深海ROV铠缆绞车及主动升沉补偿装置设计研究

深海ROV是一种可以在深海进行观察和作业的水下机器人。其研究和开发，对海洋环境的调查，海洋资源的钻探以及军事应用方面都具有重要的意义。深海ROV收放在深海区域收放作业时，作业环境复杂，作业深度大，如果铠缆绞车采用单卷筒结构会存在驱动装置功率过大，卷筒的转动惯量过大，载体出水的瞬间铠缆外层压入内层等问题。另外，海面的海况条件比较恶劣，支持母船受风、浪、涌、流影响而产生较大幅度的升沉运动对有缆水下机器人正常作业和收放操作有较大的影响，ROV中继器的升沉运动甚至可以造成系缆的损害而使机器人本体丢失。为了提高ROV在恶劣海况下的安全性能，保护中继器与载体之间的系缆不受损坏，需要配备升沉补偿装置。所以深海ROV铠缆绞车及其升沉补偿装置的研究与设计，对实现深海ROV的收放及保障系统安全及各项关键技术的进一步研究具有重要的意义。 本文在863计划“基于母船升沉预测的深海装备主动升沉补偿测控单元的研究开发”资助下，结合7000m ROV收放操作和升沉补偿的要求，开展深海ROV铠缆绞车及其主动升沉补偿装置的设计研究。针对深海ROV收放作业时，ROV铠缆绞车需要具有ROV快速收放能力及升沉补偿能力，设计适合于深海ROV收放作业的铠缆绞车。本文重点研究适合于深海ROV铠缆绞车的双绞车结构形式；研究双绞车的受力分析，驱动装置的选型；设计深海ROV铠缆绞车的储存绞车和牵引绞车；设计用于深海ROV铠缆绞车的主动升沉补偿装置。本文的主要内容如下： （1）研究深海ROV铠缆绞车的结构形式。分析了如果深海ROV铠缆绞车采用单卷筒结构存在转动惯量过大，驱动装置功率过大，在出水的瞬间铠缆外层缆压入内层等问题，提出了双绞车结构。分析了双绞车的组成，布置及其作用原理，各部件的组成及作用原理。 （2）研究深海ROV铠缆绞车的受力及所需要的功率。利用微元分析，求解出深海ROV牵引绞车每个绞盘提供的摩擦力，从而求出各绞车驱动装置需提供的最大驱动力矩和功率，作为驱动装置的选型依据。 （3）设计深海ROV铠缆绞车。通过类比以前的绞车系统，理论计算，初步选定储存绞车及牵引绞车各个部件参数。采用SolidWorks进行三维建模后，采用ANSYS进行有限元分析，通过计算机仿真技术克服理论计算的缺陷，对各个部件进行强度校核及结构优化。 （4）设计主动升沉补偿装置。根据升沉补偿装置的技术指标，通过理论计算确定升沉补偿装置各个部分结构形式和参数，并进行了三维建模、通过有限元分析对各个部件进行强度校核，最后分析了超长缆释放时自身的张力对绞车定位的影响。 通过以上研究，设计出符合7000m ROV收放作业要求的深海ROV铠缆绞车及其升沉补偿装置，为7000m ROV的实现和收放技术的研究奠定了良好的基础。