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船舶应急拖带装置强度试验平台关键技术研究

苏世杰  
【摘要】:应急拖带装置是一套安装在船艏及船艉的拖带装置,其作用是当船舶发生意外时,能够快速、方便的连接到拖轮,并由拖轮将失事船舶拖离现场,从而减少事故恶化的程度。国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)要求所有2万载重吨及以上的新建造和现有油船,均应在其艏艉两端安装应急拖带装置。作为保障船舶航行安全的关键设备,应急拖带装置不仅需要通过相关船级社的型式认证,还应在出厂前进行整体与单元强度试验,以确保产品合格。目前国内尚不具备完整的应急拖带装置型式及出厂试验的能力,这极大的制约了我国应急拖带装置设计与制造行业的发展,因此相关试验技术的研究势在必行。本文在国家质检总局公益性行业科研专项的支持下,对应急拖带装置强度试验平台的关键技术展开研究。完成的主要工作如下:1、根据IMO指南要求,分析了不同拖带角度下应急拖带装置的受力情况,提出了一种应急拖带装置型式试验方法,通过在导缆孔下布置斜台并采用强力点单独加载的方案,不仅可准确模拟最危险的拖带工况,而且将试验时所需的空间多角度加载转化为平面加载,从而极大的降低了试验平台的设计难度,目前该方法已列入中国船级社《产品检验指南》2015版。2、创新设计了一种T型卧式试验平台总体布局方案,该方案可实现多部件组合强度试验所需的平面90°加载与单元部件强度试验所需的直线加载两种工作模式的任意切换,具有通用性好、使用方便的优点;针对超大型试验平台建造成本高、机身刚性差的难题,创造性的提出了一种由钢结构件-混凝土复合而成的卧式机身结构形式,并成功的解决了两种材料的变形协调问题,与现有卧式机身结构形式的对比分析表明,其具有可靠性高、建造成本低的优点。3、结合试验平台被控对象分散、不同试验时被控对象数目及控制逻辑差别大的特点,设计了一种分布式测控系统,有效的提高了测控系统的可靠性与柔性;针对应急拖带装置试验与准备周期长、系统能耗高的特点,创新提出了一种双泵双阀并联液压加载系统方案,与现有液压加载系统方案相比,其在控制精度、能耗及构建成本方面均具有显著优势。4、针对应急拖带装置各组件刚度差异大的特点,建立了阀控非对称液压缸在正向力加载及反向力加载时的数学模型,并分析了被试对象负载刚度的变化对力控系统动态特性的影响,结果表明,当负载刚度大范围变化时,力控系统的固有频率、负载阻尼与等效阻尼比、上升时间、最大超调量等特征参数均会发生显著的改变,从而造成系统控制性能的大幅下降。5、为了抑制被试对象刚度的变化对控制性能的影响,提高试验平台力控系统的控制品质,进行了模型参考自适应控制器的设计并推导了被控对象传递函数的分母分子相对阶数为1时的自适应控制律;为了更加准确、快速的构造出具有特定性能的参考模型,创新提出了增加零极点法、频率响应法等两种参考模型构造方法,给出了具体算例并对两者的构造效果与适应条件进行了讨论。6、在理论建模的基础上,结合理想电液伺服试验机力控系统的设计目标设计了负载刚度自适应控制器,并采用频率响应法构建了具有最小拍响应特性的参考模型;仿真与实验结果表明,所设计的控制器在不同的负载刚度下均可较好的跟踪参考模型的输出,系统的力控精度相比常规的PID控制算法有了较大的提高。7、为了解决应急拖带装置强度试验流程复杂、测试脚本编制困难且易出错的难题,在考虑各个单元测试活动间的路由逻辑关系及测试资源的变化对测试流程影响的基础上,创新提出了一种面向资源约束的测试流程工作流模型,并构造了测试流程正确性验证算法;进一步构建了试验平台测试系统框架,开发了原型测试系统并进行了成功应用,结果表明所开发的测试系统能够对复杂的测试流程进行有效的描述与验证并实现流程驱动的测试过程控制,从而有效的提高了应急拖带装置的强度试验效率并避免差错。


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