第1章 概述
　　科考船绞车系统用于科考船取样仪器的吊放和回收，是远洋科考船的基本配置设备。本章概述科考船绞车系统的研究进展、分类和工作原理，并对国产全海深地质绞车系统“海威DJ11000”进行介绍。
　　1.1 科考船绞车系统的研究进展
　　科考船作为海洋探测与研究的重要平台，是海洋科研能力建设*重要的组成部分，也是国家综合国力的体现，其装备水平直接关系国家的海洋科技实力。科考船作为一个重要的载体和平台，为海洋科学研究提供强有力的支撑。随着科技的不断发展，各种新式船载探测设备的出现，船载探测系统也形成了一个有机的整体。海洋综合科考的作业主要包括水体探测、海底探测、大气探测、深海探测、声学探测等，科考船全海深科考作业平台如图1.1所示。
　　图1.1 科考船全海深科考作业平台
　　上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司供图
　　认识海洋、经略海洋，需要具备对海洋观测、探测及预测的能力。科考船是海洋调查研究的基本载体，深海科考绞车系统用于深海调查仪器的吊放和回收，是远洋科考船的基本配置设备。
　　新“太阳”（Sonne ）号是德国联邦教研部建造的一艘全球级海洋综合科考船，建造于2013年，于2015年底交付使用，如图1.2所示。该船的科考绞车系统为电动型，并埋舱安装，详细绞车系统情况见表1.1[1]。
　　图1.2 德国新“太阳”（Sonne ）号科考船
　　表1.1 新“太阳”（Sonne）号科考绞车系统
　　英国新“发现”（Discovery）号是一艘全球级的海洋综合科考船，建造于2010年，于2013年底交付使用，如图1.3所示。该船科考绞车系统见表1.2[1]37-43。
　　图1.3 英国新“发现”（Discovery）号科考船
　　表1.2 新“发现”（Discovery）号科考绞车系统
　　“Investigator ”号是澳大利亚新建的一艘全球级的科学调查船，于2013年加入澳大利亚船队，如图1.4所示。该船科考绞车系统见表1.3[1]37-43。
　　图1.4 澳大利亚“Investigator ”号科考船
　　表1.3 “Investigator ”号科考绞车系统
　　国外研发科考船绞车系统已有100多年历史，研发机构主要集中在欧美国家，如挪威RAPP Marine （现已被MacGreror 收购）、美国Markey Machinery 、丹麦MacArtney Underwater Technology 、加拿大Hawboldt Industries 、法国Kley france 、英国Rolls-Royce 、西班牙Ibercisa、芬兰MacGreror 等。
　　国内南通力威机械有限公司于2015年先后为俄罗斯3艘科考船配备6套载荷分别为5 t、12 t、20 t 的电动绞车，容绳量达8000 m，并通过中国船级社（China Classification Society，CCS）认证，目前运行效果良好。2018年大连海事大学联合南通力威机械有限公司等单位承担国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项“全海深地质绞车系统研制”项目，成功研发国产全海深地质绞车系统“海威DJ11000”，容绳量达13000 m ，工作载荷≥20 t，系统性能及技术指标全面达到并部分超过国外同类主流产品水平，关键核心部件国产化率达100% ，完全实现自主可控。2021年10月，“海威DJ11000”随自然资源部北海局“向阳红06”船在公海海域完成了首个航次的深海调查任务，获得多站位的深海样品。
　　中国船舶重工集团第七〇四研究所研发万米科考绞车，安装在“探索二号”科考船上。无锡德林防务装备股份有限公司研制了万米级光电复合缆深海科考绞车样机。江苏射阳远洋船舶机械科技有限公司研制了DSWS-10000型万米钢缆深海绞车样机。湖南科技大学研制了电驱动主动升沉海洋绞车样机。
　　1.2 科考船绞车系统分类与工作原理
　　1.2.1 科考船绞车系统的作用和分类
　　1.科考船绞车系统的作用
　　科考船绞车系统是用于存储和收放科考作业用缆绳的各种类型绞车的总称。科考

目录
第1章 概述 1
1.1 科考船绞车系统的研究进展 3
1.2 科考船绞车系统分类与工作原理 6
1.2.1 科考船绞车系统的作用和分类 6
1.2.2 科考船绞车的工作原理 11
1.3 国产全海深地质绞车系统“海威DJ11000”简介 19
第2章 全海深地质绞车系统结构设计与优化 23
2.1 全海深地质绞车系统结构设计 25
2.1.1 全海深地质绞车系统工作原理与主要部件 25
2.1.2 全海深地质绞车系统受力分析 28
2.1.3 全海深地质绞车系统刚柔耦合分析 31
2.2 全海深地质绞车系统结构优化 41
2.2.1 全海深地质绞车系统结构优化方法 41
2.2.2 储缆绞车卷筒应力检测 48
2.2.3 科考船绞车系统缆绳检测 49
第3章 科考船绞车系统减张力技术 53
3.1 牵引绞车主要结构 55
3.2 减张力技术工作原理 56
3.2.1 理论模型 56
3.2.2 缆绳张力分析 56
3.3 基于合成纤维缆绳的绞车减张力设计 57
3.4 减张力卷筒缆槽加工修正 60
第4章 科考船绞车系统自动排缆技术 63
4.1 自动排缆器总体结构设计 65
4.1.1 丝杠的设计 65
4.1.2 丝杠支撑轴承选型校核 68
4.1.3 伺服电机及伺服减速机选型 69
4.1.4 销轴式传感器 69
4.1.5 支座及导向轴 70
4.1.6 行走机构设计 71
4.1.7 总体结构方案 72
4.2 自动排缆器有限元分析 73
4.2.1 模型的简化 73
4.2.2 基于简化模型的结构强度分析 74
4.2.3 基于简化模型的模态分析 77
4.2.4 排缆系统机械传动机构动力学模型 79
4.3 折线槽结构与设计 81
4.4 自动排缆检测 85
第5章 科考船绞车系统缆松弛补偿器设计与仿真 89
5.1 缆松弛补偿器系统整体设计方案 91
5.1.1 缆松弛补偿器液压系统工作原理 91
5.1.2 控制方案设计 92
5.2 缆松弛补偿器相关元件设计 93
5.2.1 液压油缸设计 93
5.2.2 关键液压部件选型 94
5.2.3 缆松弛补偿器整体模型 98
5.3 基于有限元分析的缆松弛补偿器强度校核 99
5.3.1 液压油缸有限元分析 99
5.3.2 储能器有限元分析 100
5.3.3 储缆绞车及滑轮有限元分析 102
5.4 缆松弛补偿器系统仿真分析 104
5.4.1 液压系统建模仿真 104
5.4.2 仿真结果分析 105
第6章 科考船绞车系统缆绳试验与应用 113
6.1 科考船绞车系统合成纤维缆试验 115
6.1.1 试验准备 115
6.1.2 试验过程 117
6.1.3 试验安全 122
6.2 科考船绞车系统收放缆过程 122
6.2.1 OrcaFlex仿真建模 123
6.2.2 4500m水深收放缆过程 124
6.2.3 海试与仿真结果对比 132
6.2.4 仿真总结 133
参考文献 135