10kN内河船用液压起锚绞车设计.pdf

9 4 机床与液压2 0 0 5 ． N o ． 1 1 1 0 k N内河船用液压起锚绞车设计 童伟 ，刘树道 华南理工大学汽车工程学院，广州5 1 0 6 4 0 摘要简要介绍了 1 0 k N内河船的液压起锚绞车的设计过程 ，主要对绞车的结构设计 、液压系统 以及液压元件的选择 等方面进行了阐述，对起锚绞车的设计具有一定的参考价值。 关键词 起锚绞车；结构设计 ；液压系统 中图分类号 U 6 6 4 ． 4 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 0 5 1 1 0 9 4 2 Th e De s i g n o f t h e 1 0 k N Hy d r a u l i c Ca p s t a n f o r I n l a n ddv e r S h i p TONG W e i ． L I U Sh u ． d a o C o l l e g e o f A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g ，S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e d e s i g n p r o c e s s o f 1 0 k N h y d r a u l i c c a p s t a n f o r i n l a n dr i v e r s h i p w a s i n t r o d u c e d，ma i n l y o n t h e s t r u c t u r e d e s i gn ， h y d r a u l i c s y s t e m a n d c h o i c e o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s o f t h e c a p s t a n ． I t i s h e l p f u l f o r d e s i g n i n g c a p s t a n s ． Ke y wo r d s Ca p s t a n；S t r u c t u r e d e s i gn ；Hy d r a u l i c s y s t e m 0 引 言 近年来 ，由于近岸工程的迅速发展，为了满足内 河开发和近岸工程发展的需要，在一般的小吨位内河 船上，开始采用液压的或电动的起锚绞车来进行起 锚、抛锚和系泊作业 ，来提高作业效率和降低船舶操 作人员的劳动强度。内河船用起锚绞车具起锚和系泊 作业功能，一机两用，节省设备，增大船舶的使用空 问。由于以往在小吨位的船舶上配置的大多数是手动 的起锚绞车，它们面临着被更新换代的趋势 ，因此液 压起锚绞车在内河船上具有较大的市场潜力。本文就 笔者所开发研制的内河船用液压起锚绞车进行简单的 介绍。 1 设计要求 根据该绞车的工作 环境 ，锚重 l t ，卷筒容量 为 1 3 0 m，最大下水深度为 4 5 m，机身长不能超过 2 m， 重量越轻越好 ，最好不要超过 1 t ，在液压系统无法工 作的情况下 ，还能用手动作业。最大制动负载为绞缆 卷筒负载的 1 ． 5倍，锚缆的速度不低于 9 m ／ ra i n 。 2 结构设计 整个绞车结构设计的重点是绞车体的设计，驱动 部分可以选用标准件来进行简单的设计组合。该绞车 的结构如图 1 所示 ，机身长度为 1 ． 9 2 m，在绞车的动 力输入轴 小齿轮轴的一端接入动力，另一端 留 有手动输入接口，以便在必要时装上备用的手轮进行 作业操作；离合器用来接通和断开来 自液压马达的动 力，棘轮棘爪机构是用来当手动操作起锚时防止因为 锚的自重而回转，刹车装置是通过刹车手柄和踏板张 紧制动带使绞缆筒停止转动。绞车本体上的齿轮减速 7 1 Af 机构的减速比为 i I H O5 ． 8 4 ，齿轮的模数为 L 2 二 J 4 ，液压马达输出的动力通过减速器、联轴器传给小 齿轮轴 ，小齿轮轴再通过齿轮减速机构传给绞缆筒。 液压泵 、电动 机装 在油箱 的上 面 被遮 住，未示 出 ，阀体、管路及控制电路没有在本图中示出。 采用 目前较为流行的三维设计软件 S o l i d Wo r k s 进 行结构设计，该软件是基于尺寸驱动的，先画三维图 图 1 1 0 k N液压起锚绞车结构 形后 ，再根据需要可 自动生成二维的工程图，具有直 观、易 于修 改 的特点 ， 当尺寸 或 局部 有修 改 时，只需修改尺寸或局 部结构 ，图形重建后就 是所需的实体 ，无须重 新设计 ，减小了设计工 作量 ，特别适合于不太 复杂 的机 器的 开发 和设 计工作 。图 1就是采 用该软件绘 制 出 的装 配 体的立体视图。 3液压系统的设计 詈 乏 的 1 ． 液 压 泵2 ． 换 向 阀3 ． 单 篓 女 口 ． 蚕 ； ． 输 出 的 高 压 油 通 过 换 向 ’ ． 单 ’ 7 ， ’ ． 阀的右位 ，再通过单向 全阀8 ．滤 油器 9 ．液压 油 维普资讯 机床与液压2 0 0 5 ． N o ． 1 1 9 5 或绞缆作业 ，当换向阀的工作位置处于左位时，液压 马达反转，锚绞盘处于放缆或放锚作业，此时，通过 控制单向节流阀的流道孔，来使放锚的速度得到限 制。阀7是系统的安全 阀，限定系统 的最高工作压 力。安全阀 1 1用于锚绞盘受到超强负荷时进行超载 保护，使绞盘和液压马达不致损坏。液压马达旁通截 止阀开启时，能使液压马达进油与回油路连通，马达 处于自由转动状态。为了使液压马达不致出观吸空状 态，用两只单向阀连接油箱给马达补油 。 4 液压元件的选择 主要是液压马达的选择，液压马达的选择与绞车 系缆卷筒所受的负载有关。设锚重为 Ⅳ ，系缆卷筒 所受的最大拉力为 Ⅳ m 。采用直径为 1 5 ra m的钢缆 绳，其单位长度的重量为 0 ． 5 7 k s ／ m，设缆绳的最小 速度为 口 I n 。 Ⅳ N10 ． 5 7 9． 8 4 51 0 0 0 9 ． 80 ． 5 7 9 ． 8 4 51 0 0 5 1 ． 3 7 N 卷筒上所需的功率 P N m ⋯ 1 0 0 5 1 ． 3 7 9 ／ 6 0I ． 5 k W 因卷筒直径设计成 b 2 5 0 m m，经计算当钢丝绳实 际绕的层数为 3 ． 5层时取得 r 1 6 2 ． 5 m m，卷筒上 的拉力 Ⅳ 9 8 0 0 0 ． 5 7 9 ． 8 4 01 0 0 2 3 N 。 作用在卷筒上的扭矩为 T l N m r 1 0 0 5 1 ． 3 7 0 ． 1 6 2 51 6 3 3 ． 3 N m 设卷上钢丝绳后的平均直径为 d ，卷筒的转速 n 】 为 高 ％ r／ m in 液压马达选为 G M 5 5齿轮马达，其排量为 5 ． 2 m L ／ r ，工作压力为 2 0 MP a ，输出扭矩为 1 6 ． 5 6 1 N m， 转速为 8 0 0 4 0 0 0 r ／ m i n 。 总减速 比 i 1 6 3 3 ． 3 ／ 1 6 ． 5 6 19 8 ． 6 2 ，减 速 器 的 减速比为 i 9 8 ． 6 2 ／ i 。 1 6 ． 8 8 ，实际上取减速器的减 速比为 1 8 ，选用单级开式圆柱齿轮减速器 ，则总减 速 比为 i 5 ． 8 41 8 1 0 5 ． 1 2 。 马达 的转速为 n 1 0 5 ． 1 2 n ， 1 0 4 8 r ／ m i n ，可取为 1 2 0 0 r ／ m i n ，则最后钢丝缆绳的速度为 。 “ r r d 1 0 ． 2 9 m ／ m i n ，符合速度要求 。 传到卷筒的扭矩为 T 1 6 ． 5 6 1 1 0 5 ． 1 21 7 4 0 ． 9 N m ，比 T ． 1 6 3 3 ． 3 N m略大，也符合扭矩要求。 马达的输出功率为 P 。 p 钾 2 01 0 0 ． 8 81 ． 8 3 k W 如再考虑减速的效率 7 7 。 一单级开式圆柱齿轮传动效率 ，7 7 。 0 ． 9 5 ； 叼 一弹性联轴器传动效率 ，， 7 0 ． 9 9 ； 一 减速箱传动效率，仉 0 ． 9 4 。 则传到卷筒上的功率 P P 。7 7 P 。 7 7 7 7 7 7 1 ． 8 3 0 ． 8 8 41 ． 6 2 k W 。功率正好与卷筒所需功 率相当，因此可选 G M 5 5型齿轮液压马达 ，该种马 达重量 只有 1 ． 9 k g 。 其它元件，如液压泵的选择可根据马达的流量和 压力来选取，液压阀和其它附件可根据液压泵来选 取 ，根据液压泵的功率和转速来选取电动机、减速器 则根据减速 比来选择 。这里限于篇幅，不再一一描 述 。 5 结束语 本文采用新型的机械设计方法，提高了设计的效 率 ，同时也方便研发阶段的反复修改工作。所设计出 的 1 0 k N液压起锚绞车具有重量轻 、尺寸小的特点， 液压系统简单 、可靠 ，可广泛应用于内河船上作为起 锚和系泊作业 ，相信会逐步推广到各种内河工程船 上 。 参考文献 【 1 】中国船级社 ．钢质内河船舶人级与建造规范 [ M]． 北京 人民交通出版社，2 0 0 1 ． 【 2 】李维等 ． S o l i d Wo r k s 精彩实例 [ M]． 北京清华大 学出版社，2 0 0 2 ， 【 3 】吴良宝等 ， 船舶液压传动系统 [ M]．北京国防工 业出版社，1 9 8 7 【 4 】徐灏 ． 机械设计手册第 5 卷 [ M]．北京 机械工 业出版社 ，1 9 9 2 ． 【 5 】机械设计手册编委会 ． 机械设计手册 新版 第 5 卷[ M]．北京机械工业出版社，2 0 0 4 ， 作者简介童 伟 1 9 7 0一 ，男 ，汉族，湖南浏 阳 人，在职博士生，讲师，主要从事现代机电控制与流体传 动的研究。电话 0 2 0 8 7 1 1 1 0 3 03 2 2 1 O ，8 7 1 1 4 7 4 6 H ，1 3 6 2 2 7 6 6 1 5 1 。Em a i l w t o n g s c u t ， e d u ． c n 。 收稿 时间 2 0 0 5 0 91 6 奉化市赛诺欧液压技术有限公司主要产品 目录 N X Q系列液压蓄 能器 C J Z Q球 型截 止 阀 G L C系列水冷式油冷却器A Q F型安全球阀 C Q J 型蓄能器充气工具 Q X F一 5充气阀 Y J F系列高压截止阀 J Z F S系列高压截止阀 G X Q系列隔膜式 蓄能器 K F型压力表开关 H X Q系列活塞式蓄能器 C D Z型充氮车 D I F 、A型直通单向阀 地址奉化市东郊工业园 岳林东路 3 7 7号 邮编 3 1 5 5 7 8 电话 0 5 7 4 8 8 9 2 7 2 1 8 传真0 5 7 4 8 8 9 3 0 5 6 7 网址 h t t p ／ ／ w w w． s i e n o h o ． c o m E ma i l s i e n o h o 1 6 3 ．c o m 维普资讯