【摘要】：目前各個(gè)國家都因資源減少的問題,引起了探索新型資源的熱潮。尤其是深海領(lǐng)域資源,用于探索不同深度的作業(yè)設(shè)備(如HOV、ROV潛水器),是目前使用最直觀、最尖端的水下技術(shù)設(shè)備。ROV、深海拖體等深海作業(yè)設(shè)備的布放工作模式一般分為兩個(gè)階段:一是深海設(shè)備通過承重絞車從母船上吊放至水下一定深度;二是通過臍帶纜或者光纖細(xì)纜配合水下設(shè)備進(jìn)行大深度的作業(yè),同時(shí)具有向水下設(shè)備提供動(dòng)力、向甲板單元傳輸實(shí)時(shí)信息的功能。如今人們已經(jīng)把目光投向于大洋深處,尤其是世界最深海溝—馬里亞納海溝。深海領(lǐng)域的不斷發(fā)展,促使研制水下設(shè)備的作業(yè)深度不斷增加、設(shè)備的功能要求不斷提高、配合絞車使用的帶纜長度和自身水下重量不斷增加、絞車卷筒上纏繞帶纜的層數(shù)不斷增加、帶纜承受張力的大小不斷增加。絞車在布放回收深海設(shè)備的過程中,容易在母船升沉運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)水下設(shè)備承受的牽引力和帶纜的張力過大、在卷筒上出現(xiàn)亂纜(空槽、咬纜、背纜)、夾纜,甚至出現(xiàn)帶纜崩斷、水下設(shè)備的丟失等不良現(xiàn)象�？傊�,絞車作為承載水下設(shè)備的核心設(shè)備,它能否適應(yīng)復(fù)雜的海況、滿足設(shè)備的使用要求、提供穩(wěn)定安全的作業(yè)能力、防止系統(tǒng)出現(xiàn)不良現(xiàn)象,直接關(guān)系到整個(gè)甲板系統(tǒng)和水下設(shè)備的正常運(yùn)行及工作人員的安全。對(duì)于深海絞車的使用,國內(nèi)外并沒有一套完整而有效的深海絞車系統(tǒng)。對(duì)于深海設(shè)備的使用深度來說,傳統(tǒng)絞車已經(jīng)無法滿足深海絞車作業(yè)的使用要求。針對(duì)深海設(shè)備在復(fù)雜工況下進(jìn)行定點(diǎn)作業(yè)的情況,本文開展了深海絞車吊放系統(tǒng)的研究,設(shè)計(jì)了一套完整的萬米級(jí)深海絞車體系,并對(duì)其關(guān)鍵核心系統(tǒng):布放回收系統(tǒng)、自動(dòng)排纜系統(tǒng)、升沉補(bǔ)償系統(tǒng)和減張力系統(tǒng)等進(jìn)行明確分工和技術(shù)研究。通過萬米級(jí)光纖細(xì)纜實(shí)現(xiàn)快速通訊功能,雖然重量輕、直徑微小,但具有承載部分張力的功能;通過布放回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶纜被動(dòng)放纜的功能和循環(huán)使用的特點(diǎn);通過自動(dòng)排纜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶纜整齊、有序的排列,并減輕人工勞動(dòng)、提高工作效率;通過升沉補(bǔ)償系統(tǒng)彌補(bǔ)母船不可控的升沉運(yùn)動(dòng),防止母船不可控運(yùn)動(dòng)對(duì)帶纜張力的影響;通過減張力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶纜以低張力的形態(tài)進(jìn)入卷筒,有效保證帶纜的均勻、整齊排列,防止出現(xiàn)亂纜、松纜等不良現(xiàn)象。本文重點(diǎn)圍繞萬米級(jí)光纖細(xì)纜開展對(duì)深海絞車成套系統(tǒng)的研制,詳細(xì)研究帶纜張力的控制,主要體現(xiàn)在主動(dòng)控制張力和被動(dòng)補(bǔ)償張力上,防止帶纜張力的瞬時(shí)增大,保證帶纜張力處于正常的工作形態(tài)�？紤]萬米級(jí)帶纜的重量,傳統(tǒng)的帶纜由于比重大將直接導(dǎo)致帶纜張力的明顯變化。本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一是采用比重小、直徑小的萬米級(jí)光纖細(xì)纜,通過細(xì)纜快速向水面發(fā)出通訊和提供深海設(shè)備的動(dòng)力,也具有承載張力的能力。考慮母船受到海上風(fēng)浪流的影響,會(huì)產(chǎn)生不同程度的縱搖、橫搖、垂蕩等現(xiàn)象,本文設(shè)計(jì)一種機(jī)械傳動(dòng)式升沉補(bǔ)償系統(tǒng),有效防止因母船不可控的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致帶纜崩斷、設(shè)備丟失的情況�？紤]絞車收放帶纜存在張力過大而產(chǎn)生嵌纜、夾纜和亂纜等問題,首次提出一種驅(qū)動(dòng)滑輪的減張力裝置,該裝置通過張力釋放,實(shí)現(xiàn)低張力狀態(tài)進(jìn)入卷纜。本文詳細(xì)介紹深海絞車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,闡述了深海絞車的工作原理、發(fā)展特點(diǎn)和性能要求,最終形成一套完整的深海絞車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案;介紹了復(fù)雜海況的基本參數(shù)、配合使用深海作業(yè)設(shè)備和微細(xì)帶纜的基本參數(shù)以及母船上整個(gè)甲板吊放系統(tǒng)的基本參數(shù)。在闡述減張力裝置作用原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合滑輪結(jié)構(gòu)不同布放形式,建立帶纜與驅(qū)動(dòng)輪之間的減張力關(guān)系特性,重點(diǎn)分析張力與滑輪摩擦包角、滑輪個(gè)數(shù)等參數(shù)間的影響關(guān)系。通過兩種模型數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)結(jié)果對(duì)比、分析和做出相應(yīng)的結(jié)論,驗(yàn)證了該裝置減張力的有效性,為深海絞車提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。綜上所述,本文著眼于一套完整的深海絞車體系,對(duì)配合萬米級(jí)細(xì)纜使用的深海絞車開展關(guān)鍵技術(shù)的深入研究工作,并研制新型升沉補(bǔ)償系統(tǒng)和減張力系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析和試驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了深海絞車多功能一體化的使用,為深海設(shè)備的研制和使用提供關(guān)鍵的核心技術(shù)保障。
【圖文】：

減速器；2 聯(lián)軸器；3 液壓馬達(dá)；4 液壓元件；5 控制箱；6 帶纜；7 升沉補(bǔ)8 張力傳感器；9 減張力裝置；10 喇叭口；11 自動(dòng)排纜裝置；12 卷筒圖 2-1 深海絞車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案Fig 2-1 Deep sea winch system overall structure design車卷筒和排纜機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動(dòng)控制光纖細(xì)纜的排纜，絞車卷筒每會(huì)帶動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)向前行進(jìn)一定的距離，這樣可以保證光纖細(xì)纜與絞離保持垂直，有利于均勻排纜。收纜時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑輪收在進(jìn)入該滑輪之前處于提升水下工作設(shè)備，具有很大的張力。光纖之間經(jīng)過多次纏繞，其摩擦力大大增加，使其排出纜的張力非常低纏繞時(shí)，張力處于很小的狀態(tài)，這樣既能保障光纖細(xì)纜在卷筒上整障纏繞滑輪組后張力處于放松狀態(tài)，有利于均勻排纜。海絞車正常工作時(shí)，人工對(duì)控制箱 5 進(jìn)行設(shè)定基本參數(shù)，調(diào)整整個(gè)式。由液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，通過液壓元件和機(jī)械裝置將液壓馬達(dá)的纜的提升力和補(bǔ)償張力。在帶纜配合水下設(shè)備回收布放時(shí)，隨著傳卷筒 12 的轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)排纜裝置 11 相應(yīng)做定向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)帶纜

槽、咬纜、背纜、夾纜等不良現(xiàn)象。同時(shí)在傳動(dòng)軸中安裝有制一步保證控制箱可以得到有效的數(shù)據(jù)，并做出精確的調(diào)整。4 深海絞車主要組成系統(tǒng)動(dòng)排纜裝置裝置主要作用是將布放回收的帶纜在絞車卷筒上進(jìn)行整齊而纜器的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和卷筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)處于同步狀態(tài)，保證帶纜等不良的現(xiàn)象。由于深海作業(yè)水下設(shè)備的收放帶纜較長，，如，帶纜在卷筒上的纏繞就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，甚至致使帶纜失效）雙向絲杠排纜機(jī)構(gòu)絲杠排纜是均勻設(shè)計(jì)的雙向螺紋，兩端的紋路交叉在一起形路”的形式，這種交叉形式可以有限實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向的作用，使上往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P715.1

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本文編號(hào)：2574276