ОБОСНОВАНИЕ ОБЛИКА ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОДЪЕМ ПОДВОДНОГО ГРУЗА
Аннотация
Целью исследования является разработка способа взаимодействия судна с подводным
грузом для его приема и транспортировки. В статье представлены результаты создания ком-
плекса подъема подводного груза на судно-носитель. Облик комплекса формировался на основе
оценки возможных технических решений, проведения теоретических расчетов и моделирова-
ния. Выполнен анализ предыдущего опыта создания аналогов. Для стыковки с подводным грузом
с судна-носителя опускается на четырех точках подвеса специальный приемный модуль, при-
чем выбор сделан в пользу схемы тросового подвеса. Разработаны четыре механизма, состав-
ляющие основу комплекса – механизм подъема, механизм компенсации, механизм демпфирова-
ния и механизм фиксации. Основу механизма подъема составляют лебедки с электроприводом,
использующие электрические асинхронные двигатели с векторным управлением. Канат меха-
низма подъема заведен через полиспаст к грузу. Для компенсации возмущений, вызванных качкой
судна-носителя, в разрыв канатной линии включена гидропневматическая система, которая
парирует возникающие динамические нагрузки путем перемещения штоков гидроцилиндров.
Механизм демпфирования поглощает энергию соударения платформы спускаемого модуля с
корпусом судна-носителя в режиме причаливания. Механизм фиксации обеспечивает надежное
крепление спускаемого модуля с подводным грузом или без него в походном положении с корпу-
сом судна носителя. Модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором получена
из обобщённой схемы, путем замыкания обмоток ротора накоротко. Предусмотрен частот-
ный способ управления, за базовый вектор принят вектор потокосцепления ротора. В модели
тросового подвеса учтена его деформация при движении в процессе эксплуатации. Модель
механизма компенсации создана на основании адиабатического процесса в макроскопической
системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством. В
ходе расчетов и моделирования параметры узлов и механизмов подобраны таким образом, что
обеспечиваются технически реализуемые условия функционирования комплекса. При этом ог-
раничены нагрузки на тросовую систему и исключены ее провисания, ход каретки компенсато-
ра минимизирован. В результате был получен квазиравномерный подъем подводного груза с
незначительными колебаниями скорости при качке судна-носителя.
Литература
Federation. Floating lifting device]: No. 2009112133/11: applic. 01.04.2009: publ. 20.12.2010,
bull. No. 35.
2. A.F. Trifonov, O.V. TSukanov, V.V. Abydennikov i dr. Patent 2755358 C1. Russian Federation.
Gruzopod"emnoe ustroystvo dlya pod"ema zatonuvshikh ob"ektov [Lifting device for lifting
sunken objects]: No. 2020136480: applic. 03.11.2020: publ. 15.09.2021, bull. No. 26.
3. Nagan Srinivasan. Tension base TLP can support development in 4000 ft depths, Offshore,
1995, March, pp. 48, 50, 65.
4. Voyloshnikov M.V., Cherney E.I. Patent 218212 C2. Russian Federation. Podvodnaya platform
[Underwater platform]: No. 2000112726/03: applic. 22.05.2000: publ. 10.05.2002, bull. No. 13.
5. Bruce L. Hutchison, Duane Zaible. Conceptual Design of Medium-Endurance Research Vessel
Optimized for Mission Flexibility and Seakeeping, Marine Technology, 1987, Vol. 24, No. 2,
April, pp. 170-190.
6. Lazarev S.Yu., Baranov E.M., Pozdnyak G.I. i dr. Patent 2778183 C1. Russian Federation.
Vertikal'nyy kanatnyy sudopod"emnik [Vertical rope ship lift]: No. 2021105981: applic.
10.03.2021: publ. 15.08.2022, bull. No. 23.
7. Tarasov Yu.D. Patent 2301759 C1. Russian Federation. Ustroystvo dlya pod"ema
zatonuvshego gruza [Device for lifting sunken cargo]: No. 2006107414/11: applic.10.03.2006:
publ. 27.06.2007, bull. No. 18.
8. Afonichev D.N., Pilyaev S.N., Stepin M.A. Matematicheskaya model' upravlyaemogo
asinkhronnogo elektrodvigatelya [Mathematical model of a controlled asynchronous electric
motor], Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya mobil'nykh energeticheskikh sredstv v
razlichnykh rezhimakh dvizheniya [Increasing the efficiency of using mobile energy vehicles
in various driving modes], 2017, pp. 10-15.
9. Omel'chenko E.Ya. Dinamicheskie matematicheskie modeli asinkhronnykh dvigateley [Dynamic
mathematical models of asynchronous motors], 2012.
10. Kyong N.S. i dr. Modelirovanie elektroprivoda s chastotnym upravleniem asinkhronnogo
dvigatelya [Modeling of an electric drive with frequency control of an asynchronous motor],
Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki [News of Tula State
University. Technical science], 2014, No. 3, pp. 221-228.
11. Meshcheryakov V.N. i dr. Sistema upravleniya chastotnym asinkhronnym sinkhronizirovannym
elektroprivodom [Control system for frequency asynchronous synchronized electric drive], Izvestiya
vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki [News of higher educational institutions. Energy
problems], 2021, Vol. 23, No. 3, pp. 116-126.
12. Semenov A.S. Modelirovanie rezhimov raboty asinkhronnogo dvigatelya v pakete programm
MATLAV [Modeling of operating modes of an asynchronous motor in the MATLAB software
package], Vestnik Severo-Vostochnogo federal'nogo universiteta im. MK Amosova [Bulletin of the
North-Eastern Federal University named after. MK Amosova], 2014, Vol. 11, No. 1, pp. 51-59.
13. Ahmed A., Kaur K. Mathematical model for an asynchronous motor implemented in
MATLAB, International journal of scientific & technical development, 2023.
14. Moler C. Numerical Computing with MATLAB, Electronic edition: The MathWorks, Inc,
Natick, MA, 2014.
15. German-Galkin S.G., Matlab & Simulink. Proektirovanie mekhatronnykh sistem na PK [Design
of mechatronic systems on a PC]. Saint Petersburg: Korona-Vek, 2008, 386 p.
16. Dogruer T., Tan N. Design of PI controller using optimization method in fractional order control
systems, IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, No. 4, pp. 841-846.
17. Chernyy G.G. Gazovaya dinamika [Gas dynamics]. Moscow: Nauka, 1988, 424 p.
18. Haddrell A.E. et al. Accounting for changes in particle charge, dry mass and composition occurring
during studies of single levitated particles, The Journal of Physical Chemistry A,
2012, Vol. 116, No. 40, pp. 9941-9953.
19. Knežević D., Savić V. Mathematical modeling of changing of dynamic viscosity, as a function
of temperature and pressure, of mineral oils for hydraulic systems, Facta universitatis - series:
Mechanical Engineering, 2006, Vol. 4, br. 1, pp. 27-34.
20. Coskun G., Kolcuoglu T., Dogramac T. Analysis of a priority flow control valve with hydraulic
system simulation model, J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., 2017, 39, pp. 1597-1605.
