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海底犁式挖沟机机械手的设计与分析

作　者: 王红平
导　师: 张忠林
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 海底犁式挖沟机机械手有限元液压系统挖沟试验
分类号: TE952
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

海底犁式挖沟机用于海底油气管道挖沟工程,石油资源的开发已由陆地已转向海洋,应用前景十分广阔。课题研究内容源自中国海洋石油工程股份有限公司的“硬质粘土挖沟技术与装备研究”项目,目的在于研制出具有自主知识产权的海底犁式挖沟机。本论文重点在于设计与分析试验样机的机械手部分,机械手在挖沟过程中起着重要的作用,试验样机的研制为下一步工程样机的研制做好准备。论文介绍了国内外海底挖沟机械的发展概况,提出了海底犁式挖沟机的研究内容,完善了海底犁式挖沟机的总体方案,在海底犁式挖沟机概念设计的基础上,对机械手各部分结构进行了改进与优化。在对海底犁式挖沟机在各种工况下对管道应力状态的影响进行研究的基础上,分析计算了机械手主要零部件的受力状况,计算了各连接件的强度,并运用Solidworks Simulation软件对主要零件进行了强度和刚度的分析,验证了机械手设计的合理性和可靠性。论文对机械手进行了工况分析,确定了液压系统主要的参数,制定了液压系统总体方案,绘制液压系统原理图,通过计算对液压缸、电机泵组、控制阀、蓄能器等主要液压元件进行了选型。论文提出了试验样机陆地试验的试验方法,完成样机初步的陆地试验,分析试验结果,验证了样机结构强度满足设计要求,各部分运动正常,并针对试验中出现的问题提出了改进方案,为进一步的试验做好准备。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 课题的来源、目的和意义  10-11
    1.2.1 课题的来源  10
    1.2.2 课题的研究目的和意义  10-11
  1.3 国内外发展挖沟机研究现状  11-17
    1.3.1 国外挖沟机的研究现状  11-16
    1.3.2 国内挖沟机的研究现状  16-17
  1.4 本论文主要研究的内容  17-18
第2章机械手的结构设计  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 海底犁设计依据  18-19
    2.2.1 设计要求  18
    2.2.2 技术参数  18-19
  2.3 总体方案  19-20
    2.3.1 海底犁的作业过程  19
    2.3.2 海底犁总体方案  19-20
    2.3.3 海底犁机械系统  20
  2.4 机械手的结构方案  20-26
    2.4.1 机械手的工作过程  21
    2.4.2 机械手结构方案  21-22
    2.4.3 升降装置结构设计  22-23
    2.4.4 托管装置结构设计  23-25
    2.4.5 悬架结构设计  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章主要零部件的强度分析  27-46
  3.1 引言  27
  3.2 管道受力分析  27-32
    3.2.1 管道参数  27-28
    3.2.2 管道提升过程受力分析  28-29
    3.2.3 挖沟过程受力分析  29-32
  3.3 主要零件受力分析  32-37
    3.3.1 手爪受力分析  32-33
    3.3.2 提升液压缸受力分析  33
    3.3.3 底托受力分析  33-34
    3.3.4 连接臂受力分析  34-35
    3.3.5 连接件的强度计算  35-36
    3.3.6 滑动轴承的强度计算  36-37
  3.4 主要零件强度校核  37-45
    3.4.1 静力学分析概述  37-39
    3.4.2 手爪的校核  39-41
    3.4.3 滚筒的校核  41-42
    3.4.4 底托的校核  42-44
    3.4.5 连接臂的校核  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章机械手的液压系统设计  46-59
  4.1 引言  46
  4.2 液压系统总体设计  46-48
    4.2.1 机械手动作流程  46
    4.2.2 液压系统的方案设计  46-48
  4.3 液压缸的设计  48-52
    4.3.1 手爪开合液压缸的设计  50
    4.3.2 升降液压缸的设计  50-51
    4.3.3 高度调整液压缸的设计  51
    4.3.4 底托开合液压缸的设计  51-52
    4.3.5 摆动液压缸的设计  52
  4.4 电机泵组的选型  52-54
    4.4.1 确定液压泵的最高工作压力p_p  52-53
    4.4.2 确定液压泵的最大供油量q_p  53
    4.4.3 确定泵的规格  53-54
  4.5 控制阀的选型  54-55
  4.6 蓄能器的选型  55-57
    4.6.1 蓄能器的分类  56-57
    4.6.3 蓄能器利用容积AV推导  57
  4.7 管路的选用  57-58
    4.7.1 管路内径的计算  57-58
    4.7.2 管路壁厚的计算  58
  4.8 油箱的设计  58
  4.9 本章小结  58-59
第5章样机初步试验研究  59-68
  5.1 试验目的  59
  5.2 试验研究内容  59
  5.3 试验准备  59-64
    5.3.1 试验样机  60
    5.3.2 试验场地  60
    5.3.3 供电设备  60-61
    5.3.4 拖拽设备  61-62
    5.3.5 传感器的布置  62-63
    5.3.6 试验控制界面  63-64
  5.4 试验分析  64-67
    5.4.1 试验结果  64-66
    5.4.2 电路故障分析  66-67
  5.5 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

海底犁式挖沟机机械手的设计与分析

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