面向小型救助艇的液压互联悬架减振系统的设计与验证

作     者：王默 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：度红望

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：液压互悬架 小型救助船舶 灵敏度分析 参数优化 

摘      要：随着我国构建海洋命运共同体理念的提出,海上安全的重要性日益突出。为保障水上生命财产安全,海洋救助具有重大意义。传统小型救助船舶一般在主龙骨安装配重铁,大幅度降低船舶重心以达到自动扶正能力,但此类结构并未解决主船体摇荡幅度大、操作人员舒适性较差的问题,应用范围具有局限性。因此,具有波浪适应能力的新型小型救助船舶亟待研究。本文针对小型救助船舶的高海况作业需求,引入液压互联悬架减振思想,提出一种具有三自由度波浪补偿能力的新型液压悬架系统,保证船舶在救助作业时具有良好的稳定性和舒适性。主要研究内容如下:(1)通过分析小型救助船舶的作业环境及救助需求,综合不同类别悬架系统的优缺点,确定了液压互联的悬架结构形式。结合运动补偿机理,对悬架系统的机械结构进行初步设计,提出一种具有三自由度波浪补偿能力的初代互联回路并验证其有效性。以作动器的位移补偿能力及主船体垂向加速度值为目标,通过仿真分析法多次改进回路,提出包含新型对称液压缸的最终回路并验证其优异的工作性能。(2)基于AMESim平台建立悬架系统物理模型,通过多工况仿真得到系统的动态响应曲线,结合回路元件的物理特性加以分析。根据上述结果从小型救助船舶的稳定性和悬架系统减振能力两方面进行整船性能分析,得出悬架系统性能表现受顶浪冲击影响最大这一结论,为下一步系统优化提供了依据。(3)以小型救助船舶的行驶稳定性和乘坐舒适性为优化目标,在高海况顶浪冲击工况下,对系统参数进行敏感性分析,得到单因素变化或多因素同时变化对整船性能的影响规律。将敏感性较高的参数作为设计变量并确定其样本空间,通过遗传算法解算得到各参数的相对最佳取值。优化后船舶的稳定性提高60%,平顺性提高2.24%。(4)以单自由度双缸互联回路为基础,对试验台的机械结构、控制系统、液压回路进行全面设计,搭建试验台并对互联悬架的波浪补偿原理进行初步验证。选用伺服电缸模拟波浪冲击,通过对双侧液压缸动行程及等效船身侧倾角动态响应的分析,说明波浪补偿原理与互联方式的相关性。试验结果表明:悬架系统垂向位移补偿能力约为40%,液压缸行程初值和比例流量阀阀口开度对悬架系统不同频段下的加速度响应存在较大影响,动态优化关键参数对悬架系统的工作性能具有实际意义。