海上三体式救助艇液压控制系统.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 O 8期 海上三体式救助艇液压控制系统 凌 勇坚 1 Hy d r a u l i c Co nt r o l S y s t e m o f Th r e e Po s t u r e s Re s c ue Bo a t o n S e a L I N G Y o n g - j i a n ， 1 ． 浙江信息工程学校 ， 浙江 湖州3 1 3 0 0 0 ； 2 ． 湖州红卫实业有限公司 ， 浙江 湖州3 1 3 0 0 0 摘 要 该文叙述 了浙北地区一家专业生产制造船艇企业 ， 针对 目前市场变化 的实 际情况 ， 与上海某高校联手 ， 研发 了一款用于海上救 助 的全液压控制的三体式救助艇 ， 包括该艇概况 、 液压控制 系统原理 、 模拟试航效果和综 合评估等 ， 提出了进一步优化完善的新思路 。 关键词 海上救 助艇 ； 三体式 ； 液压控制系统 中图分 类号 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 8 0 0 5 4 0 4 O 引言 随着海上 民船的 日益增多 ．海事时有发生的实际 情况 ． 近期浙北地区的一家专业制造船艇企业 ， 以机敏 的头脑 。 看 准了这一市场契机 ， 与上海某高校联手 ， 开 发了一款全液压控制的“ 海上三体式救助艇” 。 1 船艇概况 浙北地 区那家船艇制造企业新近研发的海上三体 式救助艇的外形构造大致如图 1 所示 。 图 1 海 上 三体 式 救 助 艇 三 维 示 意 图 该救助艇 的特点是 。 稳定性好 ， 航速快 ， 时速可达 4 0节以上 。 主要适用于海上救助 、 物 资和人员运送、 抢 险排险等各类民用和军用场合 。该艇为三体船 ， 两个片 体分布在船体的舯艉两侧 。 主体处于舯艏中间位置 。航 行推进装置采用水喷式 ．推进器款式为大流量低扬程 的轴流泵 ． 共有两台 ， 分别设在左右两片体 的后部。柴 油发动机装在主体的后段部分 ． 动力配备为 4 0 o k W。 该艇控制和照明系统的电力 ．采用风帆牌蓄电池 供 电 ，型 号为 6 - C Q A 一 2 1 0 ，单 个 蓄 电池 尺寸 为 5 1 7 mm 2 7 1 m m 2 5 2 m m 长 宽 高 ， 电压为 1 2 V． 容量 为 2 1 0 A H． 共选用 8个 。 收稿 日期 1 2 0 1 3 0 2 2 0 作者简 介 凌 勇坚 1 9 5 8 一 ， 男 ， 浙江湖 州人 ， 高级工程师 ， 大学本科 ， 研究 方 向为水力和液压机械设计 。 在艇艉的主甲板上 ．还设置 了一 台能 3 6 0 。 自由回 转 的液压控制式机械臂 ， 大致款式和位置如 图 2所示。 图 2液 压 式 机 械 臂 该机械臂能够解决艇与船或码头之间的防碰撞 问 题 ． 考虑到救助时的海浪颠簸 ． 能使艇与船之间保持一 定 的距离。在海上条件不利的情况下 ． 能利用该机械臂 进行人员 、 物资在艇与船之间接送或投放。其动力来 自 于艇主体后段 中的那台 4 0 0 k W 柴油发动机f 当救助艇 进行施救作业时 ， 由于是处于非全速航行的慢速状况 ． 所需动力小 ． 出力不足 ． 因而有足够 的余量可用于机械 臂 。 2 液压控制系统 该海上救助艇操作控制方式为全液压 的．液压控 制系统可以分为两大部分 ， 即一部分为艇体推进系统 ． 一 部分为机械臂系统 ．动力均来 自于一台 4 0 0 k W 柴油 发 动机 。 2 ． 1 艇体推进系统 该艇船体推进装置为两 台轴流泵 ．各 由一台液压 柱塞马达所驱动 ． 其液压控制系统原理如图 3所示 当要使该船艇进入航行状况 ．只要先启 动那 台柴 油发动机 ， 待稳定后 ， 上排使液压柱塞泵 2开始泵油 ， 2 ～ 3 mi n后 。 液压系统就处 于了正常状态 ． 此时可按相关 的航行要求 ， 如船艇前行 、 后退 、 转 向等 ， 来操作相应 的 阀件即可 Hy d r a u l i c s P n e u ma ti c s S e a l s ， NO ． 0 8 ． 2 0 1 3 1 一 带单 向阀精 过滤器2 一 液压柱塞泵 3 一 液压单 向阀4 、 4 a 一 液 压调整阀5、 5 a 一 三位 四通 电磁换 向阀 6 、 6 a _ 液压 柱塞马达7 - 电磁控 制式溢流阀8 一 液压单 向阀 9 一 调速式背压 阀 1 0 一 带单向阀粗过滤器 图 3船体推进装置液压控制 系统 1 要使船艇处于前进状态 ， 只要使三位 四通 电磁 换 向阀 5 、 5 a分别处于右位 、 左位 即可 ， 此 时的液流方 向为 由油箱 带单 向阀精过滤器 1 一液压柱塞泵 2 _ 液压单 向阀 3 一液压调整阀 4 、 4 a 一 三位 四通 电磁换 向 阀 5 右位 、 5 a 左位 _ 液压柱塞马达 6 左侧 、 6 a 右 侧 液压柱塞马达 6 右侧 、 6 a 左侧 _ 三位四通 电磁 换向阀 5 右位 、 5 a 左位 调速式背压 阀 9 带单 向 阀粗过滤器 1 0 _ 回归油箱 2 要使船艇处于后退状态 。 只要使三位 四通 电磁 换 向阀 5 、 5 a分别处于左位 、 右位 即可 ， 此时 的液流方 向为 油箱- 带单 向阀精过滤器 1 液压柱塞泵 2 液 压单 向阀 3 - 液压调整阀 4 、 4 三位 四通 电磁换 向阀 5 左位 、 5 a 右位 液压柱塞马达 6 右侧 、 6 a 左侧 液压柱塞 马达 6 左侧 、 6 a 右侧 一三位 四通 电磁换 向阀 5 左位 、 5 a 右位 调速式背压 阀 9 一 带单 向阀 粗过滤器 1 0 _ 油箱 3 要使船艇处于大弧度缓慢转 向状态 ， 只要调节 调速 阀 4和 4 a ． 使液压柱塞马达 6和 6 a 存在转速差即 可。倘若要使船体左转 ， 只要左置液压柱塞马达 4转速 小 于右置液压柱塞马达 4 a ． 即可实现 ； 反之要使船体右 转 ．只要左置液压柱塞马达 4转速大于右置液压柱塞 马达 4 a ． 同样可实现 。 4 要使船艇处于小弧度急转 向状态 ， 只要使三位 四通 电磁换 向阀 6 、 6 a的阀芯均处于左位或右位 。 使液 压柱塞马达 6 和 6 a 转向相反即可。倘若要使船体左向 急转 ， 此 时将三位 四通 电磁换 向阀 6 、 6 a的阀芯置于左 位 。 使液压柱塞泵 6处 于反转 、 6 a处 于正转 即可 ； 倘若 要使船体右 向急转 ，此时将三位 四通 电磁换 向阀 6 、 6 a 的阀芯置 于右位 。 使液压柱塞泵 6处于正转 、 6 a处于反 转即可 。如果觉得这样转 向速度太快 ， 会引起不安全 ， 需要稍慢一些 ． 同样可以调节调速阀 4或 4 a ． 使液压柱 塞马达 6或 6 a转速低一些 2 ． 2机械臂系统 机械臂装置液压控制系统按工作方式细分 ．可以 分为两大部分 ， 一部分是臂架部分 四只液压油缸 ， 另 一 部分是 回转机构部分 一台液压齿轮马达 。 1 臂架部分 臂架部分液压控制系统原理如图 4所示 图 4机 械 臂 臂 架 i 匿压 控 制 系统 图 4中的 1 、 1 a 、 l b为三位 四通 电磁换 向阀， 2 、 2 a 、 2 b , 2 c 、 2 d 、 2 e 、 2 f 、 2 g为液控单 向阀 ， 3 、 3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d 、 3 e 、 3 f 、 3 g为液压单向调速 阀， 4 、 4 a 、 4 b 、 4 c为液压油缸。其 中的液压油缸 4和 4 a是用 于变幅 ． 这两件的活塞杆动 作必须保持 同步 ， 即推程要相等 、 回程要相等 。 具体是 通过调节液压单 向调速阀 3和 3 c 、 3 a和 3 b来实现 ， 一 经调定后 ， 通常就不再操动 。4 b为弯臂油缸 。 4 c为工作 油 缸 。 1 要使变幅臂的倾角增 大 ， 只要使三位四通 电磁 换 向阀 1的阀芯处 于左位 ． 使两液压油缸 4和 4 a的活 塞杆向里收缩即可。此时的液流方 向为 系统一 三位 四 通 电磁换 向阀 1 左位 液控单 向阀 2 、 2 c - 液压单 向 调速 阀 3 右路 、 3 c 右路 _ 液 压油缸 4 左腔 、 4 a 右 腔 ； 由液压油缸 4 右腔 、 4 a 左腔 液压单 向调速阀 3 a 左路 、 3 b 左路 一 液控单 向阀 2 a 2 b 三位 四通 电 磁换 向阀 1 左位 _ 回归系统。 要使变幅臂 的倾角减小 ．只要使三位四通 电磁换 向阀 1的阀芯处于右位 ． 使两液压油缸 4和 4 a的活塞 杆向外伸即可。此时的液流方向为 系统一 三位四通电 磁换 向阀 1 右位 液控单 向阀 2 a 、 2 b _ 液压单 向调 速 阀 3 a 右路 、 3 b 右路 一 液压油缸 4 右腔 、 4 a 左 腔 ； 液压油缸 4 左腔 、 4 a 右腔 - 液压单 向调速阀 3 f 左路 、 3 c 左路 液控单向阀2 、 2 c _ 三位四通电磁换 向阀 1 右位 系统 。 2 要使弯臂 的夹角增大 ， 只要使三位四通 电磁 换 向阀 l a的阀芯处于左位 ．使液压油缸 4 b的活塞杆向 里收缩即可。此时的液流方向为 系统_ 三位 四通 电磁 换 向阀 1 a 左位 一液控单 向阀 2 d 一液压单 向调速 阀 5 5 6 5 4 3 2 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 O 8期 3 d 右路卜 液压油缸 4 b 左腔 ； 液压油缸 4 b 右腔 _ 液压单 向调速阀 3 e 左路1 液控单向阀 2 e - 三位 四通 电磁换向阀 1 左位 一系统 。 要使弯臂的夹角减小 ．只要使三位四通 电磁换 向 阀 1 a的阀芯处于右位 ．使液压油缸 4 b的活塞杆向外 伸 即可。此时的液流方向为 系统 三位 四通 电磁换向 阀 l a 右位 液控单 向阀 2 e 一液压单 向调速阀 3 e 右 路卜 液压油缸 4 b 右腔 ； 液压油缸 4 b 左腔 液压单 向调速阀 3 d 左路1 液控单 向阀 2 d 一三位四通 电磁换 向阀 1 右位 系统 。 3 要使工作拖板处于正踩 向外 状态 ， 只要使三 位四通电磁换向阀 1 b的阀芯处于左位 。 使液压油缸 4 c 的活塞杆 向里收缩 即可。此时的液流方 向为 系统一三 位四通电磁换 向阀 l b 左位 液控单 向阀 2 f _ 液压单 向调速阀 3 f 右路卜 液压油缸 4 c 左腔 液压油缸 4 c 右腔 一液压单 向调速阀 3 g 2 路 _ 液控单向阀 2 三位四通电磁换 向阀 l b 左位 回归系统。 要使工作拖板处 于反踩 向内 状态 。 只要使三位 四通 电磁换 向阀 1 b的阀芯处于右位 ．使液压油缸 4 c 的活塞杆向外伸 即可。此时的液流方 向为 系统 三位 四通 电磁换 向阀 1 b 右位 _ 液控单 向阀 2 液压单 向调速 阀 3 g 右路 液压油缸 4 c 右腔 ； 液压油缸 4 c 左腔 _ 液压单 向调速阀 3 f 左路 液控单 向阀 2 三位 四通电磁换向阀 1 b 右位 系统 。 2 回转机构部分 机械臂 回转机构主要 是 由 3个小行 星外齿轮 ． 以 1 2 0 的夹角均布啮合在一个大 内齿轮上 。作周向回转 。 其 中的一个小齿轮 由液压齿轮马达所驱动 ．即为主动 小齿轮 ， 其余两个为从动小齿轮。其液压控制系统原理 如图 5所示 图 5回转机构液压控制 系统 要使机械臂装置按顺时针方 向旋转 俯视 。 只要 使 三位 四通 电磁换 向阀 2的阀芯处 于右位即可 ．此时 的液流方向为 系统 液压调整阀 1 三位 四通电磁换 向阀 2 右位 - 液压齿轮马达 3 f 左侧 液压齿轮马达 3 右侧1 _ 三位四通电磁换 向阀 2 右位 系统。 要使机械臂装置按逆 时针方向旋转 俯视 ， 只要 5 6 使 三位 四通 电磁换 向阀 2的阀芯处于左位 即可 ．此时 的液流方 向为 系统一 液压调整 阀 l 三位 四通 电磁换 向阀 2 左 位 液压齿轮马达 3 右侧 液压齿 轮马 达 3 左侧 一 三位 四通电磁换向阀 2 左位 系统 。 3 实艇情况 该海上三体式救助艇 自建造完工 以后 ．几经在太 湖水区风力在 5级左右的情况下进行模拟试航 ．测得 各类液压 阀件的操作控制性能完好 ．完全达到了使用 的要求 ． 并经技术经济综合评估 ． 全艇 的总体实效也是 值得肯定的。具体可以从以下几个方面来表述 1 采用液压柱塞马达驱动轴流泵的推进方式后 。 由于吸水 拉 与排水 推 能形成合力 ， 因而增速快 ， 效 率高 ， 最大航速可达 4 0级以上 ， 实现 了快速性 ． 达到了 预期的设计 目标 2 该救助艇航行 时的转向 。 由于采用 了靠操作液 压调速阀和三位 四通 电磁换向阀的方式 ．来改变两台 轴流泵 的转速差 、 正反转向等来实现 。 因而无需设置舵 机 ， 使艇体设备简化 、 水 阻力小 、 能耗低 、 转向容 易 ， 体 现 了灵活 性 3 由于机 械臂系统 自身不配带发动机等动力设 备 ． 因而在海面上除了波浪对艇体会产 生颠簸以外 ． 艇 艉没有大 的振动源和噪声源 。这就极大地改善 了救助 时的艇与船之间的互动状况 。 优化 了施救手段 ． 尤其是 当有人员从机械臂上经过时。 更显得凸出和有效。 4 采用一机 多用的方式后 ， 减 小了装 机总容量 ， 使得设备利用率 提高 ， 出力好 ， 能耗低 。这既减少 了投 资 ．又能缩小艇上的占用空间 。还能减少艇体 的排水 量 ． 真是一举多得。 5 该艇采用全液压控制方式后 ， 由于是在海面上 航行 。 风浪大 、 海况复杂 ， 因而不仅要求这些液压 阀件 的质量必须过关 ．而且驾艇人员还应具有丰富的液压 知识和精湛的液压技术 ．此外艇上还得配有足够的液 压阀备件。倘若系统一旦发生故障 ， 能快速排 除， 因而 对人员 的综合素质要求 比较高 ， 只有训练有素 、 具有丰 富实践经验者才行 6 探索建造无人驾驶艇的可能性 。根据多次模拟 试航反馈 出来 的情况 ．再结合该企业 目前掌握 的技术 状况和所能获得 的外来科技支持等 。要想在短期内建 成无人驾驶艇 ， 暂时还有较大的距离 。因为大海 中的海 况复杂 ．风浪变化莫测 ．很难用程控 的方式来灵活把 握 还有是遥控 区域大小和可能遇到的信号干扰等 。 都 是需要慎重考虑的问题 ．只有人脑才能随机应付各种 意想不 到的变化 。但是我们相信 ，只要坚持不懈地努 翠 著 一 ； Hy d r a u l i c s Pn e u ma t i c s S e a l s ， N O ． 0 8 ． 2 01 3 废纸板打包机液压系统设计 陈 辉 常州刘 国钧高等职业技术学校 ， 江苏 常州2 1 3 0 2 5 摘要 文章介 绍 了废纸板 打包 机的功能 ， 设计 了废 纸板 打包机 的液压 系统 ， 并进 行 了简单的设计算 ， 分析 了该 液压系统的优缺 点 ， 具 有实用 意义 。 关键词 废纸板打包机 ； 液压系统 ； 设计 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 8 0 0 5 7 0 2 De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r W a s t e Ca r d b o a r d Ba l e r C HEN Hu i C h a n g z h o u L i u G u o J u n Hi g h e r V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l S c h o o l s ， C h a n g z h o u 2 1 3 0 2 5 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e wa s t e c a r d b o a r d b a l e r f u n c t i o n s ， d e s i g n s w a s t e c a r d b o a r d b ale r h y d r a u l i c s y s t e m， a n d h a s c a r r i e d o n the s i mp l e d e s i gn c alc u l a t i o n ，a n aly s i s t h e h y d r a u l i c s y s t e m，w h i c h i s o f p r a c t i c al s i gni fi c a n c e ． Ke y wo r d s wa s t e c a r d b o a r d b a l e r ； h y d r a u l i c s y s t e m； d e s i gn 0 引言 近年来 ． 随着经济 的飞速发展 ． 电子商务业务发展 迅猛 ． 大大提高了快递行业的拓展速度 。 使得市场对包 装盒的需求量激增 。以国内某知名电商为例 ，在 2 0 1 2 年 “ 双十一 ” 期 间该电商销量达到 1 9 0多亿元 ， 引发快 递业务量增加 5 0 ％以上。电子商务的发展一方面给我 们带来 了方便和实惠 。另一方面又使得包装盒使用量 大幅增加 ． 给我们带来 了很多的废 旧纸板 ， 造成了巨大 的资源浪费。在资源 日益短缺与环境 日趋恶化的今天 ， 我们倡导循环利用 、 节约能源 的生活理念 ， 因此如何循 环利用废 旧纸板成为绿色环保的一项重要 内容。废纸 板打包机是废纸板 回收利用 中的一个重要环节 ，可 以 对废纸板进行压缩打包处理 ， 节省 占地 ， 对废纸板等易 压缩性的可再生资源的利用具有重要意义 。由于液压 收稿 E t 期 2 0 1 3 - 0 2 0 8 作者简介 陈辉 1 9 8 1 一 ， 女 ， 江苏徐州人 ， 讲师 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向 机械设计与制造 。 传动的诸多优点 ． 在进行废纸板打包设计 时． 优先选择 液压传动方案。 1 废纸板打包机简介 废纸板打包机主要是用于在常态下将废纸板及类 似的产品挤压结 实 ， 打包成形 ， 使其体积 大大减小 ， 从 而达到减少运输体积、 节约运费， 为企业增加效益 的 目 的。图 1 是废纸板打包机的外观结构 图， 其液压系统主 要实现废纸板 的压紧 ， 穿丝搭扣打包 。 将打包的废纸板 推出压紧箱 。 最后推入堆放处 。 图 1 废纸板打包机外观结构 2 废纸板打包机液压系统 根据废纸板打包机 的功能要求 ．液压系统主要动 作 步骤为 压 紧_ 穿丝搭扣 推出压紧箱 推入堆放 力 ， 开拓思路 ， 不断探索 ， 继续 总结经验 ， 进一步寻求新 的支持 ． 该企业建造无人艇的 目标总有一天会实现 。 参考文献 [ 1 1 林 国重． 液压传 动与控制[ I 哪． 北京 北京理工大学出版社， 1 9 8 6 ． [ 2 】 凌勇坚． 节能环保型抗沉式铝合金游艇的研制[ J ] ． 船舶设计通 讯， 2 0 0 6 ， 2 ． [ 3 1 凌勇坚． D L C 9 5 0型斗轮式挖泥船液压控制系统的优化设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 2 ， 8 ． [ 4 】 成大先． 机械设计手册[ M】 ． 北京 化学工业出版社， 1 9 6 9 ． [ 5 】 李龙堂， 等． 工程力学 [ M 】 ． 上海 高等教育出版社， 1 9 8 9 ． [ 6 】 黎树明． 工程船液压传 动装置[ M】 ． 北京 人民交通 出版社， 1 9 8 4 ． 与 7