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水下液压冲击铲虚拟样机设计及关键技术实验研究

刘贺平  
【摘要】:“水下液压冲击铲虚拟样机设计及关键技术实验研究”是“863”计划水下干式管道维修系统课题水下专用作业机具设备子课题开展研究的。主要研究一种能够方便、可靠地完成海底油气管道维修时管道表面混凝土配重层去除工作的水下液压冲击铲,研究的主要内容为:水下液压冲击铲的机械本体、冲击原理、驱动系统、虚拟样机等关键技术,并进行实验研究,验证理论。 论文介绍了水下液压冲击铲的研究背景及其研究意义,叙述了海底管道维修设备的发展概况,总结了国内外水下作业机具的研究和发展现状,分析了目前较为完善的液压冲击理论。 根据国外的液压冲击产品的实验测试和液压冲击器的一般设计理论,初步确定了此液压冲击铲的结构参数。建立冲击活塞杆的冲、回程的动力学方程,利用变步长的四阶龙格库塔法和线性回归法,得到冲、回程的时间与行程的关系表达式,从而得到冲击活塞系统压力的变化规律,验证了系统压力作为反馈信号的正确性。 分析了活塞杆与铲头碰撞点的选择方法和氮气室的初始压力和初始容积的确定方法。对调节冲击能的方法进行了一些研究,设计了蓄能器。对三种液压冲击器方案进行分析,利用模糊分析方法,确定了高速开关阀控制的液压冲击铲方案。 对水下液压冲击铲的机械本体、密封结构、铲头形状、工具腔长度等进行了设计、分析。在Pro/e环境中对水下液压冲击铲进行三维立体造型,并利用虚拟装配对此设计进行检验和校正。利用有限元对关键零件进行强度校验。对水下液压冲击铲的配油阀、冲击活塞等进行动力学分析,再利用Pro/e与Adams进行冲击铲的建模,进行仿真分析,对前面的理论分析和结构设计进行检验。 建立水下液压冲击铲的液压系统,通过对水下液压冲击铲的各部分控制模型的分析,建立整体控制模型。对水下液压冲击铲的控制模型进行分析、校正。对购买的美国stanley公司生产的水下液压镐进行试验,得到冲击能、冲击频率等参数,通过对测试结构的分析,来得出液压冲击器设计所需的参数和对设计分析进行了一定的验证。


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