大容量光电复合缆储缆绞车设计(附件)【字数：10568】
摘 要摘 要近年来，随着人口的不断增长，陆地资源消耗过快，国家开始重视对这些丰富海洋资源的开发。目前我国对海洋资源的探测开发已逐步走向深海领域，为了方便对深海领域资源的探测，许多学者进行了水下探测系统的研究开发。在现实中对深海的探测以及海底物体船只的打捞工作都需要用到绞车，水下探测系统主要依靠机器人探测器进行水下作业，以实现水下探测系统的自动化，这样大大提高了水下检测的效率，具有重要的现实意义。绞车一般用于深海起重领域，主要由牵引绞车，储缆绞车，电复合缆、连接器、绞车、电机等部件组成，其中，储缆绞车与排缆绞车联系最为密切。机器人探测器在深海操作或执行任务期间均离不开绞车的收放，绞车要随时进行光电复合缆的收放以确保潜水器在水下不会因绞车收放系统的拖拉而影响工程进度。与此同时，在进行收放作业时我们要确保放出的缆绳不会因松弛问题而与海水中物体发生缠绕，从而使昂贵的光电复合缆发生损伤甚至断裂。为了减少工作时对光电复合缆的损伤，尤其在潜水器机器人与船同步航行作业时，确保缆绳不会因为外力的影响偏离原始位置，导致缆绳发生乱绳，从而对内层缆绳产生勒伤，我们对传统的储缆绞车进行了改进，在原有储缆滚筒的基础上设计了“篱笆式”的绳槽结构。其结构特征为直绳槽截面加上拐点，它有效地克服了缆绳缠绕在卷筒上在多层缠绕后乱绳的缺点，是缆绳在任何情况下工作都能保证整齐排列，这样最大限度的保证了缆绳的安全使用，也就延长了复合缆的使用时长。关键词: 储缆绞车；滚筒；绳槽；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 大容量光电复合缆储缆绞车国内外研究现状 2
1.3 本文结构及主要内容 3
第二章“篱笆式”绳槽储缆绞车的设计 4
2.1 储缆绞车的设计理念 4
2.2 滚筒的设计 5
2.2.1 基本的参数 5
2.2.2 滚筒主体结构 6
2.2.3 滚筒强度的计算 6
2.2.4 绳槽模型的建立 7
2.3电动机的选择与安装 9
第三章 结构件的有限元模拟载荷下的应力与变形 12
3.1 缆绳的张力分析 12
3.2实例验证 15
3.3 筒体压力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
和端板压力 16
3.3.1筒体压力 16
3.3.2端板压力 17
3.4 有限元分析 17
3.4.1 有限元建模 17
3.4.2计算结果 18
3.4.3方法比较 19
3.5模态分析 19
3.5.1变质量影响程度分析 20
3.5.2不同缠绕情况下模态结果比较 20
第四章 “篱笆式”卷筒绳槽的制作工艺 24
4.1“篱笆式”卷筒的绳槽制作方法 24
4.2“篱笆式”滚筒的市场前景 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
中国，拥有着960万平方公里的陆地和299.7万平方公里的海域，在这299.7万平方公里的海洋中，蕴含着丰富的海洋资源。譬如海洋生物、石油天然气、海底固体矿产、海洋动力资源、滨海砂矿资源等，充分开发利用这些丰富的海洋资源对我国加快海洋经济建设和强化现有自然资源有着重要的意义。近年来，随着人口的不断增长，陆地资源消耗过快，国家开始重视对这些丰富海洋资源的开发。目前我国对海洋资源的探测开发已逐步走向深海领域，为了方便对深海领域资源的探测，许多学者进行了水下探测系统的研究开发。水下探测系统主要由光电复合缆、连接器、绞车、配件等部件组成，主要依靠机器人探测器进行水下作业，以实现水下探测系统的自动化，这样大大提高了水下检测的效率，具有重要的现实意义。机器人探测器是由人工对其进行操作来完成一系列探测任务，而机器人探测器在水下操作则离不开绞车对光复合缆的收放。
2015年6月1日发生在长江的东方之星旅游客船倾覆事件，国家相关部门在对落水人员进行积极的打捞的过程中，由于现场天气恶劣，强风加上暴雨，导致救援工作受阻，在救援人员救出一部分落水人员后，工作人员将船体进行切割处理，最终进行较为复杂的救援。在对船体进行打捞时，是使用大型稳船用钢丝绳将船体进行固定，随后在进行反转扳正，最终将船体打捞出水。其中钢丝绳的收放设备就是绞车，一般应用于起重机上。
绞车要实现对光电复合缆的随时收放以保证潜水器在水下不会因绞车收放系统的拖拉而影响作业，也不会使放出的缆绳过于松弛而与海水中物体发生缠绕,导致昂贵的光电复合缆产生损伤。尤其在潜水器机器人与船同步航行作业时，由于光电复合缆收到水流过大的阻力，而需要较大拉力控制，以保证机器人的稳定运行工作，因此如果仍采用通用的储缆滚筒，则滚筒上各层光电复合缆的张力将随着船的航行速度、缆绳收放长度、海水的张力的变化而发生变化。当机器人进入深水作业时，缆绳会受到巨大的拉力，这样会导致缆绳脱离原本的位置，容易勒伤内层缆绳，造成巨大的经济损失。由此可见储缆绞车的设计不合理，将直接影响到整个作业的时间，同时也会使整个水下作业的成本提高。所以，光电复合缆储缆绞车的合理设计对水下工作显得尤为重要。
为了解决上述有缆潜水器机器人收放技术的难点，满足储缆绞车深水作业的要求，本文对传统储缆绞车的绳槽进行了改进，设计出一种“篱笆式”滚筒绳槽。“篱笆式”绳槽呈双折线型，其结构特征为直绳槽截面加上拐点。它能有效地克服缆绳缠绕在卷筒上在多层缠绕后乱绳的缺点，最大限度的保证了缆绳的安全使用，延长了复合缆的使用期限。这对机械工业的发展、减小工程材料的损耗、降低工程的成本以及提高操作过程的安全性有着重要的现实意义，在未来其必将取代传统的储缆绞车，获得更大的发展空间。
1.2 大容量光电复合缆储缆绞车国内外研究现状
储缆绞车主要由卷筒、绳槽、支架、电机等几部分构成，绞车的性能主要由绳槽决定。国外对储缆绞车绳槽的研究起源于上个世纪，其最初的储缆绞车绳槽是Lebus公司的创始人Frank.L.Lebus先生于1937年发明的折线绳槽，又称为“Lebus绳槽”，该绳槽的发明来自于Frank.L.Lebus先生对石油钻探设备上缆绳的观察。通过仔细的观察和研究，Frank.L.Lebus发现石油设备上的缆绳在卷筒上的缠绕并不均匀，这就导致了对缆绳的损害加重，使的缆绳的寿命大大减少。为了改善这种缆绳严重磨损的情况，他研究了缆绳的缠绕方式和绳槽的结构，发明了一种新的绳槽结构。这种新的绳槽结构将卷筒周围的区段分为两个部分，其中一大部分区段使其和法兰端面保持平行，而其余的很小的一部分区段使其和法兰端面相交，这样绳槽就会出现一次拐折，因此称为“折线绳槽”。这种绳槽在进行多层缠绕时，会使得缆绳在滚筒上只会出现一次交叉。后来，他将带有折线绳槽的滚筒重新放入石油钻探设备上进行实验研究，并取得了好的效果，为以后的绳槽研究发展奠定了基础。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 大容量光电复合缆储缆绞车国内外研究现状 2
1.3 本文结构及主要内容 3
第二章“篱笆式”绳槽储缆绞车的设计 4
2.1 储缆绞车的设计理念 4
2.2 滚筒的设计 5
2.2.1 基本的参数 5
2.2.2 滚筒主体结构 6
2.2.3 滚筒强度的计算 6
2.2.4 绳槽模型的建立 7
2.3电动机的选择与安装 9
第三章 结构件的有限元模拟载荷下的应力与变形 12
3.1 缆绳的张力分析 12
3.2实例验证 15
3.3 筒体压力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
和端板压力 16
3.3.1筒体压力 16
3.3.2端板压力 17
3.4 有限元分析 17
3.4.1 有限元建模 17
3.4.2计算结果 18
3.4.3方法比较 19
3.5模态分析 19
3.5.1变质量影响程度分析 20
3.5.2不同缠绕情况下模态结果比较 20
第四章 “篱笆式”卷筒绳槽的制作工艺 24
4.1“篱笆式”卷筒的绳槽制作方法 24
4.2“篱笆式”滚筒的市场前景 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
中国，拥有着960万平方公里的陆地和299.7万平方公里的海域，在这299.7万平方公里的海洋中，蕴含着丰富的海洋资源。譬如海洋生物、石油天然气、海底固体矿产、海洋动力资源、滨海砂矿资源等，充分开发利用这些丰富的海洋资源对我国加快海洋经济建设和强化现有自然资源有着重要的意义。近年来，随着人口的不断增长，陆地资源消耗过快，国家开始重视对这些丰富海洋资源的开发。目前我国对海洋资源的探测开发已逐步走向深海领域，为了方便对深海领域资源的探测，许多学者进行了水下探测系统的研究开发。水下探测系统主要由光电复合缆、连接器、绞车、配件等部件组成，主要依靠机器人探测器进行水下作业，以实现水下探测系统的自动化，这样大大提高了水下检测的效率，具有重要的现实意义。机器人探测器是由人工对其进行操作来完成一系列探测任务，而机器人探测器在水下操作则离不开绞车对光复合缆的收放。
2015年6月1日发生在长江的东方之星旅游客船倾覆事件，国家相关部门在对落水人员进行积极的打捞的过程中，由于现场天气恶劣，强风加上暴雨，导致救援工作受阻，在救援人员救出一部分落水人员后，工作人员将船体进行切割处理，最终进行较为复杂的救援。在对船体进行打捞时，是使用大型稳船用钢丝绳将船体进行固定，随后在进行反转扳正，最终将船体打捞出水。其中钢丝绳的收放设备就是绞车，一般应用于起重机上。
绞车要实现对光电复合缆的随时收放以保证潜水器在水下不会因绞车收放系统的拖拉而影响作业，也不会使放出的缆绳过于松弛而与海水中物体发生缠绕,导致昂贵的光电复合缆产生损伤。尤其在潜水器机器人与船同步航行作业时，由于光电复合缆收到水流过大的阻力，而需要较大拉力控制，以保证机器人的稳定运行工作，因此如果仍采用通用的储缆滚筒，则滚筒上各层光电复合缆的张力将随着船的航行速度、缆绳收放长度、海水的张力的变化而发生变化。当机器人进入深水作业时，缆绳会受到巨大的拉力，这样会导致缆绳脱离原本的位置，容易勒伤内层缆绳，造成巨大的经济损失。由此可见储缆绞车的设计不合理，将直接影响到整个作业的时间，同时也会使整个水下作业的成本提高。所以，光电复合缆储缆绞车的合理设计对水下工作显得尤为重要。
为了解决上述有缆潜水器机器人收放技术的难点，满足储缆绞车深水作业的要求，本文对传统储缆绞车的绳槽进行了改进，设计出一种“篱笆式”滚筒绳槽。“篱笆式”绳槽呈双折线型，其结构特征为直绳槽截面加上拐点。它能有效地克服缆绳缠绕在卷筒上在多层缠绕后乱绳的缺点，最大限度的保证了缆绳的安全使用，延长了复合缆的使用期限。这对机械工业的发展、减小工程材料的损耗、降低工程的成本以及提高操作过程的安全性有着重要的现实意义，在未来其必将取代传统的储缆绞车，获得更大的发展空间。
1.2 大容量光电复合缆储缆绞车国内外研究现状
储缆绞车主要由卷筒、绳槽、支架、电机等几部分构成，绞车的性能主要由绳槽决定。国外对储缆绞车绳槽的研究起源于上个世纪，其最初的储缆绞车绳槽是Lebus公司的创始人Frank.L.Lebus先生于1937年发明的折线绳槽，又称为“Lebus绳槽”，该绳槽的发明来自于Frank.L.Lebus先生对石油钻探设备上缆绳的观察。通过仔细的观察和研究，Frank.L.Lebus发现石油设备上的缆绳在卷筒上的缠绕并不均匀，这就导致了对缆绳的损害加重，使的缆绳的寿命大大减少。为了改善这种缆绳严重磨损的情况，他研究了缆绳的缠绕方式和绳槽的结构，发明了一种新的绳槽结构。这种新的绳槽结构将卷筒周围的区段分为两个部分，其中一大部分区段使其和法兰端面保持平行，而其余的很小的一部分区段使其和法兰端面相交，这样绳槽就会出现一次拐折，因此称为“折线绳槽”。这种绳槽在进行多层缠绕时，会使得缆绳在滚筒上只会出现一次交叉。后来，他将带有折线绳槽的滚筒重新放入石油钻探设备上进行实验研究，并取得了好的效果，为以后的绳槽研究发展奠定了基础。
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