某油缸式主动波浪补偿系统的动态特性分析.pdf

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1、第46卷第6期船海工程VoI．46No．62017年12月SHIP＆0CEANENGINEERINGDee．2017某油缸式主动波浪补偿系统的动态特性分析刘俊，覃刚，肖开明，任建辉(武汉船用机械有限责任公司，武汉430084)摘要：基于AMSim仿真平台建立包括液压元器件、气动部件、机械传动部件，以及控制算法在内的油缸式主动波浪补偿系统的机液耦合仿真模型，分析被吊货物质量、吊重钢丝绳长度、主动波浪补偿模式开启时刻，MRU传感器误差等因素对主动波浪补偿吊机补偿系统动态特性的影响，结果表明，在控制方式和外界条件相

2、同的条件下，而货物质量不同时，补偿响应速度和精度的差别很小；钢丝绳长度对补偿精度的影响可以忽略；从非波浪补偿模式切换至波浪补偿模式时，在升沉运动的零位置切换至主动波浪补偿模式切换更平稳快速；提高MRU传感器和气瓶压力传感器精度对补偿精度有利。关键词：油缸；主动波浪补偿；动态特性；系统仿真中图分类号：U664．4文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)06-0155-04由于风浪流的作用，在深海安装作业的母船会产生升沉及横向和纵向的运动。为保证深海吊装的安全作业，需要采用主动波浪补偿技术来补偿由母

3、船升沉、纵摇和横摇的合成运动而产生的母船定点吊载物件的升沉运动⋯。应用于深海起重机的主动升沉补偿系统一般分为油缸式补偿和绞车式补偿2种J。主动波浪补偿系统的补偿1．电机；2_丰泵：精度对于起重机吊装作业至关重要。考虑对应用3．安全溢流阀4．低乐莆能器于起重机上的油缸式主动补偿系统的动态特性影1‘一5．伺服阀；6一油缸a；响因素进行分析。7．油缸b：8．气液缸；9．开关阀；1工作原理10-蓄能器3；l1．定滑轮；12-绞车：某起重机所采用的油缸式主动波浪系统原理13．母船；14．钢丝绳；见图1。本系统中恒压变量

4、泵作为流量源，采用15．货物电比例伺服阀来实现油缸的位移控制。在泵出口图1油缸式主动升沉补偿原理设有低压蓄能器，气液缸的气体端设有高压氮气瓶。钢丝绳缠绕在绞车上，一端绕过油缸上的动固定，通过控制油缸活塞的位移来收放钢丝绳从滑轮以及导向滑轮与货物相连，同时在油缸上装而达到波浪补偿的效果，使得货物相对于海底位有位置传感器。在常规模式(非波浪补偿模式)移尽可能小或者使得货物相对于海底匀速下放，下，货物的起升和下放由绞车的收放来完成。在进而实现货物的精确定位J。实际海况波浪流的作用下，母船带动起重机以及2影响因素分析

5、货物作升沉运动，在开启主动波浪模式时，绞车端采用仿真分析的方法对影响油缸式主动补偿收稿日期：2017—01—09系统的动态特性的因素，建立油缸式主动波浪补修回日期：2017—02—14偿系统的机电液耦合模型，模型包括液压元器件、基金项目：工业和信息化部项目(工信部联装[2012]气动模型、钢丝绳滑轮组件，货物及负载组件。533号)仿真模型见图2。模拟母船带动滑轮钢丝绳货物第一作者：刘俊(1987一)，男，硕士，工程师组件升沉运动，由于采用速度闭环控制油缸的位研究方向：CEA仿真155磊’等．某油缸式主动波浪补

6、偿系统的动态桴陛分析船第海46工卷程置容易产生误差累积，因此本方案采用油缸的位12移反馈闭环控制控制，算法采用PID控制算法。】O08在AMSim中采用HCD库建立气液缸的模型，气暑06瓶中的介质为氮气。主要仿真参数见表1。潼044j02OO．02．O4．060l020304050t／s图3货物质量不同时的货物位移曲线补偿性能，钢丝绳的特性是不可忽视的因素。本系统所采用钢丝绳单位长度的刚度为6．079×10N／m。在货物进入水下(钢丝绳的长度)分别为10、500、1000、2000、3000in时，所得到的货

7、物的位移曲线见图4。04020。。l_主泵；2-安全溢流阀；3一低压莆能器：4一伺服阀；5-PID算法6．起重机头部升沉运动；7．油缸a；8-起重机组件；9一油缶】_b{墓-o-z10-"液缸；11．滑轮组件；12一导向轮；l3．钢丝绳；I4-货物趣一04图2油缸式主动补偿系统仿真模型．O6表1油缸式主动补偿系统主要参数olU2UjU40)U恒压变量泵流量：2250L／rain，恒压点：28．5MPat}S油缸缸径：250mm；气液缸缸径：480mm图4钢丝绳长度不同时货物位移的变化低压气瓶初始压力：2300

8、0kPa，容积：600L由图4可见，随着钢丝绳长度的增加，货物的氮气瓶初始压力：19000kPa，容积：5500L钢丝绳刚度：6．079×10。N／m位移稳态值基本无变化。钢丝绳长度对补偿精度2．1货物质量的影响可以忽略。对于深海作业时被吊货物质量不同，即整个3实时波浪验证系统的惯性不同，不失一般性的是系统惯性越大，系统的滞后就越大。假定在实际海况下，吊机3．1不同幅度的波浪头部的升沉运动状态是幅值