This paper presents a control-oriented dynamical model of a towing rope system with variable-length. In this system, a winch driven by a motor's torque uses the towing rope to pull a cart. In general, it is a difficult and complicated process to obtain an accurate mathematical model for this system. In particular, if the rope length is varied by operating the winch, the varying rope dynamics needs to be considered, and the key physical parameters need to be re-identified... However, real time parameter identification requires long computation time for the control scheme, and hence undesirable control performance. Therefore, in this article, the rope is modeled as a straight massless segment, with the mass of rope being considered partly with that of the cart, and partly as halfway to the winch. In addition, the changing spring constant and damping constant of the towing rope are accounted for as part of the dynamics of the winch. Finally, a reduced-order observer-based servomechanism controller is designed for the system, and the performance is evaluated by computer simulation.
The latest trend of development for submarine oil field is caused by the drained oil and gas for ground field, and FPSO is a keyword as the development for submarine oil field. FPSO (Floating Production Storage Offloading) is a kind of vessel type have a topside system for production of oil and gas and store them until the oil or gas can be offloaded onto a tanker or transported through a pipeline. Prior to the introduction of reinforcement under the pull-in winch on the STP extended top as the object of this paper, the technical background shall be introduced such as FPSO and the system and main equipments for STP as follows. The original structural concept for reinforcement of pull-in winch on the STP top and extended structure on moonpool was proposed by buyer's engineering team but it was much modified and improved in accordance with builder's fabrication and construction method.
The structure of winch brake disk was successfully designed and developed based on sizing optimization. In this research, static analysis was performed by commercial software ANSYS v12.0. To simulate the working process of disk brake, the real properties of materials and working conditions were considered. Based on the results of the static structural analysis, the existing designs of the brake discs were optimized. Among existing designs, there are three cases that have achieved an efficient light weight around 200g. As a result, the optimized weight of each case was 3.41kg, 3.42kg, and 3.44kg, respectively. Finally, through prototyping and performance testing, the stability of the optimized brake disc was verified. Although, this free-fall winch brake disk had been developed in design and evaluation techniques, more detailed plans for developing the disk brake structure were also proposed as a further study based on this research.
In this paper, we studied the structural design for safety improvement of the winch mount of the armored recovery vehicle. From the finite element analysis using the safety factor of the original winch mount, the results determined that the safety factor was very low, namely 1.14 at $-15^{\circ}$ when towing the maximum force. For considering the usage and safety, the safety factor needs to increase to between 1.4 and 1.6. To improve the safety factor, a re-design, such as shape modification and strengthening the welded zone, was performed. After the improvement of the structural design, the safety factor of the improved mount was calculated at 1.78, an increase of about 56.1% from that of the original mount.
기계장치에 있어서 브레이크 시스템은 기계의 동작에 못지않게 중요한 부분이다. 만약 기계가 멈추지 않으면 큰 사고의 발전할 수 있기 때문이다. 이것은 선박에서 또한 마찬가지이다. 선박에서 항해중 배를 정지시키기 위해서는 윈드라스 윈치를, 배를 항구에 계류시키기 위해서 무어링 윈치를 사용한다. 본 연구에서는 배를 항구에 계류시키는 무어링 윈치의 제동력을 향상시키기 위해 브레이크 밴드를 분리하였고, 이 분리한 무어링 윈치에서 가장 적절한 분리지점을 찾는 연구를 하였다.
The numerical analysis of the automatic ship mooring system which was equipped in the ship for trying to berth at the pier was performed in this study. The automatic ship mooring using hydraulic winch was a new method that had not need to change the existing devices and to help a pilot ship of outside. The numerical results of the proposed mooring system including ship motion were that the speed and rolling phenomenon of ship was affected by changing in the ship weight and affected the slope maintenance and yaw degree of ship if there has a trim of stern. Also, a static force of ship at the initial movement was important to calculate the mooring power. The moving force and inertial force of ship on the vertical direction was confirmed for the mooring stability. Therefore, the power and velocity of hydraulic mooring winch should be determined by considering the significant characteristics such as weight, velocity, inertial force and moving force of ship.
기계장치에 있어서 브레이크 시스템은 기계의 안전상 동작만큼이나 중요한 부분이다. 기계를 급히 정지시켜야하는 비상시에 기계가 멈추지 않으면 큰 사고로 발전할 수 있기 때문이다. 이것은 모든 기계장치에서 공통된 사항이며, 선박에서 또한 마찬가지이다. 선박에는 2종류의 계류장치가 존재한다. 그 중 하나는 항해하는 선박을 근해에 정박시키기 위해서는 해저에 닻을 내리는 윈드라스 윈치이며, 또 다른 하나는 배를 항구에 계류시키기 위한 무어링 윈치이다. 그 중 기존에 사용하는 무어링 윈치의 경우, 브레이크 밴드가 하나의 철판으로 만들어져 있으며, 브레이크 밴드와 라이닝을 연결하는 볼트의 파손이 발생하게 된다. 본 연구에서는 이 파손을 방지하기 위해 유한요소해석 프로그램을 사용하여 응력이 집중되는 부위를 선정하였고, 이 부위를 분리하여 응력 집중을 해소하였다, 또한 이 분리지점의 각도에 따른 해석을 수행하여 최적의 위치를 선정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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