自升式海洋平台齿轮齿条升降系统的动力学特性研究(附件)【字数：11642】
升降装置是组成自升式海洋平台的关键部分。升降装置安装在平台主体和桩腿的交接处，它的作用是实现海洋平台主体在桩腿之间的上下来回相对运动、或者是把海洋平台主体固定在桩腿的某一高度位置。自升式海洋平台的升降系统在平台升降过程中承担整个平台的大部分重量和工作载荷，它的性能对平台的正常工作起着非常重要的作用[1-2]。目前在国外最为先进的升降系统是齿轮齿条式升降系统，该升降系统具有对井位准、升降灵活、和可连续升降等优点。本文研究的齿轮齿条传动系统机构是升降系统核心组成部分，它的结构安全的重要程度不言而喻。鉴于此，本文基于Pro/E和Adams针对设计出的升降装置模型进行仿真运动及动力学分析，对升降装置的六小齿轮与齿条啮合进行动态接触分析，对齿轮齿条进行仿真后，进入solver模块，可以得到小齿轮转速、小齿轮和齿条接触的径向力、切向力。通过Pro/E建立三维模型虚拟样机的设计和Adams动力学仿真分析的方法，更容易将问题解决在设计阶段，节省现实设计经费，缩短设计周期。关键词齿轮齿条；升降装置； Pro/E三维建模； 动力学仿真
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2我国自升式海洋平台发展概况 2
1.3自升式海洋平台市场发展历程与现状 4
1.4自升式海洋平台未来发展趋势 5
第二章 自升式海洋平台齿轮齿条升降模型的建立 8
2.1 PRO的建模基础 8
2.2齿轮参数化模型建立 9
2.3模型装配 14
第三章 ADAMS的理论基础 17
3.1 ADAMS的仿真基础 17
3.2 ADAMS接触理论 19
第四章 齿轮齿条升降系统的动力学分析 22
4.1 运动分析 22
4.2 数据转换 23
4.3仿真环境与材料的设置 23
第五章 仿真结果与分析 29
5.1径向接触力曲线 30
5.2切向力接触曲线 30
5.3小齿轮速度曲线 31
5.4小结 31
总结 32
致谢 33
参考文献 34 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2我国自升式海洋平台发展概况 2
1.3自升式海洋平台市场发展历程与现状 4
1.4自升式海洋平台未来发展趋势 5
第二章 自升式海洋平台齿轮齿条升降模型的建立 8
2.1 PRO的建模基础 8
2.2齿轮参数化模型建立 9
2.3模型装配 14
第三章 ADAMS的理论基础 17
3.1 ADAMS的仿真基础 17
3.2 ADAMS接触理论 19
第四章 齿轮齿条升降系统的动力学分析 22
4.1 运动分析 22
4.2 数据转换 23
4.3仿真环境与材料的设置 23
第五章 仿真结果与分析 29
5.1径向接触力曲线 30
5.2切向力接触曲线 30
5.3小齿轮速度曲线 31
5.4小结 31
总结 32
致谢 33
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第一章 绪论
1.1研究背景
能源作为人类生活和社会发展的坚实基础，是促社会经济增长和人类进步的重要保证。石油、天然气、煤炭，被人们称之为“工业的血液”，既是重要的能源，又是不可缺少的战略物资，在工农业生产，国防军事和人们的日常生活中有着主导的作用，为社会工业化大生产和人类社会的发展做出了不朽的贡献[13]。随着时间的流逝，对于陆地上的煤炭，石油，天然气等常规能源来说，它们的采量和开采时间不仅有限，而且还很容易造成恶劣的环境污染，破坏生态环境。因此，在目前能源短缺和造成环境污染的社会压力之下，全球陆地上的石油及天然气资源的供应已经开始满足不了社会发展的需求，而地球上储存着的的石油资源与天然气资源大部分都是在海洋周围，为了解决社会能源短缺的现状，保证工业生产、农业生产、运输业等各种经济领域的正常运行，现在世界各国在海上找石油、天然气的、勘测工作不断扩大，寻找石油、天然气的范围正在由横向向纵深发展，沿海国家将海底油气资源的勘探开发已成为日常重要的经济活动内容。海洋资源的开发受到人们的极大的重视，到目前为止，除去极少数环境恶劣的海域以外，全球范围内海上能源的储量基本已经被探明。全球80%的石油被储藏在深海域，北冰洋也是拥有巨大储量的天然气。
海洋储存着大量的石油和天然气，然而海洋钻井平台成为人类向海上勘探石油和天然气的重要工具，海洋钻井平台世界范围内受到了备受关注。由于海洋环境恶劣，油气的勘探开发受到影响，为此人们加大力度研究海洋钻井平台，于是在未来的几十年里海洋钻井平台得到了飞速发展，过去传统的平台，设备技术和探井方式已经远远不能满足人们向更深的海域和环境更恶劣的环境的需求。逐渐的，人们将目光转向更深的海域，更复杂的地质层以及更远的海域。自升式海洋平台也因为其自身的功能和特点，被人们选择为油气勘探的设备。自升式海洋平台具有海里移动方便、拖航时稳定性良好要求的、升降灵活、着底强度高的特点，而且易于在海上修建、适应环境的范围广等特点，自升式海洋平台成为人们在海上勘探油气首选的工具[45]。
1.2我国自升式海洋平台发展概况
海上石油的勘探发最早源于1887年，直到20世纪40年代后期，海上油气的勘探才被分为新的一个领域，海上石油工程逐渐被人们认识。最初海上石油的挖掘工具是非常简单，所用的平台都是固定式平台，钻井技术和钻井装备只离海岸比较近比较容易开采的石油的地方开采。随着工业化的加强，油气资源作为战略物资显得尤其重要。1960年，美国等以西方为主的发达国家在海上勘探油气的能力在装备上技术上都达到了很高的层面，在美国等国家的带领下，各国也纷纷涌入海上石油的勘探事业。海上勘探油气的装备及技术也随着各国投资海洋油气开采事业得到很大的提升，海上钻井平台的总类样式也发生了巨大的改变。现在世界上最先进的钻井平台可以说能适应海上各种恶劣的环境，在适应水深和钻井水深方面也到前所未有的发展状态。
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图1.1 海洋平台分布图
相比较而言，因为我国以前工业基础不足，受到海上勘探开发的装备、技术等条件的限制，我国海洋油气勘探事业起步比较晚。我国海洋油气的勘探工作开始起源于20世纪60代中期，但是我国借鉴于发达国家的设备与技术，我国在海上油气的勘探开发的发展比较迅猛，自我国完成了1966年第1座固定式海洋钻井平台的建造，从这个时候开始，我国开始了一系列海上钻井平台的研发和修建工作，直到接近20世纪，我国首座半潜式钻井平台的建成，标志着我国海洋平台的建造方面才地跟上了世界的步伐，截至2005年，中国石油集团、中国海洋总公司、中石化掌握我国大部分的海洋油气勘探的设备，但是大部分都只能浅海域工作。近几年来我国加大了海洋平台的投资力度，我国在海洋平台建造方面取得了很好的成果，自2006年以来，我国的海洋平台就增加了30座，平台的质量也得到很大的提升，平台适应水深的能力、钻井水深的深度、在作业时的稳定性、灵活性等各种性能也得到很大的改进。按照我国海上油气勘探事业的发展进度来看，我国将在不久的将来挤进世界上一流的水平。
海洋平台发展至今涌出了许多类型，自升式海洋平台是当今世界上建造的并且投入使用最多的海洋平台，该平台由平台本体和升降装置及桩角组成，自升式海洋平台因其自身稳定性好、移动灵活、具有足够的强度，它在所有的平台类型中拥有的特点和性能刚好适应现在海洋油气勘探开发的环境的要求，成本适中，相比而言，它比其他类型的平台更让人接受[6]。但是自升式海洋平台也有自许多不足之处，该船体不易拖航、定位不准以及作业水深有一定的限制。当前，估计就是自升式海洋平台发展的顶峰时刻，所有的海洋平台中，自升式海洋平台在数量上占达60%以上。当前，我国拥有该类平台17座，其中13座平台的作业水深不超过90m。
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