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制方法。通过仿真实验和实际试验验证,所研制的控制系统性能可靠,可实现ROV的深度自动控制。

基于水下作业系统阻抗力控制水下目标定位

提出了基于水下作业系统阻抗力控制的水下矩形围壁定位方法。水下作业系统末端执行器跟踪期望运动轨迹,通过与水下矩形围壁环境表面接触力反馈信息的变化获得与环境接触的特殊点,计算得到矩形围壁环境相对水下作业系统的位姿。以带有三自由度机械手的水下作业系统为例进行水下矩形围壁目标表面恒力跟踪的计算机仿真,仿真结果表明定位方法可以很好的获得矩形围壁环境的位姿,控制策略具有很好的表面跟踪和力控制能力。

高压水射流与潜水员水下作业安全研究

从高压水射流技术在水下工程中应用及高压水射流的作用效应和伤害特征着手,分析影响水下高压水射流作业安全的因素,总结各国制订高压水射流作业的安全标准规程现状,提出制订我国水下高压水射流作业安全规程若干认识和设想。

水下作业工具系统

介绍了水下作业工具的组成、工作原理、结构等, 较深入地探讨了深水液压系统及水下工具的相关问题。