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摘 要 現(xiàn)實(shí)當(dāng)中我們看到的登船梯給我們的感覺(jué)是很笨重，不方便，如果用于游船是可行 的，但是如果用于航母或軍艦的話，那肯定不能符合使用要求了（一旦碼頭情況不允許 那就會(huì)帶來(lái)麻煩），所以必須研制出一種既輕巧方便又安全能適應(yīng)軍用的登船梯系統(tǒng)， 這就是我的課題所要做達(dá)到的要求。 我所設(shè)計(jì)的跳板裝置不僅設(shè)計(jì)了一些機(jī)械傳動(dòng)，還在原有的基礎(chǔ)上采用了液壓傳動(dòng)。 采用液壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：易于實(shí)現(xiàn)頻繁的起動(dòng)、換向和變速，且對(duì)船舶電站的影響 較??；慣性小、位置控制精度較高；輸出的力和轉(zhuǎn)矩可以很大，但線速度和轉(zhuǎn)速可以很 低，體積和重量卻很小；調(diào)速范圍廣。因此，液壓傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類船舶上。本 課題是我國(guó)首艘航母上液壓登船梯的設(shè)計(jì)。跳板（登船梯）主要用于軍艦與碼頭之間人 員及限重物資通過(guò)或遷移。本登船梯系統(tǒng)即可電動(dòng)也可手動(dòng)，手動(dòng)是通過(guò)手搖泵來(lái)實(shí)現(xiàn) 的，手搖泵的運(yùn)用是為了防止斷電情況下登船梯不能使用而設(shè)計(jì)的。 關(guān)鍵詞：登船梯；液壓傳動(dòng)；手搖泵 II Abstract Reality we have seen boarding ladder gives us the feeling is very heavy, inconvenient for cruise ships is feasible, but if for aircraft carriers or warships, it certainly does not meet the requirements (once the pier is notit will cause trouble), it is necessary to develop a lightweight and convenient and safe to be able to adapt to a military boarding ladder system, this is my topic have to do to achieve the requirements. I designed a springboard device not only designed a number of mechanical transmission, hydraulic transmission still in the original basis. With hydraulic drive of the outstanding advantages: easy to implement frequent starting, commutation and variable speed, and less impact on the ships power plant; inertia, high precision position control; force and torque of the output can be large, but the line speed and the speed can be very low, very small size and weight; wide speed range. Therefore, the hydraulic drive is now widely used in all types of vessels. The issue is Chinas first aircraft carrier, the hydraulic design of the boarding ladder. Springboard (boarding ladder) is mainly used for warships to the pier and weight limit supplies through or migrate. The boarding ladder system to the electric can also be manually manually by hand pump, the use of the hand pump is designed to prevent the boarding ladder in case of power failure can not be used. Keywords: boarding ladder; hydraulic transmission; hand pump V 目 錄 摘 要 ....................................................................III ABSTRACT ...................................................................IV 目 錄 ......................................................................V 1 緒論 ......................................................................1 1.1 國(guó)內(nèi)登船梯的概況和發(fā)展趨勢(shì) .............................................1 1.2 課題的提出與意義 .......................................................2 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .....................................................4 2 總體方案的確定 .............................................................5 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) ...............................................................5 2.2 確定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 ...................................................5 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ...................................................5 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其校核 .......................................................6 3.1 概述 ..................................................................6 3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) ...............................................................6 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 ...................................................6 3.3.1 基架設(shè)計(jì)及校核 .....................................................6 3.3.2 回轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì) .....................................................8 3.3.3 登船梯的設(shè)計(jì) .......................................................9 3.3.4 油缸的設(shè)計(jì) ........................................................10 3.3.5 確定執(zhí)行元件的設(shè)計(jì) ................................................10 3.3.6 主回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算 ..........................................20 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其校核 ....................................................21 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 ........................................................21 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn) ..................................................21 4.2.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) ....................................................21 4.2.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) ....................................................21 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..........................................................22 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................22 4.3.2 液壓能源裝置設(shè)計(jì) ..................................................24 4.3.3 液壓閥的選擇 ......................................................24 4.3.4 液壓輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 ..........................................25 4.3.5 液壓控制說(shuō)明 .....................................................30 5 CATIA 有限元分析方法 .....................................................31 5.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介 ...................................................31 5.2 進(jìn)行有限元分析的目地和意義 ............................................31 5.3 活塞桿的受力變形情況進(jìn)行分析 ..........................................32 5.3.1 分析步驟 ..........................................................32 VI 6 結(jié)論與展望 ...............................................................34 6.1 結(jié)論 ..................................................................34 6.2 展望 ..................................................................34 致 謝 .....................................................................35 參考文獻(xiàn) ...................................................................36 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 國(guó)內(nèi)登船梯的概況和發(fā)展趨勢(shì) 登船梯屬于非標(biāo)產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)計(jì)算在國(guó)內(nèi)至今尚無(wú)規(guī)范可遵循，但可依據(jù)海洋工程、 船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè)計(jì)。主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平 臺(tái)之間人員及限重物資通過(guò)和遷移。為考慮使用時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采 用了液壓傳動(dòng)的全回轉(zhuǎn)、可升降的動(dòng)作方案。 國(guó)內(nèi)主要有三種登船梯結(jié)構(gòu)形式： (1)SS-1 型登船梯 上海石化總廠海運(yùn)碼頭二期擴(kuò)建工程系采用的型號(hào)。該型登船 梯適用于工作行程在工作平臺(tái)以下的碼頭，但是，其回轉(zhuǎn)跑梯式提伸架提升質(zhì)量大，電 機(jī)功率消耗較大，有待于進(jìn)一步完善。 (2)SS-5 型登船梯 該型登船梯適用于鎮(zhèn)海煉化股份有限公司算山泊碼頭 25 萬(wàn)噸 級(jí)泊位工程。該梯合理地運(yùn)用了曳引機(jī)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，使其整體結(jié)構(gòu)緊湊明了，旋轉(zhuǎn)、 伸縮的載荷小，由于選用的油缸尺寸較小，與卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相比，造價(jià)增加不大。 (3)SS-6 型登船梯 該梯使用于舟山興中石油轉(zhuǎn)運(yùn)有限公司，該梯運(yùn)用了液壓傳 動(dòng)的特點(diǎn)，是舷梯浮動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，小變幅機(jī)構(gòu)增加了舷梯的工作幅度，使 舷梯上仰時(shí)也能工作，降低了梯架的提升高度。 2007 年 9 月 8 日，香港“寶瓶星”號(hào)國(guó)際豪華油輪平穩(wěn)停靠在廈門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅 游碼頭，搭乘該輪近 2000 名來(lái)自世界各地的游客下船時(shí)，登上了新近投入使用的我國(guó)首 個(gè)油輪登船系統(tǒng)。 2006 年 8 月，交通部水運(yùn)科學(xué)研究所受廈門(mén)港委托簽訂了登船系統(tǒng)的研制合同。水 科院經(jīng)過(guò)一年多的技術(shù)設(shè)計(jì)、方案審查、施工設(shè)計(jì)、制造安裝、試車(chē)運(yùn)行，登船系統(tǒng)已 于 2007 年 7 月經(jīng)過(guò)了專家用戶的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)后，正式交付使用了。經(jīng)過(guò)了近 2 個(gè)月的試運(yùn) 行，廈門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅游碼頭，已接運(yùn)了“寶瓶星”號(hào)四個(gè)航次的?？?，近 8000 人次 旅客安全使用了登船系統(tǒng)。有關(guān)專家一致認(rèn)為，登船系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造新穎，性能先進(jìn)，達(dá) 到了國(guó)際先進(jìn)水平。 登船系統(tǒng)的使用避免了廈門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅游碼頭旅客露天上下游輪，為旅客提供 了一個(gè)舒適便捷、環(huán)境優(yōu)雅的上下游輪通道，海關(guān)人員可以直接在候船聯(lián)檢大樓辦公。 豪華游輪旅客登船系統(tǒng)的使用，改變了動(dòng)用吊車(chē)、叉車(chē)調(diào)運(yùn)旅客旋梯與游輪對(duì)接的傳統(tǒng) 操作模式，實(shí)現(xiàn)了接船作業(yè)的全自動(dòng)化，提高了游客上下游輪的安全性和旅客的通關(guān)速 度，節(jié)省了旅客的上下游輪時(shí)間。出入的旅客贊嘆道，登船就像登機(jī)一樣方便。 交通部水運(yùn)科學(xué)研究院接手這難題后，根據(jù)基本設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)了由一臺(tái)移動(dòng)升降 式登船機(jī)和一臺(tái)旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋兩部分組成的登船系統(tǒng)。移動(dòng)升降式登船機(jī)安裝在碼 頭前沿原有的集裝箱岸橋軌道上，旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋通道頭部的接機(jī)口與登船機(jī)尾部旅 客通道口對(duì)接。登船系統(tǒng)的首尾分別連接游輪和大樓候船聯(lián)檢大廳。而且，沒(méi)有客輪到 岸時(shí)，登船設(shè)備可以分離、移走，碼頭用于集裝箱裝卸作業(yè)，滿足碼頭多功能作業(yè)的要 求。 首次采用移動(dòng)升降式登船機(jī)與旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋組合形式的登船系統(tǒng)，滿足了接船 2 高度和跨度范圍大的特殊要求，接船跨度達(dá) 50 米。創(chuàng)下接船高度范圍達(dá) 1.07 米至 11.44 米，旅客登船橋接船高度超過(guò) 9 米兩項(xiàng)世界之最，是國(guó)內(nèi)接船高度差和跨度最大的國(guó)際 豪華游輪登船系統(tǒng)。 這是我國(guó)完全獨(dú)立研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。 圖 1.1 在廈門(mén)投用的我國(guó)首個(gè)登船系統(tǒng) 1.2 課題的提出與意義 隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，陸地可開(kāi)放資源日漸枯竭，世界各國(guó)逐漸將目光轉(zhuǎn)向海 洋，海洋資源的開(kāi)放及利用對(duì)各國(guó)的發(fā)展起到了越來(lái)越重要的作用。由此引起的國(guó)家及 地區(qū)間爭(zhēng)端、摩擦不斷。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著海洋島礁及資源爭(zhēng)奪的加劇，海上運(yùn)輸 線安全形勢(shì)日趨惡化，海上利益爭(zhēng)奪的形勢(shì)將更加嚴(yán)峻，尤其是美、日、俄、印等國(guó)家， 為壯大海軍采取多種措施，已出現(xiàn)群雄爭(zhēng)鋒的局面。在全面實(shí)施海洋開(kāi)放的時(shí)代背景條 件下，海軍肩負(fù)著維護(hù)國(guó)家安全，捍衛(wèi)主權(quán)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益的神圣使命。 同時(shí)由于我們國(guó)家日益發(fā)展的經(jīng)濟(jì)情況還有我們?nèi)找鎻?qiáng)大的軍事技術(shù)，我們和外界 的聯(lián)系也漸漸的緊密起來(lái)了。但是由于我國(guó)有著較為寬廣的港口領(lǐng)域，所以海上交通便 是我們和外界取得聯(lián)系的最好方式。但是海上交通就一定會(huì)用到輪船，而與陸地取得聯(lián) 系就一定要用到跳板了，所以我便對(duì)這種跳板裝置進(jìn)行了一些設(shè) 計(jì)。跳板作為自行輪船 重要的組成部分，可以在輪船靠近岸邊時(shí)，可以作為被保障裝備通行的橋梁。 未來(lái)幾年將是我國(guó)海洋事業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期，海洋石油工程也迎來(lái)了前所未有的發(fā) 展機(jī)遇。 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 3 圖 1.2 登船梯 圖 1.3 登船梯 以上是已有的登船梯系統(tǒng)，這兩種登船梯給我們的感覺(jué)是很笨重，不方便，如果用 于游船是可行的，但是如果用于航母或軍艦的話，那肯定不能符合使用要求了（一旦碼 頭情況不允許那就會(huì)帶來(lái)麻煩） ，所以必須研制出一種既輕巧方便又能安全適應(yīng)軍用的登 船梯系統(tǒng)，這就是我的課題所要做達(dá)到的要求。由此我便想到了液壓系統(tǒng)。液壓件是現(xiàn) 代機(jī)械設(shè)備中重要的基礎(chǔ)件，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、能源、冶金、交通等諸多領(lǐng)域，對(duì)于 提高機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平和質(zhì)量，提高自動(dòng)化應(yīng)用應(yīng)用程度都有十分重要的意義。 本課題是完成全回轉(zhuǎn)式登船梯裝置的總體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中還須設(shè)計(jì)液壓原理，完成 回轉(zhuǎn)支架、登船梯等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及油缸中重要零件的設(shè)計(jì)并做出必要的有限元分析。本 4 課題使我在設(shè)計(jì)過(guò)程中，能掌握較強(qiáng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，完成從設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行調(diào) 試的整個(gè)過(guò)程，這樣我熟悉了液壓系統(tǒng)的運(yùn)用，也提高解決實(shí)際工作問(wèn)題的能力，為以 后工作打下極好的基礎(chǔ)。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 我所設(shè)計(jì)的跳板裝置不僅設(shè)計(jì)了一些機(jī)械傳動(dòng)，還在原有的基礎(chǔ)上采用了液壓傳動(dòng)。 采用液壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：易于實(shí)現(xiàn)頻繁的起動(dòng)、換向和變速，且對(duì)船舶電站的影響 較小；慣性小、位置控制精度較高；輸出的力和轉(zhuǎn)矩可以很大，但線速度和轉(zhuǎn)速可以很 低，體積和重量卻很??；調(diào)速范圍廣。因此，液壓傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類船舶上。具 體要求如下: (1)能夠通過(guò)油缸伸出和縮回分別引起過(guò)橋的上傾和下放，過(guò)橋變幅的幅度為上傾極 限 30、 下放 30。 (2)能夠通過(guò)與回轉(zhuǎn)齒輪的嚙合實(shí)現(xiàn)跳板裝置的左右搖擺，角度為 180。 (3)上下六十度轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能夠隨時(shí)停在某個(gè)位置。 (4)登船梯在 180 度轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能隨時(shí)停在某個(gè)位置。 (5)登船梯擱在碼頭上能隨風(fēng)浪波動(dòng)。 (6)登船梯左右擺動(dòng)碰到碼頭時(shí)，能夠自動(dòng)讓位，以免船梯與碼頭硬碰硬碰撞而損壞 船體和登船梯。 根據(jù)技術(shù)要求，我們需要在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正式圖紙繪制。在設(shè) 計(jì)中還需對(duì)現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，如充分利用 CATIA 和 LINGO 等軟件進(jìn)行有限元應(yīng)力分 析、運(yùn)動(dòng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。我還要設(shè)計(jì)液壓原理圖、主機(jī)等部件。 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 5 2 總體方案的確定 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) (1)本套設(shè)備依據(jù)海洋工程、船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè) 計(jì)。 (2)本套設(shè)備以滿足相關(guān)海事部門(mén)管理要求設(shè)計(jì)。 (3)本套設(shè)備以符合 SOLAS（safety of life at sea）及相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 (4)本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿足相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范為前提并取得相 關(guān)船級(jí)社的證書(shū)。 2.2 確定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 登船梯主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平臺(tái)之間人員及限重物資通過(guò)或遷移。為考慮使用 時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采用了液壓傳動(dòng)的全回轉(zhuǎn)、可升降的動(dòng)作方案，并 具備照明、報(bào)警、應(yīng)急功能。 本登船梯主要由過(guò)橋、回轉(zhuǎn)上承臺(tái)、回轉(zhuǎn)裝置、升降油缸、配電與照明系統(tǒng)等部份 構(gòu)成。登船梯設(shè)計(jì)規(guī)格暫定工作長(zhǎng)度 9.6m。 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本液壓系統(tǒng)是針對(duì)軍艦而設(shè)計(jì)的全回轉(zhuǎn)式登船梯裝置機(jī)、制造的專用液壓傳動(dòng)設(shè)備。 該系統(tǒng)精選了國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件中的 各項(xiàng)技術(shù)要求。 本液壓系統(tǒng)由于采用了封閉式油箱結(jié)構(gòu)，所以允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作，但 使用時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性 。9 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊， 便于維修的特點(diǎn)。 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征：具有吸油濾油器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清 潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率,延長(zhǎng)系統(tǒng)各元、附件的使用壽命。 6 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其校核 3.1 概述 全回轉(zhuǎn)伸縮式登船梯（以下簡(jiǎn)稱登船梯）主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平臺(tái)之間人員及 限重物資通過(guò)或遷移。為考慮使用時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采用了液壓傳動(dòng) 的全回轉(zhuǎn)、可升降的動(dòng)作方案，并具備照明、報(bào)警、應(yīng)急功能。 本登船梯主要由鋼質(zhì)基架、回轉(zhuǎn)支架、登船梯、升降油缸、伸縮系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、 配電與照明系統(tǒng)等部份構(gòu)成。登船梯設(shè)計(jì)規(guī)格暫定工作長(zhǎng)度 9.6m，在此基礎(chǔ)上增加 0.51m。 3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) (1)本套設(shè)備依據(jù)海洋工程、船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè) 計(jì)。 (2)本套設(shè)備以滿足相關(guān)海事部門(mén)管理要求設(shè)計(jì)。 (3)本套設(shè)備以符合 SOLAS 及相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 (4)本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿足相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范為前提并取得相 關(guān)船級(jí)社的證書(shū)。 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 本套設(shè)備設(shè)計(jì)的范圍如前述組成部份（見(jiàn)所附布置圖） ，其間還包含了較多的項(xiàng)目。 由于各部件的尺寸、重量均較大，因此所有的超大零件上均安裝吊環(huán)以便于安全起吊和 安裝，這些吊環(huán)在裝船之前均需進(jìn)行無(wú)損壞試驗(yàn)。 下面按各部件分述如下： 3.3.1 基架設(shè)計(jì)及校核 基架以鋼質(zhì)筒體為主體，其外形直徑根據(jù)要求約為 506mm 左右，高度初步確定在 205mm 左右，基架的上端設(shè)置平型法蘭用于和上部回轉(zhuǎn)支架螺栓聯(lián)接。再用倆個(gè)連接齒輪 和回轉(zhuǎn)齒輪連接帶動(dòng)登船梯擺動(dòng) 。5 圖3.1 基架及回轉(zhuǎn)部分三維圖 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 7 模型： 圖 3.2 整體模型圖 現(xiàn)在計(jì)算各個(gè)工作部件對(duì)基架的作用力和作用力矩 。1 (1)計(jì)算登船梯跳板梯部分對(duì)基架的作用力和作用力矩： 登船梯質(zhì)量 m=576kg 重力 G=mg=576kg9.8m=5644.8N 所以對(duì)于基架的作用力 F1=5644.8N 質(zhì)心距離基架中心軸的距離 1d=3982.184mm+253mm=4235.184mm 所以對(duì)于基架的作用力矩 M1=F1d1=23905.728Nm (2)計(jì)算馬達(dá)對(duì)基架的作用力和作用力矩： 馬達(dá)的質(zhì)量 m2=542=108Kg 重力 G=mg=1089.8=2920.4N 所以對(duì)于基架的作用力 F2=1054N 質(zhì)心距離基架中心軸的距離 d2=203.5mm 所以對(duì)于基架的作用力矩 M4=F2d2=2144.89Nm (3)整個(gè)回轉(zhuǎn)裝置及回轉(zhuǎn)上承臺(tái)及其上零部件對(duì)基架的作用力 經(jīng)差算整個(gè)回轉(zhuǎn)裝置及回轉(zhuǎn)上承臺(tái)及其上零部件總重量約為 1200kg 所以 F3=10084.2N 由于上承臺(tái)及回轉(zhuǎn)裝置對(duì)基架的作用力主要是重力而不是力矩，所以上承臺(tái)及回轉(zhuǎn) 裝置對(duì)基架的力矩忽略不計(jì)即 M3=0 (4)計(jì)算基架本身的作用力和作用力矩： 8 基架本身的質(zhì)量 m=43Kg 重力 G=mg=421..4N 不過(guò)，質(zhì)心距離基架中心軸的距離 d4=0mm 所以作用力矩 M4=0 因此，所有部件對(duì)基架的作用力 F=F1+F2+F3 +F4=5644.8N+1054N+10084.2N+421.4=17204.4N 所有部件對(duì)支架的作用力力矩 M=M1+M2+M3+M4=239057.28Nm+2144.89Nm+0+0=241202.17Nm 現(xiàn)在先設(shè)取基架的壁厚 h=20mm 所以基架的橫截面積 A=(/4)*(0.5562-0.512 Error! No bookmark name given.) =0.049036m Iz = (/64)*(0.5564-0.514 Error! No bookmark name given.) =0.027913 = + = =89MPaAFZYIM027913.4936.017bs sQ2355Pan4/n/.5MPa基 架 材 料 選 用 ， 抗 拉 強(qiáng) 度選 取 安 全 系 數(shù) ， 所 以 【 】 可見(jiàn) 略小于【 】 ，為安全起見(jiàn)，增加壁厚至 h=25mm 此時(shí)基架的橫截面積 A=(/4)*(0.561 2-0.512 Error! No bookmark name given.) =0.05462m Iz = (/64)*(0.5614-0.514 Error! No bookmark name given.) =0.031397297 = + = =79MpaAFZYIM031972..4562.17 相差有點(diǎn)遠(yuǎn)，所以安全。 3.3.2 回轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)支架是本設(shè)備極其重要的組成部份，它分別由上承臺(tái)、回轉(zhuǎn)齒輪、液壓馬達(dá)、 減速箱、支架等部件組成?；剞D(zhuǎn)支架分別與基架及其登船梯相聯(lián)接。 3.3.2.1 回轉(zhuǎn)支架由高扭矩低轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)通過(guò)四個(gè)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)固定于上承臺(tái)的回 轉(zhuǎn)齒輪來(lái)旋轉(zhuǎn)整個(gè)支架。 回轉(zhuǎn)齒輪是登船梯上的一個(gè)重要部件，選用無(wú)錫立達(dá)齒輪制造有限公司的產(chǎn)品。參 考資料為公司的齒輪樣本。 回轉(zhuǎn)齒輪選型計(jì)算流程圖： (1)確定回轉(zhuǎn)齒輪保持靜態(tài)時(shí)所承受的最大載荷 根據(jù)上述計(jì)算：可知軸向載荷 Fa=17204.4N，傾覆力矩 M=241202.17Nm (2)根據(jù)主機(jī)類型（應(yīng)用場(chǎng)合）確定靜態(tài)安全系數(shù) fs，見(jiàn)表 1。 選取靜態(tài)系數(shù) fs 為 1.25 (3)初步確定選用何種類型的回轉(zhuǎn)齒輪，并根據(jù)其計(jì)算 Fa和 M。 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 9 Fa=fsFa=1.2517204.4N =21505.5N M=fsM=1.25241202.17Nm =301502.5Nm 初步確定使用 13-三排滾柱式回轉(zhuǎn)齒輪。 (4)在曲線表中查找能滿足要求的回轉(zhuǎn)齒輪型號(hào)，在曲線圖中標(biāo)出 Fa和 M的坐標(biāo)點(diǎn)。 找到型號(hào)為 131.50.3150 回轉(zhuǎn)齒輪能滿足要求。 (5)經(jīng)過(guò)核對(duì)，F(xiàn)a和 M在靜態(tài)承載曲線和螺栓極限曲線的下方。 (6)完成回轉(zhuǎn)齒輪初步選型。 圖3.3 回轉(zhuǎn)齒輪 10 圖 3.4 回轉(zhuǎn)齒輪二維圖 支架的下端與基架上端用法蘭方式聯(lián)接。 3.3.3 登船梯的設(shè)計(jì) 登船梯主要由跳板梯部分、回轉(zhuǎn)支架和回轉(zhuǎn)部分三大部份組成，材料為鋼材。登船 梯的回轉(zhuǎn)支架下端與回轉(zhuǎn)部通過(guò)螺栓連接，回轉(zhuǎn)部分再與基架艦體連接（通過(guò)法蘭連接） 。 跳板部分一端上部通過(guò)油缸與回轉(zhuǎn)支架的支撐聯(lián)接用于登船梯的上下升降之用，下部與 支架連接。回轉(zhuǎn)部分主要由液壓馬達(dá)、一對(duì)齒輪等組成，液壓馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪圍繞大齒 輪轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 登船梯的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： (1)跳板部分長(zhǎng)約 9.6m，寬約 1.2m； (2)最大上翹角度+30； (3)最大下傾角度30； (4)登船梯內(nèi)側(cè)凈寬 1m； (5)登船梯跳板部分高度約為 0.2m； (6)具體見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。 3.3.4 油缸的設(shè)計(jì) 油缸位于在固定登船梯的兩側(cè)與回轉(zhuǎn)支架上的支撐相連，主要用于登船梯的上升和 下降。油缸的設(shè)計(jì)依據(jù)登船梯的載荷及其油路壓力而確定，本項(xiàng)在詳細(xì)設(shè)計(jì)之后再給出 具體規(guī)格。 在液壓油缸中使用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，那么液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，有何 有缺點(diǎn)呢？ (1)在相同的功率工作的機(jī)械的重量指標(biāo)上，采用液壓傳動(dòng)要比采用機(jī)械傳動(dòng)的輕三 分之一，在外形尺寸上也減小了近三分之一，最好的例子就是起重機(jī)了，起重機(jī)都是用 液壓傳動(dòng)的，這樣可以保證起重機(jī)自身重量輕，機(jī)身又可以小一些 。7 (2)實(shí)際工作時(shí)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)工作機(jī)構(gòu)。這里可以看看液壓 千斤頂?shù)?，外力施加給液壓油，液壓油指直接推動(dòng)液壓活動(dòng)件向上頂。通過(guò)液壓閥門(mén)控 制施壓和放壓。 (3)易于實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的安全保護(hù)。液壓傳動(dòng)比機(jī)械傳動(dòng)操控起來(lái)更簡(jiǎn)單而且省力， 可提高液壓機(jī)械的勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。 (4)液壓傳動(dòng)不需逐級(jí)調(diào)速，調(diào)速通用范圍比較大，可在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速， 工作平穩(wěn)性比較好，易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。 (5)液壓元件容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織專業(yè)化大批量生產(chǎn)，有利 于提高生產(chǎn)效率進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。 (6)液壓傳動(dòng)中的的液壓油本身是可以當(dāng)做潤(rùn)滑油，降溫劑的，這樣可以延長(zhǎng)液壓元 件的使用壽命，減輕液壓傳動(dòng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)的力度。 3.3.5 確定執(zhí)行元件的設(shè)計(jì) 執(zhí)行元件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)本套液壓系統(tǒng)選擇液壓油缸作為執(zhí)行元件，油缸設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括油缸內(nèi)徑、 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 11 活塞桿直徑、行程。油缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 在保證所獲得的速度和推力下，應(yīng)盡可能使液壓缸的各部分結(jié)構(gòu)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè) 計(jì)，盡量做到液壓缸的結(jié)構(gòu)緊湊，加工，裝配和維修方便。 盡量使活塞桿在承受最大負(fù)載時(shí)處于受拉狀態(tài)，若受壓應(yīng)具有良好的縱向穩(wěn)定性， 長(zhǎng)行程的活塞桿伸出時(shí)，還應(yīng)加輔助支撐，避免活塞桿下垂。 液壓缸熱脹冷縮時(shí)應(yīng)不受阻礙，所以液壓缸在安裝，固定時(shí)，液壓缸只能一端 定位。 根據(jù)液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩沖，排氣和防塵裝置。 (2)油缸設(shè)計(jì)過(guò)程及校核計(jì)算 登船梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要有兩個(gè)動(dòng)作過(guò)程即登船梯升降和左右回轉(zhuǎn)，分別用兩個(gè)油缸和 液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件。由于工作環(huán)境比較復(fù)雜，考慮到風(fēng)浪帶來(lái)的影響等，所以油缸 的承受能力需要分析和校核。 油缸主要幾何尺寸的計(jì)算 根據(jù)要求，壓緊油缸壓緊時(shí)最大壓緊力為12噸的力，現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算確定執(zhí)行元件油缸 的主要參數(shù)：油缸內(nèi)徑D、活塞桿直徑d、最大行程 S。 A.油缸內(nèi)徑計(jì)算如下： 計(jì)算公式： （31）23.570FDP 式中 D液壓缸內(nèi)徑（m） F液壓缸推力（KN） P選定工作壓力 （MPa ） 其中，液壓缸推力已知，為 1.2 N。下面選取工作壓力：510 液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件是液壓缸時(shí)，其工作壓力可以根據(jù)最大負(fù)載或者是根據(jù)主機(jī)類型進(jìn) 行選擇。下面采用后一種原則選取執(zhí)行元件的工作壓力。下表是不同類型的主機(jī)所需執(zhí) 行元件的工作壓力： 表3-1 按主機(jī)類型不同選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)工 業(yè)、小型工程機(jī)械 及輔助機(jī)構(gòu) 工程機(jī)械、重型機(jī) 械、鍛壓設(shè)備等 船用系統(tǒng) 工作壓力/Mpa 8p 所以該活塞桿不會(huì)失穩(wěn)。 因此選用 125x55x140 的油缸兩個(gè) 3.3.6 主回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算 驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置做全回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的扭矩的計(jì)算： 思想：根據(jù)理論力學(xué)公式：M=J 。 由于整個(gè)裝置繞基架中心軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以 J 為整個(gè)裝置對(duì)基架中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 根據(jù)要求，回轉(zhuǎn)速度為 0.120.16 轉(zhuǎn)/分 現(xiàn)在取回轉(zhuǎn)速度為 0.15 轉(zhuǎn)/分，即 54/分，所以角速度 =0.9 /s=0.9 /180=0.0157rad/s（3-11） 假設(shè)整個(gè)裝置從零開(kāi)始加速加速至 0.0157rad/s 需要 2 秒時(shí)間 （3-12）2/0.157/2=.08rad/st則 角 加 速 度 = 現(xiàn)在的難題是計(jì)算整個(gè)裝置對(duì)基架中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由于本裝置各個(gè)部分都是不 規(guī)則形狀，所以無(wú)法利用常規(guī)算法計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以利用 catia 軟件進(jìn)行輔助分析： 取基架的回轉(zhuǎn)軸為 Y 軸 利用 CATIA 分析和計(jì)算可知各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和 因此，M=J =7736853.7970.00785=61894.83Nm 根據(jù)以上要求及相關(guān)資料參考，確定主回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)主要參數(shù)如下： 主回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)型號(hào) NHM2，排量 0.2L/轉(zhuǎn)，額定工作壓力 12MPa，扭矩 M。轉(zhuǎn)速 2.5 轉(zhuǎn)/分（再需經(jīng)齒輪及大齒圈減速驅(qū)動(dòng)登船梯，速比按 1：9） ，主回N302 轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)流量 L/MIN。L12 回轉(zhuǎn)由兩臺(tái)油馬達(dá)完成，保持回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性,停止時(shí)保持位置鎖住。馬達(dá)應(yīng)能完成正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和任意位置停止及由外力作用而自由正反轉(zhuǎn)。由比例閥控制，在啟動(dòng)停止時(shí)應(yīng) 盡量減少振動(dòng)。 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 21 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其校核 液壓系統(tǒng)是登船梯的心臟，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、合理性是測(cè)試技術(shù)先進(jìn)性的重 要標(biāo)志，也是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性、精確性的關(guān)鍵。 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 (1) 能源裝置 它是將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能(壓力和流量)輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般 最常見(jiàn)的形式是液壓泵。 (2) 執(zhí)行元件 它是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式或回轉(zhuǎn)式機(jī)械能輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般做直 線運(yùn)動(dòng)是液壓缸，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的是液壓馬達(dá)。 (3) 調(diào)節(jié)控制元件 它是控制液壓系統(tǒng)中油液的流量、壓力和流動(dòng)方向的裝置，包括方向控制閥、壓力 控制閥、流量控制閥、比例閥和邏輯閥。這些元件是保證系統(tǒng)正常工作不可缺少的組成 部分。 (4) 輔助元件 是除上述三項(xiàng)以外的其它裝置，如油箱、濾油器、油管等，這些元件對(duì)保證液壓系 統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定持久的工作，有重大作用 。15 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn) 4.2.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 與機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)比較，液壓系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) ：8 (1)液壓元件的布置不受?chē)?yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝 有很大的靈活性，能構(gòu)成其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。 (2)可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍大。 (3)液壓傳動(dòng)和液氣聯(lián)動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和頻繁的換向。 (4)操作控制方便，省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，中遠(yuǎn)程距離控制，過(guò)載保護(hù)。與電氣 控制，電子控制相結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。 (5)液壓元件屬于機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件。其標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化程度都較高，這樣有 利于縮短機(jī)器的設(shè)計(jì)，制造周期和降低制造成本。 (6)除此之外，液壓傳動(dòng)突出的優(yōu)點(diǎn)還有單位質(zhì)量輸出功率大，因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)的動(dòng)力 元件可采用很高的壓力，因此，在同等輸出功率下具有體積小，質(zhì)量小，運(yùn)動(dòng)慣性小， 動(dòng)態(tài)性能良好的特點(diǎn)。 4.2.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) (1)在傳動(dòng)過(guò)程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)效率偏低。 (2)由于傳動(dòng)介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能?chē)?yán)格保證定比傳動(dòng)。 22 (3)液壓傳動(dòng)性能對(duì)溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動(dòng)介 質(zhì)時(shí)還需要注意防火問(wèn)題。 (4)液壓元件制造精度高，系統(tǒng)工作過(guò)程中發(fā)生故障不易診斷。 總的來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是主要的，其缺點(diǎn)將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷得到克服。 本機(jī)器的傳動(dòng)主要采用了液壓傳動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)電控自動(dòng)化控制。 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 概述： (1)本液壓系統(tǒng)是為軍艦全回轉(zhuǎn)式登船梯裝置機(jī)設(shè)計(jì)、制造的專用液壓傳動(dòng)設(shè)備。該 系統(tǒng)精選了國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)總 體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件中的各 項(xiàng)技術(shù)要求 。5 (2)本液壓系統(tǒng)由于采用了封閉式油箱結(jié)構(gòu)，所以允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作， 但使用時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性。 (3)本液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有以下特征： 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，另外去除 了一般常用的泵站房和操控室，使結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，便于維修的特點(diǎn)。 (4)本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征（參閱液壓系統(tǒng)原理圖）：具有吸油濾油 器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率,延長(zhǎng)系統(tǒng)各元、附 件的使用壽命。 確定油液的循環(huán)方式 表 4-1 開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較 油液循環(huán)方式 開(kāi)式 閉式 散熱條件 較方便 較復(fù)雜，須用輔泵換油冷卻 抗污染性 較差，但可采用壓力油箱來(lái)改善 較好，但油液過(guò)濾要求較高 限速、制動(dòng)形式 用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用制動(dòng) 閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱 液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)，限速及 制動(dòng)過(guò)程中拖動(dòng)電機(jī)能向電網(wǎng)輸 電，回收部分能量 其他 對(duì)泵的自吸性能要求高 對(duì)主泵的自吸性能要求低 根據(jù)上圖所示，本液壓系統(tǒng)采用開(kāi)式循環(huán)方式，因?yàn)閳?zhí)行元件有多個(gè)。 確定油路的組合方式 本系統(tǒng)中采用并聯(lián)方式。 調(diào)速方案的分析與選擇 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 23 表 4-2 三種調(diào)速回路主要性能比較 名稱 速度剛度 承載能力 調(diào)速范圍 效率 發(fā)熱 成本 1.節(jié)流調(diào)速回路 差 好 大 低 大 低 2.容積調(diào)速回路 較好 較好 較大 最好 最小 高 3.容積節(jié)流調(diào)速回路 好 好 大 較高 較小 最高 根據(jù)上述表格內(nèi)容所示，本液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路。 A.調(diào)壓平衡回路 圖 4.1 調(diào)壓平衡回路 B.進(jìn)、回油單向節(jié)流調(diào)速回路 24 圖 4.2 進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路 C.平衡回路 圖 4.3 平衡回路 4.3.2 液壓能源裝置設(shè)計(jì) 根據(jù)工作壓力 12MPa 和馬達(dá)排量 2 L/MIN 以及油缸排量 2L/MIN 需要查手冊(cè)選擇1 油泵：EGP-A5, 流量 5L/MIN, 工作壓力 12MPa，最大壓力 16 MPa。同時(shí)可以查出油泵 驅(qū)動(dòng)電機(jī)：型號(hào)：Y100L1-4 ,2.2KW ，轉(zhuǎn)速：1400r/min。 4.3.3 液壓閥的選擇 液壓閥是控制或調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中壓力、流量和方向的。液壓閥性能的優(yōu)劣，工作是 否可靠對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)能否正常工作將產(chǎn)生直接影響。液壓閥根據(jù)用途可分為方向控制 閥、流量控制閥和壓力控制閥。這三類閥可以互相組合成為復(fù)合閥，以減少管路連接， 使結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高系統(tǒng)效率。對(duì)液壓閥的共同要求是： (1)動(dòng)作靈敏、性能好，工作可靠且沖擊震動(dòng)小; (2)油液通過(guò)閥時(shí)，液壓損失要小; 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 25 (3)密封性能好; (4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊體積小，安裝調(diào)試維護(hù)保養(yǎng)方便，成本低廉，通用性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。 選擇液壓閥時(shí)，要考慮的因素主要是流量和壓力 。12 在本套液壓系統(tǒng)中，用到的液壓閥有單向閥，電磁換向閥，電液換向閥，溢流閥， 單向節(jié)流閥，液動(dòng)換向閥，高壓截止閥，比例換向閥，液控單向閥，電磁溢流閥等 。10 (1)普通單向閥亦稱止回閥，其作用是油流從一個(gè)方向通過(guò)它，反向則不通。主要應(yīng) 用于以下兩個(gè)方面： 將單向閥安置在液壓泵的出口處，可以防止系統(tǒng)壓力突然升高而損壞液壓泵。 將單向閥安置在回由路上，可以作備壓閥用。 (2)電磁換向閥，它是借助電磁鐵的吸力推動(dòng)悶芯動(dòng)作進(jìn)行換向的，電磁換向閥受到 磁鐵吸力太小的限制，其流最一般在 63L/min 以下，故對(duì)于流量要求較大、行程較長(zhǎng)、移 動(dòng)閥芯阻力較大或要求換向時(shí)間能夠調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，宜采用液動(dòng)或電液式換向閥。 (3)溢流閥的作用是在溢流的同時(shí)定閥的入口壓力，并將該壓力穩(wěn)定為常值，簡(jiǎn)稱為 定壓、穩(wěn)壓。先導(dǎo)式溢流閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成，其先導(dǎo)閥部分的結(jié)構(gòu)尺寸一般 都很小，調(diào)壓彈簧不必很強(qiáng)，工作壓力和流量的提高對(duì)調(diào)壓彈簧的影響不大，故先導(dǎo)式 溢流閥適用高壓大流量系統(tǒng)。 (4)節(jié)流閥的主要作用是通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流口過(guò)流斷面積的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。 節(jié)流閥的流量不僅受其過(guò)流斷面的影響，也手其前后壓差的影響。在液壓系統(tǒng)工作時(shí)， 因外界負(fù)載的變化將引起節(jié)流閥前后壓差的變化，所以負(fù)載變化將直接影響節(jié)流閥即系 統(tǒng)速度的穩(wěn)定性。節(jié)流閥的主要作用是在定量泵的液壓系統(tǒng)中與溢流閥配合，組成節(jié)流 調(diào)速回路。 (5)用比例電磁鐵取代電磁換向閥中的普通電磁鐵，便構(gòu)成直動(dòng)式比例換向閥。由于 使用了比例電磁鐵，閥芯不僅可以換位，而且換位的行程可以連續(xù)地或按比例地變化， 因而連通油口間的流通面積也可以連續(xù)地或按比例地變化，所以比例換向閥不僅可以控 制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向，還可控制其速度。 (6)電磁溢流閥是先導(dǎo)型溢流閥與常閉型二位二通電磁閥的組合。電磁閥的兩個(gè)油口 分別與主閥上腔( 導(dǎo)閥前腔)及主閥溢流口相連。當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，電磁閥兩油口斷開(kāi)，對(duì) 溢流閥沒(méi)有影響。當(dāng)電磁鐵通電換向時(shí)，通過(guò)電磁閥將主閥上腔與主閥回油口相連通， 溢流閥溢流口全開(kāi)，導(dǎo)致溢流閥進(jìn)口卸壓(壓力為零)，這種狀態(tài)稱之為卸荷。 電磁溢流閥除應(yīng)具有溢流閥的基本性能外，還要滿足一下要求： 建壓時(shí)間短； 具有通電卸荷或斷電卸荷功能； 卸荷時(shí)間短且無(wú)液壓沖擊。 (7)壓力表 壓力表也是鍋爐上必不可少的安全附件，它的作用是用來(lái)測(cè)量和指示鍋筒內(nèi)壓力的 大小。鍋爐上如果沒(méi)有壓力表 , 或 者壓力表失靈 , 鍋爐內(nèi)的壓力就無(wú)法表示 , 從而 直接危及安全。鍋爐上裝置靈敏、準(zhǔn)確的壓力表 , 司爐人員就能憑此正 確的操作鍋爐 , 確保安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。 26 (8)手搖泵 手搖油泵是提油泵中最普通的一種，因?yàn)樗鞘謩?dòng)，操作起來(lái)比較方便。手使力帶 動(dòng)齒輪，適用于輸送各種油類，如重油、柴油、潤(rùn)滑油，配用銅齒輪可輸送內(nèi)點(diǎn)低液體， 如汽油、苯等，同時(shí)可以適用于含硬質(zhì)顆?；蚶w維的，適用于各種黏度，具良好的自吸 性。 4.3.4 液壓輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 (1)油管 在液壓系統(tǒng)中,常用的油管有鋼管,銅管,尼龍管,橡膠管和塑料管等。 無(wú)縫鋼管能承受 高壓,價(jià)格低廉,但是裝配時(shí)彎曲困難,通常用于高壓系統(tǒng)中。銅管不易生銹,易于彎曲,但價(jià) 格昂貴,耐壓較低,抗震能力差,用于壓力小于 10Mpa 的系統(tǒng)中裝配不便之處。橡膠管常用 于執(zhí)行元件同油管一起運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合和很難裝配的地方; 但是價(jià)格高且又容易老化。低壓膠 管是以麻線或棉織品為骨架;高壓膠管以鋼絲編織品或鋼絲纏繞體為骨架 ,按承受壓力不同 分別有一層,二層或三層鋼絲骨架。尼龍管加熱后可以隨意彎曲成型,擴(kuò)口,冷卻后保持形狀 不變,視材質(zhì)不同,承受壓力為 0.5-8Mpa。目前僅用于低壓系統(tǒng)。塑料管可隨意彎曲,也可與 液壓元件一起運(yùn)動(dòng),裝配容易。維修方便,價(jià)格便宜,但是耐壓低,易老化,僅適合低壓系統(tǒng)。 由于此統(tǒng)要求可靠性及壓力較高,故采用鋼管油管。 (2)管接頭 管接頭是連接液壓元件與管道或管道之間的可拆式元件。常用管接頭有卡套式，擴(kuò) 口式和焊接式，還有軟管接頭和快速接頭等。管接頭按路數(shù)又分直通，直角通，三通， 四通等。本設(shè)計(jì)要求連接可靠，拆裝方便，密封性好。 (3)濾油器 工作介質(zhì)污染是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要因素?；煸诠ぷ鹘橘|(zhì)中的顆粒污染物，加 速液壓元件的磨損，堵塞接流小孔，甚至使液壓滑閥卡死。有統(tǒng)計(jì)資料表明，液壓系統(tǒng) 的故障有 75%以上是由于油液污染造成的。過(guò)濾是控制污染的最有效的方法之一，過(guò)濾 就是從油液中分離非溶性固體微粒的過(guò)程。在液壓系統(tǒng)中一般采用濾油器進(jìn)行過(guò)濾。濾 油器按濾芯的過(guò)濾機(jī)理可分為：表面型濾油器，深度型濾油器和磁性濾油器。表面濾油 器，過(guò)濾是有由一個(gè)多孔的面實(shí)現(xiàn)的。具有均勻標(biāo)定小孔的濾芯，能將大于小孔的圓形 雜質(zhì)顆粒截流在濾芯的一側(cè)。由于污染粒子積聚在濾芯表面，小孔易于堵塞。該類型濾 油器有網(wǎng)式，線隙式和片式等。網(wǎng)式濾油器是將銅絲網(wǎng)包在周?chē)_(kāi)有窗孔的塑料或金屬 筒形骨架上，多為無(wú)殼體結(jié)構(gòu)，安裝在液壓泵吸油口。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗方便，通油能力 大，但過(guò)濾精度低隙式濾油器，濾芯是用銅線或鋁線密繞在筒形芯架上，利用線間縫隙 進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾精度為 30-100m。該濾油器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通油能力大，濾芯材料強(qiáng)度低， 不易清洗，常用于低壓系統(tǒng)或泵吸油口。度型濾油器深度型濾油器的濾芯為多孔可透性 材料。內(nèi)部有曲折迂回的通道，雜質(zhì)粒子不但可被攔截在表面，而且在材料內(nèi)部也逐步 吸附，攔截。這種濾油器過(guò)濾效果好，清洗困難，有不銹鋼燒結(jié)纖維氈，燒結(jié)金屬和陶 瓷，紙類和纖維氈類等。紙芯濾油器，采用酚醛樹(shù)脂或木漿微孔濾紙作濾芯。為增大過(guò) 濾面積，紙芯常制成折疊式。它的過(guò)濾精度為 5-30m ，制造簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐沖擊，抗 腐蝕。金屬顆粒有時(shí)脫落，堵塞后不易清洗。金屬纖維燒結(jié)氈是由長(zhǎng) 15-20mm，絲徑為 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 27 4-30 m，強(qiáng)度好，耐腐蝕，抗沖擊。 目前被世界各國(guó)廣泛運(yùn)用。磁性濾油器：磁性濾油器是采用永磁材料，將油液中的 磁性雜質(zhì)微粒不斷吸附到上面。它常用于其他形式的濾芯一起制成復(fù)合式濾油器，對(duì)加 工鋼鐵件的機(jī)床壓系統(tǒng)特別適用。濾油器的主要參數(shù)有過(guò)濾精度，壓力損失，額定流量 和額定壓力。一般按系統(tǒng)的類型與壓力選擇。本設(shè)計(jì)進(jìn)口采用網(wǎng)式濾油器,型號(hào) WU- 160X180-J。密封圈，防塵圈等根據(jù)配套元件選用 。16 (4)液壓油的選擇及使用 液壓介質(zhì)的選擇原則： 液壓系統(tǒng)所處的環(huán)境 即液壓是在室內(nèi)或戶外作業(yè)，還是寒區(qū)或溫暖的地帶工 作，周?chē)袩o(wú)明火或高溫?zé)嵩矗瑢?duì)防火安全，保持環(huán)境清潔，防止污染等有無(wú)特殊要求。 液壓系統(tǒng)的工況 如液壓泵的類型，系統(tǒng)的工作溫度和工作壓力，設(shè)備結(jié)構(gòu)或 動(dòng)作的精密程度，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，工作特點(diǎn)，元件使用的金屬，密封件和涂料的性質(zhì) 等 液壓工作介質(zhì)方面 如質(zhì)量，理化指標(biāo)，性能，使用特點(diǎn)，適用范圍，以及對(duì) 系統(tǒng)和元件材料的相容性。 經(jīng)濟(jì)性 考慮液壓工作介質(zhì)的價(jià)格，更換周期，維護(hù)使用是否方便，對(duì)設(shè)備壽 命的影響等。 現(xiàn)查相關(guān)手冊(cè)選用 YA-N32 號(hào)液壓油，環(huán)境溫度低于 5-10時(shí)采用 YA-N15 號(hào)液 壓油；環(huán)境溫度高于 30-35時(shí)采用 YA-N46 號(hào)液壓油。還有液壓油應(yīng)保持清潔，無(wú)污 物，無(wú)水分，應(yīng)定期進(jìn)行檢查和更換。新機(jī)的液壓油在使用半年后要更換，同時(shí)清洗油 箱，管道及濾油器。此外以后半年或一年，更換新油一次。還有新油也必須過(guò)濾后才能 用，這些要根據(jù)使用環(huán)境來(lái)定，可延長(zhǎng)可縮短使用周期。該液壓系統(tǒng)選則的是 2LQ-U 型 冷卻器。 液壓介質(zhì)的管理： 液壓油的更換。松開(kāi)放水旋塞，可釋放油箱中的油。在 46 月以內(nèi)要交換最初加入 的液壓油，那以后，希望能每年交換一次液壓油。濾網(wǎng)，請(qǐng)?jiān)诿看谓粨Q液壓油時(shí)用輕油 洗凈。濾網(wǎng)如發(fā)生堵塞，會(huì)使大柱塞活動(dòng)變慢，油泵發(fā)出噪音。因此一定要清潔濾網(wǎng)。 液壓裝置故障原因的 70是由于液壓油的選定和維護(hù)不當(dāng)所引起的。因此必須細(xì)心注意 液壓油的選定和維護(hù)。這里描述了液壓油維護(hù)的重點(diǎn)。 污損 根據(jù)液壓油的污染物的來(lái)源可將其分為以下幾類： 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)前已混入的異物鑄沙，熔屑，切屑，纖維屑，塵埃。 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中混入的異物水分，塵埃，纖維屑，密封件屑。 摩擦部分因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生的異物密封圈，金屬摩耗粉。 除卻以上這些，還有系統(tǒng)內(nèi)空氣冷卻后生成的凝結(jié)水，油漆碎片等。 劣化 液壓油的劣化速度與泄漏，混入水，金屬，氣泡（包括溶解空氣） ，壓力等因 素有關(guān)，而無(wú)論如何影響力最大的是油溫。油溫在 55時(shí)，油溫上升 8則其酸化速度 同時(shí)為原來(lái)的兩倍。同時(shí)，金屬是作為酸化反應(yīng)的催化劑而存在的，其影響度如銅為 28 100，鐵為 23，鋁為 19，亞鉛為 6。閥運(yùn)轉(zhuǎn)界限與油箱的油溫的關(guān)系如下圖： 圖 4.4 液壓介質(zhì)狀態(tài) 氣泡油中的氣泡對(duì)液壓油的影響如下，壓縮率增大時(shí)油壓缸動(dòng)作變慢、油壓泵發(fā)生 氣濁現(xiàn)象，容積效率低下，加快液壓油的劣化速度，氣泡的隔熱壓縮使得液壓油發(fā)生黑 化等現(xiàn)象。保養(yǎng)時(shí)需同時(shí)注意以下幾點(diǎn)，油泵的位置，進(jìn)油口的油管阻抗，進(jìn)油口過(guò)濾 器的口徑及容量，粘度，油箱的油量，出油口的位置，溢流閥的壓力設(shè)置，油箱中的換 氣，油溫等。 泄漏原因大致如下，密封蓋，密封圈選定不合適，使用方法有誤，相接面的粗糙度 不合適，定位夾緊不良，震動(dòng)，壓力激蕩，異常油溫，液壓油的管理不良。長(zhǎng)期使用而 不換油的話，油中堆積異物及橡膠圈磨損使泄漏現(xiàn)象增多。檢查液壓油的潔凈度是維護(hù) 油壓裝置的重要的內(nèi)容 。17 (5)泵站油路塊的設(shè)計(jì) 液壓油路塊用灰鑄鐵來(lái)制造,要求材料致密,無(wú)縮孔疏松等缺陷.正面用螺釘固定液壓元 件,表面粗糙度為 R a3.2m,為方便期間,把它安裝在液壓站上。 現(xiàn)分析液壓系統(tǒng),確定液壓油路板數(shù)目: 簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)的元件不多時(shí),要求液壓油路板上的元件布局緊湊,盡量把元件都充分 合理分配空間,空間不夠時(shí)安裝過(guò)渡板一般過(guò)渡板的厚度為 35-40mm.但在不影響其他部件 工作時(shí),其長(zhǎng)度可以適當(dāng)大于集成尺寸。以下為油路塊的一般設(shè)計(jì)步驟 ：1 繪制液壓元件樣板 根據(jù)產(chǎn)品樣本對(duì)照實(shí)物繪制液壓元件視圖輪廓尺寸，虛線繪出液壓元件底面各油口 位置的尺寸，依照輪廓線剪下來(lái)，便是液壓元件樣板。若產(chǎn)品樣本與實(shí)物有出入，則以 實(shí)物為準(zhǔn)。 若產(chǎn)品樣本中的液壓元件配有底板，則樣板可按底板所提供的尺寸來(lái)制作。如沒(méi)有 底板則要注意，有的樣板中提供的是元件的俯視圖，做樣板時(shí)應(yīng)把產(chǎn)品樣板中的圖翻 艦船液壓跳板裝置設(shè)計(jì) 29 180。 決定通道的直徑 集成塊上的公用通道，即壓力油孔 P，回油孔 T，泄漏孔 L（有時(shí)不用）及若干個(gè)安 裝孔。壓力油孔由液壓泵流量決定：液壓泵的流