摘 要

近些年来，随着船舶电力推进技术日益成熟，船舶吊舱式推进器因为其操纵灵活，机动性好，安全可靠等优点迅速在市场占有一席之地，并且有逐步扩大之势。随着市场需求的增加，国内外对于吊舱设计的研究日益丰富，但是关于船舶吊舱安装方面的研究仍然十分匮乏。

针对船舶吊舱安装工艺、工装的研究空缺，本文主要就吊舱安装工艺规程及安装工装设计两方面进行研究。本文通过分析当下吊舱安装工艺中吊装、驳运、法兰对中的特点，总结归纳，对其中欠缺的部分加以改进，重新设计了吊舱安装的工艺流程。并且针对吊舱与船舶法兰连接的运动特点，设计了液压倾斜平台，对其中液压杆、液压杠、轴、轴承部分进行了设计校核。之后对吊舱和其配套工装进行了SolidWorks仿真建模，并且导入了Ansys进行有限元分析，以了解受力情况。最后，本文通过Maya对模型进行可视化处理，实现了吊舱安装流程的三维动画化。

本文希望通过可视化安装流程设计和吊舱工装设备对吊舱安装的规范化、系统化起到促进作用。

关键词：船舶吊舱；安装工艺；安装工装；仿真建模；可视化

Abstract

In recent years, with the increasing maturity of ship's electric propulsion technology, ship pod propellers have quickly gained a place in the market due to their advantages of flexible maneuverability, good maneuverability, safety and reliability, and are gradually expanding. With the increase in market demand, research on pod design at home and abroad is increasingly rich, but research on the installation of pods on ships is still very scarce.

In view of the vacancy in the research on the installation technology and tooling of ship pods, this article mainly studies the two aspects of the pod installation process specification and installation tooling design. This paper analyzes the characteristics of hoisting, transfer and flange alignment in the current pod installation process, summarizes and summarizes, improves the missing parts, and redesigns the pod installation process. In addition, according to the movement characteristics of the connection between the pod and the ship's flange, a hydraulic tilting platform was designed, and the hydraulic rod, hydraulic bar, shaft and bearing parts were designed and checked. Afterwards, SolidWorks simulation modeling of the pod and its supporting tooling was carried out, and Ansys was imported for finite element analysis to understand the force situation. Finally, this article visualizes the model through Maya and realizes the three-dimensional animation of the pod installation process.

This article hopes to promote the standardization and systematization of pod installation through visual installation process design and pod tooling equipment.

Key Words：Ship pod, installation process, installation tooling, simulation modeling, visualization

目录

第1章 绪论 1

1.1研究的背景与意义 1

1.2相关的国内外研究现状 2

1.2.1吊舱式推进器安装相关研究 2

1.2.2 可视化技术相关研究 3

1.2.3相关文献揭露的问题 3

1.3研究的内容以及技术路线 4

1.3.1研究的基本内容 4

1.3.2拟解决的关键问题 4

1.3.3研究方法 5

1.4技术路线 5

第2章 常见吊舱安装工艺分析 6

2.1吊舱水下吊装法 6

2.2吊舱陆上吊装法 6

2.3小结 7

第3章 船舶吊舱推进器安装工艺规程设计 8

3.1吊舱式推进系统的吊装和驳运流程设计 8

3.2吊舱式推进系统安装前准备工作设计 8

3.2.1安装前工具与物料确认 9

3.2.2安装前吊舱状态调整 9

3.3吊舱式推进系统安装工步设计 10

3.4吊舱式推进系统安装的对中问题解决方案探讨 12

3.4.1吊舱安装存在的对中问题及其影响 12

3.4.2现有的法兰对中问题解决参考方案 12

3.4.3 解决对中问题的方案设计 14

3.5小结 15

第4章 船舶吊舱推进器安装工装设计 16

4.1吊舱液压倾斜平台特点分析 16

4.2吊舱液压平台主要部件设计 16

4.2.1液压缸主要参数及尺寸的确定 16

4.2.2顶举平台轴与轴承设计 20

4.3小结 24

第5章 基于SolidWorks的仿真建模与设计 25

5.1 SolidWorks软件介绍 25

5.2 吊舱模型参照物 25

5.3吊舱及其工装仿真建模步骤 25

5.3.1吊舱外壳仿真 25

5.3.2吊舱螺旋桨仿真 30

5.3.3吊舱支架仿真 32

5.3.4吊舱支架配套零件仿真 37

5.3.5液压倾斜平台仿真设计 38

5.3.6吊仓、工装SolidWorks总装配体 41

5.3.7船体法兰盘示意模型建模 41

5.4小结 42

第6章 吊舱安装工装ANSYS力学分析 43

6.1 ANSYS软件介绍 43

6.2 ANSYS力学分析步骤 43

6.2.1吊舱安装临界状态下静力学分析 43

6.3小结 49

第7章 基于Maya动画制作的船舶吊舱推进器安装过程可视化 50

7.1 Maya软件介绍 50

7.2 Maya动画流程规划 50

7.3 可视化实现步骤 51

7.3.1可视化模型的基础设置 51

7.3.2 模型的运动设置 51

7.3.3 可视化观影视图设置 52

7.3.4 可视化动画检验与生成 53

7.3.5 可视化动画剪辑成果 55

7.4小结 60

第8章 结论 61

8.1 论文主要成果 61

8.2 研究值得改进的方面 61

参考文献 62

致谢 63

第1章 绪论

1.1研究的背景与意义

船舶吊舱是一种推进电机和螺旋桨直接相连^[1]，可360°水平旋转的船舶电力动力推进系统^[10]。而船舶电力动力推进是指利用电机驱动螺旋桨转动产生推进力，从而推动船舶行进得一种方式。该方式已经被应用100余年^[3]。其通过原动机带动发电机，发电机再把产生的电力传输给电动机，电动机带动螺旋桨，从而得以实现能量的非机械传动。虽然电力推进这种推进方式具有操纵灵活，机动性好，安全性好等优点。但是长期以来，电力推进一直局限于齿轮传动，在功率上受到了一定的限制^[3]，而且囿于早期交流电机调速技术的不成熟，电力推进多采用直流电机作为电源，故存在重量尺寸大，维护保养困难等缺点，因此，电力推进长期局限于一些工程船舶领域。

但是自上世纪80年代以来，电力技术、交流变频技术和危机控制技术等技术的快速发展，交流电机技术的日趋完善。船舶电力系统的可靠性、推进性、推进功率和运行效率方面都有了突破性的进展^[2]。因此，船舶电力推进在船舶领域的运用范围快速扩张。其中与传统轴系相比，具有机动性能出色、操作性能优秀、体积小、噪音低等优势的吊舱式电力推进装置的则成为了船舶电力推进器中的首选。其市场份额迅速增加，展现出了巨大的发展潜力。

而伴随着船舶吊舱的飞速发展，与其配套的安装工装与工艺如何满足其装配需求则成为了不可忽视的问题。在机械装置安装领域，安装工装、工艺是否合理决定了船舶吊舱安装是否能满足吊舱使用的垂直度、相对位置精度要求，从而影响着使用船舶吊舱式电力推进装置的可靠性和使用寿命。吊舱安装不当，轻则加剧各部件消耗，增加部件使用成本，重则导致吊舱损毁，破坏船舶正常运行^[11]。然而，吊舱安装的方法与传统轴系的安装方法有着很大的不同，现如今随着吊舱电力推进模式的普及，吊舱安装急需对于吊舱特性优化的安装设备和合理的工艺规程。而在中德合作共同推进“工业4.0”的今天，如何借助可视化技术改进、优化产品安装工装、安装工艺则成为了当下的研究热点。