水下作业工具库快速换接装置(简称快速换接装置)是水下作业系统中的极为重要的组成部分,我国对于水下换接技术的研究与国外存在较大差距。本文针对黑龙江省科学基金项目“深水作业系统快速换接工具库可靠对接机理及实验研究”,在分析快速换接装置相关关键技术的基础上,结合装置作业要求,研制适用于500米水深的水下作业工具库快速换接装置,这对提高我国水下对接技术水平具有十分深远的意义。本文首先介绍了国内外水下作业系统发展现状以及快速换接装置关键技术。结合课题要求,提出了快速换接装置的总体设计方案。对快速换接装置中导向对中装置、锁紧装置、油路对接装置进行设计。在此基础上描述了装置的换接作业过程。根据快速换接装置的技术要求及参数,分别对快速换接装置中的油路对接装置、锁紧装置进行设计。对油路对接装置中公头及母头弹簧的主要参数进行计算,保证油路对接装置可在500米水深下保持密封。利用有限元软件对装置密封圈进行分析,得到密封圈与密封面之间的接触压力。估算油路对接过程中的轴向锁紧力大小,并依此对锁紧装置梯形螺旋副部分进行参数选择及尺寸校核,保证锁紧可靠。最后对锁紧装置中的螺旋副区域进行接触分析,验证梯形螺纹牙强度要求;对锁紧传动轴进行模态分析,研究其动态性能,避免因振动导致快速换接装置损坏。基于对接容差指标对快速换接装置的导向对中装置进行设计。为计算对接容差以便于修改设计参数,根据几何条件和力学摩擦条件,对装置在对接过程中的位姿调整情况进行分析与计算,建立数学模型。利用Matlab计算容差范围确定装置满足对接容差指标要求。利用Adams对装置处于各种典型极限位姿偏差情况下进行对接仿真实验,验证容差理论计算的正确性。对装置对接过程接触力影响因素进行仿真分析,得到导向凹槽锥角、初始调整推力以及摩擦系数对接触力的影响。根据对快速换接装置的油路对接装置内液压油运动情况进行研究的基础上,建立描述流体运动规律的数学模型。通过FLUENT对油路对接装置内稳态流场进行数值模拟,得到装置内单向阀对顶开度和阀芯结构对其流阻特性的影响。根据流场区域不同入口流速下阀体表面气蚀现象分布特点,提出了阀体结构改进方案,降低了阀体表面受到的气蚀破坏。最后对油路对接过程进行动力学仿真,验证油路对接装置结构设计的合理性。