为实现海洋钻井用升沉补偿装置的国产化,采用相似原理设计了海洋钻井平台钻柱升沉补偿试验台控制系统。该系统采用电液比例换向阀控制不对称液压缸模拟海浪升沉,可对升沉运动进行钻柱补偿控制;由于控制部件采用的电液比例换向阀存在死区,系统采用PID和死区补偿控制算法,较好地实现了海浪模拟和补偿控制。为保证升沉给定和跟踪控制精度,软件采用VB调用API函数,可对采样时间间隔进行精确控制。试验数据表明,该控制试验台可满足浮式钻井平台钻柱升沉补偿系统控制要求。

针对海浪升沉运动对钻柱和钻压的影响,设计了一种海洋浮式钻井平台主动式钻柱升沉补偿装置,其以电液比例方向阀和变量泵为控制对象,实现了对液压缸活塞运动的实时控制,进而对海浪升沉造成的钻柱运动进行补偿。建立了主动式钻柱升沉补偿装置系统的数学模型,设计、搭建升沉补偿实验台实现了升沉运动和动态负载的实验模拟,并进行了阀控和泵控加阀控的主动升沉补偿实验。结果表明主动阀控方案具有较好的补偿效果,但消耗能量较大;泵控加阀控方案能耗较低,但控制策略要求较高,补偿效果稍差。

针对海洋浮式钻井天车升沉补偿实验装置的实验需求,设计并实现了一套自动控制系统。开展了总体控制方案设计和子系统详细设计;硬件设计以PC机为上位机,以2台西门子PLC为下位机分别控制泵站和阀台,PC与PLC之间通过TCP/IP协议进行通信;采用STEP 7编写了控制程序,升沉补偿控制策略有PID控制、模糊控制和模糊PID控制3种方式;利用WinCC软件完成了监控系统组态设计,主要包括控制界面、动态曲线界面、报警界面和登录界面等。现场实验证明该控制系统平均补偿率为91.8%,能够满足天车升沉补偿要求。

针对海洋浮式钻井平台，设计了被动、主动、半主动三种升沉补偿方案，通过搭建试验台，实验研究了不同补偿方式的能耗，分析了能耗产生原因。实验数据表明：被动补偿方式不消耗能量，主动补偿能耗最大；在相同补偿效果前提下，半主动补偿方式能耗较低，值得推广。

设计了浮式钻井平台被动式升沉补偿装置，进行了系统的受力分析，建立了AMESim仿真模型，研究了负载和蓄能器体积变化对补偿效果的影响。仿真结果表明被动式升沉补偿装置具有一定的补偿效果，但系统蓄能器体积较大，补偿存在滞后现象。采用相似原理建立了实验装置，进行了不同升沉幅值的实验研究，实验数据和仿真曲线符合较好，表明该模拟实验台设计合理，建立的仿真模型准确。

为了保障海洋钻井天车升沉补偿系统正常工作遇到钻井事故时保证人员和设备的安全根据系统工作原理设计了隔离阀的液压系统原理图搭建AMESim仿真模型进行动态特性分析和结构参数优化。结果表明：设计的液压系统具有自动关闭、手动关闭、保持常开和复位的功能满足实际工况的需求;通过NLPQL算法进行结构参数优化优化后隔离阀响应时间缩短发生钻井事故时天车速度明显降低性能显著提高;隔离阀关闭过程中无压力冲击现象系统运行平稳。

天车升沉补偿系统在浮式海洋钻井平台得到了广泛应用。为分析天车升沉补偿系统不同工作方式下的补偿效果对其主要系统参数进行设计。利用AMESim仿真平台和ADMAS软件搭建了联合仿真模型完成被动补偿方式及3种不同反馈信号(位移、速度和加速度)下半主动补偿方式的补偿效果仿真实验以及气液转换器与被动补偿缸之间管线长度对补偿效果的影响分析。仿真结果表明:半主动补偿方式下速度反馈补偿效果最佳加速度反馈稍差位移反馈最次但都远高于被动补偿方式;气液转换器与被动补偿缸之间管线越短补偿效果越高。

为了检验海洋浮式钻井天车升沉补偿装置的工作性能根据相似理论设计了升沉补偿试验系统主要包括升沉模拟系统、负载模拟系统和升沉补偿系统.利用ADAMS和AMESim软件建立系统的联合仿真模型得到蓄能器初始体积、充气压力和补偿缸作用面积对系统性能的影响规律以及升沉补偿率和系统能耗之间的对应关系.仿真结果表明：系统可以实现平台升沉模拟、钻井负载模拟和升沉补偿等试验功能;工作平稳具有良好的动态特性补偿效果较好.

液压传动及控制技术在现代工程机械中发挥了越来越重要的作用.如何有效地发挥液压控制技术在提高工程机械整机的控制性能、可靠性等方面的作用,是液压行业和工程机械行业必需面对的课题.概述了国内外及浙江大学流体传动及控制国家重点实验室近年来在工程机械液压控制技术方面的研究进展,展望了该技术领域的发展方向和研究重点.

对比了串联和并联混合动力在工程机械中的节能效果,并分别将马达能量回收、单独驱动、电动机直接驱动回转和进出口独立调节等节能措施与并联混合动力系统相结合,进行了燃油消耗的理论计算和节能效果的评价,其结论对工程机械的节能研究具有指导意义.考虑到生产成本、操作性和元件的性能等方面因素的影响,提出并联混合动力单独驱动进出口独立调节电驱回转系统应该是目前比较切实可行的主要开发方案.