一種三自由度海工裝備用棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

宋志國(guó)，王通通

(1.南通中遠(yuǎn)海運(yùn)船務(wù)工程有限公司，江蘇 南通 226006；2.南通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226019)

1 引 言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在海洋資源上的投入不斷上升，尤其是風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)。據(jù)中國(guó)船舶報(bào)報(bào)道，2020年全球海洋風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)支出高達(dá)510億美元[1]。我國(guó)海岸線總長(zhǎng)約3.2萬(wàn)公里，為我國(guó)發(fā)展近海風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)提供了強(qiáng)大的地理支撐。2021年7月28日，央視新聞網(wǎng)報(bào)道，我國(guó)海上風(fēng)電能源新增并網(wǎng)容量215萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)102%。種種數(shù)據(jù)表明，海上風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，是各國(guó)追捧的新能源寵兒。然而，由于海上環(huán)境惡劣，受高鹽霧、高濕、長(zhǎng)日照影響，海上風(fēng)電電氣設(shè)備的故障率遠(yuǎn)高于陸上風(fēng)電電氣設(shè)備故障率[2，3]。相關(guān)研究表明，陸上風(fēng)電電氣設(shè)備故障率已高達(dá)40%～50%，海上風(fēng)電電氣設(shè)備故障率要遠(yuǎn)高于此值[3]。因此，研發(fā)可供工作人員來(lái)往于運(yùn)維船與生產(chǎn)平臺(tái)之間的安全通道以進(jìn)行運(yùn)維工作，是當(dāng)下生產(chǎn)發(fā)展的迫切需要。

目前，國(guó)外如AMPELMANN、SMST等已有較為成熟的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域仍處于起步階段。國(guó)內(nèi)很多科研人員進(jìn)行了海上平臺(tái)用棧橋的研發(fā)、制造，筆者所在單位也聯(lián)合多家單位一起設(shè)計(jì)了一款三自由度海工裝備用棧橋結(jié)構(gòu)，借助Matlab仿真驗(yàn)證，提供了一種海工裝備用棧橋的可行性方案。

2 海工裝備用棧橋結(jié)構(gòu)建模

海工裝備用棧橋的總體設(shè)計(jì)如圖1所示，在船體受到風(fēng)浪流的影響產(chǎn)生搖擺偏移時(shí)，為使安裝在船上的海工裝備用棧橋依然可以通過(guò)補(bǔ)償動(dòng)作實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)平臺(tái)之間的穩(wěn)定搭接，需要補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動(dòng)主要有船體的浮沉、偏移、旋轉(zhuǎn)和搖擺，這些動(dòng)作可由海工裝備用棧橋的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)完成。……