摘 要

随着开采远海石油的大型海上钻井平台需求的快速增长，半潜船业务也进入了一个繁荣期，对半潜船的需求也有所扩大。使用方便、试用面广、抗干扰能力强、性价比高的电液比例控制系统在半潜船上有着重要的应用。

本文以万吨半潜船的移船绞车为例，分析了移船绞车的负载特性，设计移船绞车的液压驱动方案，对液压系统进行结构设计，最后系统进行性能分析。

本文具体的技术路线如下：对半潜船的发展现状进行阐述，说明了电液比例控制系统对半潜船绞车液压驱动的重要性，进而着手分析半潜船移船绞车液压系统的三个回路，完成整个液压系统的原理图设计。在原理图的基础上使用三维建模软件UG分析设计系统结构，最后对电液比例控制系统的性能进行分析。结果表明本次设计的液压系统能完成绞车最大负载的驱动和制动过程，能为其它大型半潜船电液比例控制系统的设计分析等相关工作提供参考。

关键词：半潜船；移船绞车；电液比例控制系统；负载敏感

Abstract

With the rapid growth in the demand for large-scale offshore drilling platforms for the exploitation of offshore oil, the semi-submersible vessel business has also entered a boom period, and the demand for semi-submersible vessels has also expanded. Easy to use, wide range of trials, strong anti-interference ability, cost-effective electro-hydraulic proportional control system has important applications in semi-submersible vessels.

This paper takes the example of a 10,000-ton semi-submersible ship winch as an example to analyze the load characteristics of the ship winch, design a hydraulic drive scheme for the ship winch, and perform structural design of the hydraulic system. Finally, the system performs performance analysis.

The specific technical route of this article is as follows: Explain the status quo of the development of semi-submersible vessels, and explain the importance of the electro-hydraulic proportional control system to the hydraulic drive of the semi-submersible winch, and then proceed to analyze the three hydraulic systems of the semi-submersible ship winch The circuit completes the schematic design of the entire hydraulic system. Based on the schematic diagram, the three-dimensional modeling software UG was used to analyze the design system structure. Finally, the performance of the electro-hydraulic proportional control system was analyzed. The results show that the hydraulic system designed this time can complete the driving and braking process of the maximum load of the winch, and can provide reference for the design analysis of other large semi-submersible ships' electro-hydraulic proportional control systems.

Key Words：Semi-submarine ship; Ship winch; Electro-hydraulic proportional control system; Load sensitive

目 录

第1章 绪 论 1

1.1设计目的及意义 1

1.2国内外发展现状 1

1.3本文设计内容 5

第2章 移船绞车驱动方案的拟定 6

2.1移船绞车的设计要求 6

2.2绞车驱动方式的比较分析 6

2.3绞车驱动和制动方案的确定 7

第3章 移船绞车电液比例控制系统原理设计 9

3.1液压泵站回路的设计 9

3.2移船绞车回路的设计 10

3.3离合刹车回路的设计 12

3.4电液比例控制系统原理图的拟定 14

第4章 移船绞车电液比例控制系统的设计计算 16

4.1系统负载特性分析 16

4.2系统工作压力的确定 16

4.3主要液压元件的选型计算 17

4.3.1液压泵 17

4.3.2液压马达 19

4.3.3电动机 20

4.3.4电液比例换向阀 21

4.3.5蓄能器 21

4.3.6叠加阀 22

4.3.7其它液压元件 23

第5章 电液比例控制系统的结构设计 26

5.1液压泵站的结构设计 26

5.2油箱的结构设计 28

5.3集成块的设计 30

第6章 电液比例控制系统的性能分析 32

6.1系统压力损失的计算 32

6.2系统热平衡计算 33

6.3系统的功率与效率 35

第7章 经济环保性分析 36

第8章 总结与展望 37

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪 论

1.1设计目的及意义

自第二次工业革命以来，人类社会快速发展，全球范围的工业水平快速增长。随着人类文明的发展，人类对自然资源的需求每日剧增，陆地资源和能源有限，过度开采会导致生态的严重破坏，为此，人类迫切希望能够从占地球总面积71%的海洋中寻求更多的能源。从上世纪60年代，人类的海洋工程技术开始快速发展，人类已经发现大量的海洋资源，如：石油、天然气、砂矿等。除此之外，海洋中很多地方人类还不能到达更不用说勘探，可以说海洋是一个足够富饶同时又未得到充分发掘的宝库。在全球能源危机的今天，发展海洋工程技术，开发海洋能源是全球各个国家新的发展战略。与此同时，海洋开发的兴起也导致了海洋运输行业的蓬勃发展，海洋运输的货物也发生了翻天覆地的变化^[1]。20世纪70年代初海上运输的货物还主要是小型的散件，到了80年代，货物开始转变成大型结构和大型工业机械化工设备。进入20世纪末期，海上运输出现了更加大型的机械设备和整体构件，如军舰、大型车辆、游艇等，相对于以往海上运输的一些小型散件，无论是在体积重量方面或是结构技术方面，这些大型机械设备都更与众不同，因而对运输就有更高的要求。由此，能运输大型工业机械件的海洋运输设备——半潜船应运而生。

半潜船 (Semi-submersible ships) 别名为“半潜式母船”、“半潜运输船”等。某些具有自航能力的半潜船可以看作是半潜驳船的一种改进^[2]。半潜船是一种特殊的船舶设计方式，与一般的水面船只不同，半潜船通常拥有较深的吃水，但又不似潜水艇般完全隐没于水中，而是有部分船体或结构外露在水面外。由于隐没在水中的体积比例高，因此半潜船比较不容易受到海面上的波浪影响，能够保持较佳的稳定性而适合当作水上的工作平台使用。 最早的半潜船是开发用于海上钻油平台的用途上，但也存在包括半潜式起重船、海上支援船、海上生产平台等用途。也有一些半潜船是固定在特定位置上，本身并不具有动力，因此需要靠重载船（Heavy-lift ship，也是一种经常采半潜式设计的船只）等特殊船只运送至设置地点；但是也存在像是海基X波段雷达这般本身具有慢速行驶能力的半潜平台设计，能够靠自身的动力在海上移动。半潜船有“海上叉车”之称，半潜船装载货物的时候像潜艇一样通过压载将主甲板沉在水中，要运输的货物借助海水的浮力被牵引到半潜船上合适的位置，半潜船再排载上升，承载起移上来的货物；卸载时半潜船压载沉船，牵引下货物，半潜船再排载升船，完成整个运输过程^[3]。半潜船运输大型海洋平台具有优点明显，主甲板具有上浮下潜功能使得半潜船装货方便，降低运输货物周期；同时，半潜船的主甲板结构简单，可以进行双船作业。