400KN液壓絞車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】

400KN液壓絞車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,kn,液壓,絞車,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙,說明書,仿單 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 本設(shè)計(jì)是通過對(duì)液壓絞車工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，在進(jìn)行細(xì)致觀察后，對(duì)液壓絞車的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校核。本絞車由進(jìn)口液壓馬達(dá)、進(jìn)口平衡閥、常閉多片式制動(dòng)器、離合器、卷筒、支承軸和機(jī)架等部件組成，還可根據(jù)需要設(shè)計(jì)閥組直接集成于馬達(dá)配油器上，如帶平衡閥、高壓梭閥、調(diào)速換向閥或其它性能的閥組。在結(jié)構(gòu)上具有緊湊、體積小、重量輕、外型美觀等特點(diǎn)，在性能上則具有安全性好、效率高、啟動(dòng)扭矩大、低速穩(wěn)定性好、噪音低、操作可靠等特點(diǎn)，在提升和下放工作中運(yùn)轉(zhuǎn)相當(dāng)平穩(wěn)，帶離合器的絞車可實(shí)現(xiàn)自由下放工況，廣泛適用于鐵道機(jī)車和汽車起重機(jī)、船舶、油田鉆采、地質(zhì)勘探、煤礦、港口等各種起重設(shè)備中。 關(guān)鍵詞：液壓絞車；計(jì)算；校核；閥組 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title The system of 400KN hydraulic winch (The part of hydraulic system) Abstract This design is to analyze the working principle，the working environment and the working characteristic of the hydraulic winch，and union reality，after the careful observation，I design the overall construction，and choose，compute and examine the various parts of the hydraulic winch. The winch is made up of the import hydraulic motor，import balancing valve，the brake of many pieces，coupling，reel，supporting axle and rack . Also we may design the valve group for the distributor of the motor，like with balancing valve，high-pressured shuttle valve，velocity modulation cross valve or other performance valve groups. The characteristic of the construction is compact ，small，light，beautiful and so on，the characteristic of the performance is safe，the high efficiency，the big start torque，the best low-speed stability characteristic，the low noise，the reliable operation. The winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation ，The winch with the coupling also may release the things free ，It is popular to the railroad locomotive ，the auto hoist，the ships， the oil field of drills picks，the geological prospecting，the coal mine，the harbor and the each kind of hoisting equipment. Keywords:Hydraulic winch；Computation；Examination；Valve group 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 目錄 前言 1 第一章 緒論 3 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡介 3 1.1.1 傳動(dòng)類型及液壓傳動(dòng)定義 3 1.1.2 液壓系統(tǒng)的組成部分 3 1.1.3 液壓系統(tǒng)的類型 3 1.1.4 液壓技術(shù)特點(diǎn) 4 1.2 絞車簡介 5 1.2.1 絞車概述 5 1.2.2 絞車功能與結(jié)構(gòu) 6 1.2.3 絞車分類 7 1.2.4 絞車應(yīng)用 8 1.3 液壓絞車發(fā)展趨勢 10 1.4 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 11 第二章 液壓絞車設(shè)計(jì)方案 12 2.1 設(shè)計(jì)要求 12 2.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案 12 2.2.1 液壓泵、馬達(dá)的選擇 14 2.2.2 靜液壓傳動(dòng)方案比較 16 2.2.3 靜液壓傳動(dòng)的應(yīng)用 17 2.3 排纜技術(shù)方案 19 第三章 液壓絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 22 3.1.1主液壓系統(tǒng) 22 3.1.2 補(bǔ)油液壓系統(tǒng) 23 3.1.3 循環(huán)液壓系統(tǒng) 23 3.2 卷筒主要參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 24 3.2.1 鋼絲繩 24 3.2.2 卷筒 26 3.2.3 一級(jí)開始直齒輪傳動(dòng)比 27 3.3 液壓元件計(jì)算與選擇 27 3.3.1 液壓馬達(dá) 27 3.3.2 液壓泵 28 3.3.3 系統(tǒng)工作壓力的確定 29 3.3.4 液壓閥的選擇 30 第四章 液壓站的設(shè)計(jì) 31 4.1 液壓站的組成及類型 31 4.1.1 液壓站的組成 31 4.1.2 液壓站的類型 31 4.2 液壓油箱及其附件 32 4.2.1 油箱的功能 32 4.2.2 油箱的設(shè)計(jì) 32 4.2.3 油箱附件的選擇 35 4.3 液壓泵組 37 4.3.1 布置方式 37 4.3.2 連接和安裝方式 37 4.3.3液壓泵的安裝姿態(tài) 37 4.3.4 液壓泵組的傳動(dòng)底座 38 4.3.5 防振降噪措施 38 4.4 液壓站結(jié)構(gòu)總成 38 4.4.1 液壓油的選擇 38 4.4.2 油箱內(nèi)壁的加工 40 4.4.3 濾油器的選擇 40 4.5 油管和管接頭的選擇 41 4.5.1油管的選擇 41 4.5.2 管接頭的選擇 41 4.6 液壓集成塊設(shè)計(jì) 42 4.6.1 結(jié)構(gòu)特征 42 4.6.2 通油孔道直徑的確定 42 4.6.3 集成塊的材料和主要技術(shù)要求 43 4.6.4 本課題集成塊 44 第五章 液壓絞車的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 45 5.1 提升 45 5.1.1 啟動(dòng)階段 45 5.1.2 等速階段 45 5.1.3 減速階段 45 5.2 下放 46 5.2.1 啟動(dòng)加速階段 46 5.2.2 等速階段 46 5.2.3 減速階段 46 5.3 調(diào)速 48 5.4 液壓絞車的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲 48 第六章 結(jié)論 50 參考文獻(xiàn) 51 致謝 52 前言 隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓傳動(dòng)已經(jīng)在各種各樣的機(jī)械上得到越來越多的應(yīng)用，代替了許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 液壓傳動(dòng)具有很多其它傳動(dòng)方式所沒有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)： （1）易于獲得較大的輸出力和力矩。絞車往往需要很大的提升力，故這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使液壓傳動(dòng)適用于絞車拖動(dòng)系統(tǒng)。 （2）可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，還容易獲得極低的轉(zhuǎn)速，并且在低速時(shí)工作穩(wěn)定，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)簡化。這對(duì)于工作中需要調(diào)速的絞車來說是很重要的。 （3）體積小、重量輕、功率重量比大。由于體積小、重量輕，因而慣性小，啟動(dòng)、制動(dòng)迅速，工作平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速而無沖擊的變速和換向。這對(duì)于絞車的頻繁啟動(dòng)、換向有利。 （4）易于獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，一直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)作裝置，故可以用低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)絞車滾筒，而不需要減速裝置。 （5）動(dòng)力傳遞很方便。由于用管道傳遞壓力油，所以液壓元件和各種機(jī)械裝置都可以靈活布置，便于液壓絞車的遠(yuǎn)距離控制。 （6）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，能滿足絞車安全工作的要求，避免發(fā)生事故。 （7）液壓元件能自動(dòng)潤滑，延長使用壽命。 （8）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。便于大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低成本。 液壓傳動(dòng)也有一些缺點(diǎn)： （1）液壓油容易泄漏，外泄漏會(huì)污染環(huán)境，并造成液壓油浪費(fèi)；內(nèi)泄漏會(huì)降低傳動(dòng)效率，并影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。 （2）液壓油的粘度隨溫度的變化而變化，容易引起機(jī)構(gòu)工作不穩(wěn)定。在低溫和高溫的情況下不宜采用液壓傳動(dòng)。 （3）液壓油容易污染。液壓油要保持清潔干凈，防止灰塵和雜物混入。 （4）液壓元件加工精度和質(zhì)量要求高，加工難度大，成本比較高。 （5）液壓油易燃，需要注意防火，如用阻燃液壓油作為工作介質(zhì)則可以避免。 由于液壓傳動(dòng)具有以上許多突出特點(diǎn)，對(duì)提高絞車的性能具有很重要的作用，所以絞車廣泛采用液壓傳動(dòng)。 第一章 緒論 1.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡介 1.1.1 傳動(dòng)類型及液壓傳動(dòng)定義 一本完整的機(jī)器都是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)組成的。原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）是機(jī)器的動(dòng)力源；工作機(jī)是機(jī)器直接對(duì)外做功的部分；傳動(dòng)裝置是設(shè)置在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的部分，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力（或能量）的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制，以滿足工作機(jī)對(duì)力（力矩）、工作速度及位置的要求。 按照傳動(dòng)件的不同，可分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、流體傳動(dòng)（液體傳動(dòng)和氣體傳動(dòng)）及符合傳動(dòng)等。 流體傳動(dòng)又包括液力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。液力傳動(dòng)是以動(dòng)能進(jìn)行工作的液體傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)則是以受壓液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力（或能量）的轉(zhuǎn)換、傳遞、控制與分配的液體傳動(dòng)。由于其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備與裝置實(shí)線傳動(dòng)及控制的重要技術(shù)之一。 1.1.2 液壓系統(tǒng)的組成部分 液壓傳動(dòng)與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置中其液壓系統(tǒng)大部分使用具有連續(xù)流動(dòng)性的液壓油等作為工作介質(zhì)，通過液壓泵將驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過壓力、流量、方向等各種控制閥，送至執(zhí)行器（液壓缸、液壓馬達(dá)）中，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動(dòng)力源、執(zhí)行器、控制器、液壓輔件、工作介質(zhì)等幾部分組成。 一般而言，能夠?qū)崿F(xiàn)某種特定功能的液壓元件的組合，成為液壓回路。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)某一機(jī)器或裝置的工作要求，獎(jiǎng)若干特定的基本回路連接或復(fù)合而成的總體成為液壓系統(tǒng)。 1.1.3 液壓系統(tǒng)的類型 液壓系統(tǒng)可以按多種方式進(jìn)行分類，見表1.1.1 液壓系統(tǒng) 按油液循環(huán)方式分類 開式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng) 按工作特征分類 液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng) 按執(zhí)行器的速度、控制與調(diào)節(jié)方式分類 閥控系統(tǒng) 泵控系統(tǒng) 執(zhí)行測控系統(tǒng) 按主換向閥在中位時(shí)液壓泵的工作狀態(tài)分類 中開式系統(tǒng) 中閉式系統(tǒng) 按用途分類 固定設(shè)備用系統(tǒng) 行走設(shè)備用系統(tǒng) 表1.1.1 液壓系統(tǒng)分類 1.1.4 液壓技術(shù)特點(diǎn) 與其他傳動(dòng)控制方式相比較，液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)特點(diǎn)如下： 1.優(yōu)點(diǎn) （1） 單位功率的重量輕； （2） 布局靈活方便； （3） 調(diào)速范圍大； （4） 工作平穩(wěn)、快速性好； （5） 易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)； （6） 易于自動(dòng)化和機(jī)電一體化； （7） 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用維護(hù)方便。 2.缺點(diǎn) （1） 不能保證定必傳動(dòng)； （2） 傳動(dòng)效率低； （3） 工作穩(wěn)定性易受溫度影響； （4） 造價(jià)較高； （5） 故障診斷困難。 1.2 絞車簡介 1.2.1 絞車概述 在人類歷史上，絞盤(windlass)是第一種用于拖電提升重物的機(jī)器，它可使個(gè)人搬運(yùn)遠(yuǎn)重于自己許多倍的重物。絞盤采用一種軸和輪的形式，由用垂直框架支撐的滾筒組成，人通過用手搖動(dòng)曲柄，使絞盤滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖1.2.1)。中國人在公元前二千年就設(shè)計(jì)出用曲拐手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪。 圖1.2.1 絞盤簡圖 今天被廣泛應(yīng)用的絞車(或稱卷揚(yáng)機(jī))是絞盤的另一種形式，它泛指具有一個(gè)或幾個(gè)上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒，用來提升或拖曳重載荷的動(dòng)力機(jī)械。圖1.2.2所示為一種簡易的手動(dòng)提升絞車；該絞車用手驅(qū)動(dòng)，靠齒輪傳動(dòng)的速比增扭，配有防止卷筒反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)和制動(dòng)用的帶閘。 圖1.2.2 手動(dòng)提升絞車 1.2.2 絞車功能與結(jié)構(gòu) 絞車設(shè)計(jì)采用滾筒盤絞或夾鉗拉拔纜繩方式來水平或垂直拖曳、提升、下放負(fù)載，絞車一般包括驅(qū)動(dòng)部分、工作裝置、輔助裝置等幾部分。 1.驅(qū)動(dòng)部分：用于驅(qū)動(dòng)絞車工作裝置盤絞、釋放纜繩，包含動(dòng)力及傳動(dòng)裝置與控制裝置。絞車可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式，包括電動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)孝幾、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)等等。無論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，在絞車的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)汁中都應(yīng)包含以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： （1）無級(jí)均勻變速，調(diào)速范圍寬廣； （2）在有負(fù)載情況下，良好的啟動(dòng)特性和低速特性，總效率高； （3）雙向旋轉(zhuǎn)，并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向 （4）維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)容易，對(duì)周圍工作環(huán)境不敏感； （5）制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠； （6）設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，安裝布置容易，重量輕； （7）在有負(fù)載情況下，能長時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于小型絞車，為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，絞車驅(qū)動(dòng)部分一般與絞車工作裝置聯(lián)接在一起，直接驅(qū)動(dòng)工作裝置；對(duì)于大型絞車或應(yīng)用現(xiàn)場空間相對(duì)狹小的絞車，絞車驅(qū)動(dòng)部分與絞車工作裝置可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立放置，兩者問通過液壓管線、氣動(dòng)管線或電纜管線相聯(lián)系，絞車的布置和操縱均很方便。 2.工作裝置：在驅(qū)動(dòng)部分作用下，通過滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線拉拔等方式拖曳或釋放纜繩以完成對(duì)負(fù)載的收放控制，并含有對(duì)纜繩的容繩和排纜裝置。 3.輔助裝置：輔助工作裝置完成拖曳作業(yè)，包含滑輪組、導(dǎo)向裝置以及速度測量、長度距離測量、張力測量等裝置部分；絞車可以使用鋼絲繩、尼龍纜繩等多種材質(zhì)纜繩。 1.2.3 絞車分類 絞車可以采用多種分類方法。 按絞車驅(qū)動(dòng)方式分類，絞車可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、氣動(dòng)絞車、液壓絞車等幾大類。 1.機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車 （1）驅(qū)動(dòng)部件間的固定幾何位置關(guān)系決定著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局，布局的變化少； （2）傳動(dòng)系體積尺寸大，總重量重； （3）安裝布置復(fù)雜，經(jīng)常需要精密加工的平面和精密的部件定位； （4）難以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)變速； （5）原動(dòng)機(jī)的位置是不可變的； （6）在有負(fù)載的情況下，難以取得平穩(wěn)的反轉(zhuǎn)； （7）通過采用液力偶合器，可以在堵轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生最大扭矩。 2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車[[2] （1）在小型和低端絞車產(chǎn)品上采用常規(guī)定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，能實(shí)現(xiàn)單速仁或雙速)和雙向旋轉(zhuǎn)功能，系統(tǒng)簡單，但不能低速啟動(dòng)和平滑變速； （2）采用可控硅整流仁SCR)直流調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，發(fā)展歷史悠久，可在低速段提供短時(shí)的額定扭矩仁或堵轉(zhuǎn)扭矩)。但是，若無獨(dú)立冷卻系統(tǒng)和專用設(shè)計(jì)，直流調(diào)速方式不能長時(shí)間用于堵轉(zhuǎn)工況； （3）采用交流變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)從零到最大速度的無級(jí)變速，可以在低速或堵轉(zhuǎn)工況下提供100%額定扭矩，調(diào)速平穩(wěn)； （4）設(shè)備復(fù)雜，維修、保養(yǎng)人員的技術(shù)水平要求較高。 3.氣動(dòng)絞車 （1）需要配置壓縮空氣站； （2）氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，氣動(dòng)馬達(dá)外形尺寸較大，氣動(dòng)系統(tǒng)總體重量較重； （3）對(duì)環(huán)境條件敏感，在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結(jié)在氣動(dòng)管路和部件里； （4）噪音大，需要噪音消音器。 4.液壓絞車 （1）雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最大速度的無級(jí)變速控制，易于換向； （2）用高壓溢流閥或壓力補(bǔ)償器雙向限制有效力矩； （3）輸出速度范圍大，負(fù)載的低速控制好，可以帶載良好啟動(dòng)； （4）系統(tǒng)允許長時(shí)間支持負(fù)載，雙向可以限制不同力矩； （5）設(shè)計(jì)緊湊，布置方便，動(dòng)力傳遞系統(tǒng)總重量輕； （6）易于實(shí)現(xiàn)恒速、恒張力控制。 按絞車應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類，絞車分為礦用絞車、建工卷揚(yáng)機(jī)、船用絞車、工程機(jī)械絞車以及特殊用途用絞車等等。 按絞車作業(yè)形式分類，絞車一般分為滾筒卷揚(yáng)絞車和線型絞車兩大類。滾筒卷揚(yáng)絞車采用驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)方式收放纜繩和拖曳負(fù)載，并在滾筒上直接容繩;線型絞車采用夾鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載，并在獨(dú)立配置的滾筒上卷揚(yáng)容繩。 1.2.4 絞車應(yīng)用 絞車廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑機(jī)械、林業(yè)、漁業(yè)、礦山機(jī)械、船舶運(yùn)輸、海洋石油等多領(lǐng)域，可配套多種類型主機(jī)設(shè)備。 絞車具體配套的部分設(shè)備如下: 1.汽車起重機(jī)—主吊、輔吊絞車 2.塔式起重機(jī)—主吊絞車 3.駁船—定位絞車、拉索絞車 4.鉆探船—拔樁絞車 5.挖泥船—懸掛和斗架絞車、抓斗絞車 6.通用船舶—錨泊絞車、起重絞車、牽引絞車 7.集裝箱船—船尾恒張力裝料絞車 8.碼頭起重機(jī)—主起重卷揚(yáng)機(jī) 9.海洋石油鋪管工作船—恒張力移船絞車、張緊器、A/R絞車、起重吊機(jī)的負(fù)荷絞車等等 10.運(yùn)輸—鐵道車輛定位卷揚(yáng)機(jī)、索道牽引絞車 11.森林及木材加工機(jī)械—重木起吊卷揚(yáng)機(jī)、木材車、堆材機(jī) 12.液壓打樁錘配套設(shè)備—液壓管線絞車、電纜及氣動(dòng)管線絞車 13.礦山和冶金行業(yè)—運(yùn)輸絞車、提升絞車 以下為中國海洋石油領(lǐng)域絞車的典型應(yīng)用實(shí)例： 1.吊機(jī)用負(fù)荷絞車 負(fù)荷絞車用于控制起重鋪管船主吊機(jī)吊鉤的穩(wěn)定，關(guān)系海上的作業(yè)安全。藍(lán)疆船的負(fù)荷絞車采用靜液壓傳動(dòng)，有雙泵雙馬達(dá)和單泵雙馬達(dá)兩種匹配方式。液壓系統(tǒng)采用丹尼遜金杯系列電比例變量通軸柱塞泵和定量柱塞馬達(dá)，有手動(dòng)控制和恒張力控制兩種工作模式。在恒張力模式下，可以根據(jù)天氣、載荷大小等因素自動(dòng)（或手工）設(shè)定恒張力大小，用帶有設(shè)定拉力的纜繩約束主吊鉤，減小晃動(dòng)幅度，使其能穩(wěn)定工作。 2.鋪管船用移船絞車 移船絞車用于鋪管船的海上作業(yè)；8臺(tái)移船絞車配合，能精確控制鋪管船的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)。當(dāng)船舶4臺(tái)絞車手動(dòng)收纜，控制鋪管船前移時(shí)，船尾4臺(tái)絞車恒張力放纜;移船絞車的使用能克服風(fēng)浪對(duì)鋪管船運(yùn)動(dòng)的影響，使之能精確定位。移船絞車采用靜液壓傳動(dòng)，采用單泵雙馬達(dá)閉式系統(tǒng)。液壓泵采用薩奧公司20系列手動(dòng)伺服變量泵或90系列電比例伺服變量泵，液壓馬達(dá)采用川崎公司的雙速低速大扭矩馬達(dá)；液壓系統(tǒng)具有恒張力功能，用于濱海105船和濱海106船。 1.3 液壓絞車發(fā)展趨勢 隨著液壓元件的不斷發(fā)展、豐富，隨著液壓控制技術(shù)和測試技術(shù)的進(jìn)步，液壓絞車的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，功率回收、負(fù)荷傳感、恒張力等多種先進(jìn)技術(shù)已在大型絞車上廣泛應(yīng)用。 執(zhí)行元件（液壓馬達(dá)）的使用更加多樣。一方面，大排量液壓馬達(dá)實(shí)用性的增加大大改變了許多絞車的面貌；同時(shí)，小型、低成本液壓馬達(dá)配套行星減速系統(tǒng)也顯現(xiàn)出取代大型馬達(dá)的趨勢，能簡化或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多級(jí)開式齒輪組。 現(xiàn)有的成熟可編程序控制（PLC）技術(shù)和高水平的數(shù)字傳輸技術(shù)在絞車精確纏繞控制上成功結(jié)合使用，出現(xiàn)了“層補(bǔ)償輸出”技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)絞車各層纜繩以設(shè)定的線速度輸出設(shè)定的張力。在測量技術(shù)上，通過采用接近傳感器和光學(xué)編碼器測試?yán)|繩的線速度和收放距離，采用安裝在絞車滑輪輪軸上的應(yīng)變儀測量纜繩的線張力，通過PC和PLC接收以上信息并應(yīng)用電比例技術(shù)控制液壓泵、液壓馬達(dá)的排量與壓力。采用遠(yuǎn)距離無線接收和遙控技術(shù)，操控人員可以遠(yuǎn)程操縱絞車并隨時(shí)了解絞車的工作狀態(tài)和發(fā)布工作指令。 在傳統(tǒng)負(fù)荷絞車的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種“存儲(chǔ)絞車”，用于大量液壓管線、電纜（光纜）、氣動(dòng)管線等的存儲(chǔ)和動(dòng)力收放。在德國MENCK公司、荷蘭IHC公司和天津市精研公司生產(chǎn)的液壓打樁錘液壓管線絞車、臍帶絞車(電纜和氣動(dòng)管線絞車)上，采用了多通道液壓回轉(zhuǎn)接頭和電滑環(huán)技術(shù)，可以在絞車回轉(zhuǎn)收放過程中正常傳輸液、氣、電介質(zhì)，使打樁錘能在200米以上水深的海底正常、連續(xù)使用。 在船舶、海洋石油領(lǐng)域的系泊絞車、移船絞車上，采用了一種遠(yuǎn)程遙控壓力限制回路（RVPL）用于恒張力控制功能的實(shí)現(xiàn)。在恒張力系泊絞車以設(shè)定的速度收纜過程中，當(dāng)絞車?yán)|繩張力增加到RVPL系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，液壓泵的排量將自動(dòng)減小以維持設(shè)定壓力；如果這時(shí)張力繼續(xù)增加，RVPL系統(tǒng)將控制泵的斜盤越過中點(diǎn)，絞車自動(dòng)放纜以維持張力的恒定。RVPL系統(tǒng)可應(yīng)用于美國薩奧公司的90系列軸向柱塞變量泵上。 基于能量回收和重新利用的二次調(diào)節(jié)靜液壓傳動(dòng)技術(shù)是德國科學(xué)家于1977年首先提出的一種液壓傳動(dòng)技術(shù)。在二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，液壓變量馬達(dá)/泵(稱為二次元件)沒有節(jié)流損失地連接在由恒壓變量泵與液壓蓄能器組成的恒壓網(wǎng)絡(luò)中，液壓蓄能器在網(wǎng)絡(luò)中不僅起到了吸收壓力脈動(dòng)的作用，而且作為貯能元件，能夠回收并重新利用系統(tǒng)的慣性能或重力勢能。二次調(diào)節(jié)技術(shù)在國外已經(jīng)成功應(yīng)用于礦山、造船、冶金等行業(yè)，能顯著提高液壓系統(tǒng)的效率，對(duì)能源緊缺的當(dāng)今社會(huì)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。國內(nèi)對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的研究還僅限于應(yīng)用基礎(chǔ)研究階段。 1.4 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為400KN液壓絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)液壓絞車工作原理、工作環(huán)境和工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，對(duì)液壓絞車整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，隊(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校核。絞車要求卷筒需具有儲(chǔ)繩功能，采用開式齒輪傳動(dòng)、閉式液壓系統(tǒng)、電比例控制。在結(jié)構(gòu)上要求具有緊湊、體積小、重量輕、外形美觀等特點(diǎn)。在性能上，則需要具有安全性好，效率高、啟動(dòng)扭矩大、低速穩(wěn)定性好、噪音低、操作可靠等特點(diǎn)。  第二章 400KN液壓絞車設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)要求 400KN液壓絞車設(shè)計(jì)用于船舶甲板起重機(jī)，要求對(duì)液壓絞車工作原理、工作環(huán)境和工作特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)此液壓絞車液壓系統(tǒng)。絞車要求卷筒需具有儲(chǔ)繩功能，采用開式齒輪傳動(dòng)、閉式液壓系統(tǒng)、電比例控制。在結(jié)構(gòu)上要求具有緊湊、體積小、重量輕、外形美觀等特點(diǎn)。在性能上，則需要具有安全性好，效率高、啟動(dòng)扭矩大、低速穩(wěn)定性好、噪音低、操作可靠等特點(diǎn)。 2.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)方案 隨著液壓元件的豐富和控制方式的多樣，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步和深入應(yīng)用，絞車液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也在不斷發(fā)展進(jìn)步。 絞車液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可采用開式回路和閉式回路兩種型式，這兩種回路基本區(qū)別在于工作流體流出馬達(dá)后所取的路徑不同。 在開式回路中，液壓泵從油箱吸油后，將油通過液壓方向閥換向后送至液壓馬達(dá)，油流再從馬達(dá)回到液壓油箱，圖2.2.1所示為一個(gè)典型開式回路。開式系統(tǒng)采用單向液壓泵，用液壓方向閥控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，通過變量泵控制方式、變量馬達(dá)控制方式或比例方向閥控制方式控制絞車的旋轉(zhuǎn)速度，通過平衡閥控制絞車的動(dòng)力制動(dòng)。 在閉式回路中，液壓泵、液壓馬達(dá)進(jìn)出油口直接聯(lián)通，形成閉環(huán)回路；補(bǔ)油泵從油箱吸油后，向液壓泵、液壓馬達(dá)的工作回路內(nèi)雙向補(bǔ)油；圖2.2.2所示為一個(gè)典型系統(tǒng)—美國薩沃-森特公司90系列閉式回路。閉式系統(tǒng)一般采用雙向變量液壓泵，通過泵的變量改變主油路中油的流量和方向，控制絞車旋轉(zhuǎn)的變速和換向。閉式系統(tǒng)主泵通軸串聯(lián)一小排量補(bǔ)油泵，用于向主回路補(bǔ)油和控制主泵變量。在常規(guī)閉式系統(tǒng)中，主回路溢流閥、限壓閥、補(bǔ)油溢流閥均集成于主泵，沖洗冷卻閥組集成于馬達(dá)。絞車的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速由液壓泵液流方向和流量決定，即由液壓泵的斜盤角度、排量和原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。閉式回路系統(tǒng)在國內(nèi)通稱為“靜液壓傳動(dòng)”；靜液壓系統(tǒng)本身具有動(dòng)力制動(dòng)功能。 靜液壓傳動(dòng)裝置是以液壓泵和液壓馬達(dá)為主組成，附加各種變量控制單元和傳動(dòng)元件(減速器或變速箱)，成為一種無級(jí)變速的傳動(dòng)裝置。它與純機(jī)械傳動(dòng)和液力機(jī)械傳動(dòng)相比，具有高效區(qū)寬、布局靈活、無級(jí)變速、換向方便、控制方式多樣和功率利用合理等眾多優(yōu)點(diǎn)。合理運(yùn)用靜液壓傳動(dòng)裝置，則能改善機(jī)器性能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能量消耗，使機(jī)器的品質(zhì)上升到一個(gè)新的階段。隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和所用元件的完善，采用靜液壓傳動(dòng)裝置的工業(yè)機(jī)械會(huì)愈來愈多，市場前景良好。 圖2.2.1 開式系統(tǒng)原理簡圖 1-制動(dòng)器 2-液壓馬達(dá) 3-溢流閥 4-外控式平衡閥 5-三位四通電磁換向閥 6-溢流閥 7-回油過濾器 8-冷卻器 9-定量泵 10-油箱 圖2.2.2 薩奧-森特公司90系列閉式系統(tǒng)示意圖 2.2.1 液壓泵、馬達(dá)的選擇 1.液壓泵 靜液壓傳動(dòng)裝置用的液壓泵是通軸型雙向變量斜盤式軸向柱塞泵(以下簡稱通軸泵)。通軸泵的變量控制方式很多，主要有手動(dòng)伺服控制、與壓力有關(guān)的液壓控制、與轉(zhuǎn)速有關(guān)的液壓控制、扭矩控制和電控制(比例控制、二位控制)等等。國外通軸泵產(chǎn)品最早產(chǎn)于50年代，近幾年發(fā)展得很快，品種規(guī)格齊全，變量控制方式多樣，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，質(zhì)量穩(wěn)定，工作可靠;美國薩沃—森特公司90系列通軸泵、德國力士樂公司A4VG系列通軸泵等產(chǎn)品已在國內(nèi)工程機(jī)械、船用設(shè)備上大量應(yīng)用。國內(nèi)通軸泵產(chǎn)品生產(chǎn)起步較晚，目前僅有中美合資上海薩沃液壓傳動(dòng)有限公司進(jìn)行少量規(guī)格的組裝生產(chǎn);天津派克特精液壓公司、貴州力源液壓公司也在小批量生產(chǎn)，但產(chǎn)品的品種規(guī)格、產(chǎn)量與國外先進(jìn)國家相比尚有很大差距。 2.液壓馬達(dá) 靜液壓傳動(dòng)裝置用的液壓馬達(dá)種類繁多，既有高速軸向柱塞馬達(dá)，也有低速大扭矩馬達(dá)。 高速軸向柱塞馬達(dá)又可以分為斜軸式軸向柱塞馬達(dá)和斜盤式軸向柱塞馬達(dá)二種。斜盤式軸向柱塞馬達(dá)與斜軸式軸向柱塞馬達(dá)相比有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）外形尺寸較小，便于與減速機(jī)、制動(dòng)器等組合成一體，成為“車輪馬達(dá)”。 （2）由于它的結(jié)構(gòu)與通軸泵的結(jié)構(gòu)相似，相同排量元件的零件可以通用，對(duì)使用維修帶來方便。 一般負(fù)荷變化比較平穩(wěn)，變速范圍比較小的靜液壓傳動(dòng)裝置，使用斜盤式軸向柱塞馬達(dá)較多。 低速大扭矩馬達(dá)常用的有兩種，一種是多作用徑向柱塞馬達(dá)，例如內(nèi)曲線馬達(dá)；另一種是單作用徑向柱塞馬達(dá)，例如曲軸連桿馬達(dá)和靜力平衡馬達(dá)。低速大扭矩馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)效率高、低速穩(wěn)定性好、不需要中間傳動(dòng)裝置，可直接與車輪連接；缺點(diǎn)是變量范圍小、一般只能有級(jí)變量。目前工程機(jī)械靜液壓傳動(dòng)裝置中，使用的低速大扭矩馬達(dá)大多數(shù)從國外進(jìn)口，主要有法國波克蘭公司的內(nèi)曲線馬達(dá)和日本川崎公司的“斯他法”馬達(dá)等。外國公司典型的靜液壓傳動(dòng)元件見表2.2.1。 表2.2.1 外國公司典型靜液壓傳動(dòng)元件 序號(hào) 公司名稱 國家 典型靜液壓傳動(dòng)元件 1 Rextoth 德國 A4VG+A6VM 2 Saucr 美國 90泵+90馬達(dá) 3 Denison 美國 金杯泵+金杯馬達(dá) 4 Samhydraulik 意大利 HCV+H2V 5 Eaton 美國 72400+743 6 Parker 美國 P2+V12 7 Linde 德國 HPV-02+HMF-02 3.液壓泵和液壓馬達(dá) （1）高壓化和高速化，最高工作壓力已達(dá)到48Mpa;為了提高轉(zhuǎn)速，要減輕重量，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。例如采用摩擦焊柱塞結(jié)構(gòu)，將柱塞做成中空形式，使柱塞重量減輕，從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有利于轉(zhuǎn)速提高。 （2）對(duì)驅(qū)動(dòng)單元和控制單元進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，有利于產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。 （3）改進(jìn)結(jié)構(gòu)，加大通軸泵的變量范圍。例如，德國林德公司已使斜盤最大擺角由18°增加到21°。 （4）采用螺紋式插裝閥，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少泄漏。 （5）改善變量調(diào)節(jié)特性曲線和增加變量控制方式，更能滿足工程機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展要求。 （6）采用新材料和新工藝，降低制造成本。 （7）根據(jù)城市環(huán)保要求，盡量降低噪音。 2.2.2 靜液壓傳動(dòng)方案比較 1.液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式 （1）變量泵—定量馬達(dá)方案 該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，是能夠無級(jí)控制速度的最簡單方案。泵和馬達(dá)的排量通常是相同的，也可以不同。該系統(tǒng)通過液壓泵的變量控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過回路中高壓溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)定馬達(dá)輸出扭矩。該系統(tǒng)常用于車輛、園藝拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)和建工機(jī)械。 （2）變量泵—變量馬達(dá)方案 該系統(tǒng)有很寬的速度范圍，允許使用排量小于馬達(dá)最大排量的泵，這樣可以使系統(tǒng)成本符合或滿足某些性能要求。該系統(tǒng)應(yīng)用范圍很廣，可以適用從履帶拖拉機(jī)、起重機(jī)到那些要求高速小扭矩和低速大扭矩的工業(yè)驅(qū)動(dòng)中。近年來，變量方式采用電比例控制方式的越來越多，通過與微電子技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制，并根據(jù)不同的工況，選擇不同的工作模式，更有利于功率合理利用和節(jié)約能耗。 （3）定量泵—變量馬達(dá)方案 該系統(tǒng)通過馬達(dá)排量的變化來改變輸出速度，但在低速范圍內(nèi)受限制，應(yīng)用于特定工況。 2.液壓馬達(dá)形式 （1）高速方案，采用高速液壓馬達(dá)和通過最終傳動(dòng)裝置仁變速箱、驅(qū)動(dòng)橋或減速機(jī))，使之進(jìn)一步降低速度，增加扭矩，它是利用中間環(huán)節(jié)來分擔(dān)所需的功能，通過選擇減(變)速器傳動(dòng)比的方式較方便地對(duì)主機(jī)參數(shù)實(shí)現(xiàn)匹配，對(duì)馬達(dá)的承載要求相對(duì)較低。在這種方案中，不僅液壓泵具有較大的變量范圍，液壓馬達(dá)也可以有較大的變量范圍，再加上選擇合理的速比和設(shè)置理想的檔位，可以得到一條比較理想的功率輸出特性曲線，能滿足工程機(jī)械的使用要求。其次，高速軸向柱塞馬達(dá)具有較高的功率/重量比，因此，工程機(jī)械靜液壓傳動(dòng)裝置采用高速方案居多。 （2）低速方案，采用低速大扭矩馬達(dá)}LSHT液壓馬達(dá))直接驅(qū)動(dòng)行駛結(jié)構(gòu)。 這種方案最合乎以“最少數(shù)量的零部件來滿足盡可能多的使用要求”的設(shè)計(jì)原則，一些車輪馬達(dá)可以直接安裝在驅(qū)動(dòng)輪輪惘內(nèi)而很少占用其它安裝空間，更能體現(xiàn)液壓傳動(dòng)布局靈活性的優(yōu)點(diǎn)，為整機(jī)設(shè)計(jì)提供了許多方便，省去了液壓馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)輪之間的各種中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，避免了由它們產(chǎn)生的附加功率損失和機(jī)械噪聲，也無須專門保養(yǎng)減速器。用低速馬達(dá)直接傳動(dòng)的方式還顯著地降低了驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有利于提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)和減少?zèng)_擊負(fù)荷。 2.2.3 靜液壓傳動(dòng)的應(yīng)用 靜液壓傳動(dòng)在工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、船舶設(shè)備及海洋石油設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 1.工程機(jī)械領(lǐng)域 （1）自行式振動(dòng)壓路機(jī) 自90年代起，在國外壓路機(jī)中振動(dòng)壓路機(jī)已占主導(dǎo)地位，它的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和振動(dòng)系統(tǒng)都采用靜液壓傳動(dòng)。自1984年徐州工程機(jī)械廠引進(jìn)了瑞典蒂納派克公動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)和1986年洛陽建筑機(jī)械廠引進(jìn)了德國寶馬公司振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)后，國內(nèi)振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)量也日益增長。 行走靜液壓傳動(dòng)裝置由液壓泵和前、后驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)組成閉式回路;液壓泵采用通軸手動(dòng)伺服控制變量泵。法國波克蘭公司專門為壓路機(jī)研制了“緊湊型”內(nèi)曲線馬達(dá);當(dāng)液壓馬達(dá)為高速馬達(dá)時(shí)，則和行星減速器組成“車輪馬達(dá)’直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 振動(dòng)靜液壓傳動(dòng)裝置是由變量通軸泵和定量液壓馬達(dá)組成閉式回路。液壓泵的變量控制方式為電氣二點(diǎn)變量控制，通過泵的變量實(shí)現(xiàn)振動(dòng)輪的起振、停振和改變振動(dòng)頻率。在靜液壓傳動(dòng)中，當(dāng)變量泵的擺角為零時(shí)，振動(dòng)輪的振動(dòng)能迅速停止，振動(dòng)輪沒有余振。 行走驅(qū)動(dòng)和振動(dòng)驅(qū)動(dòng)都采用靜液壓傳動(dòng)后，可使二者更好地協(xié)調(diào)配合，保證了路面壓實(shí)質(zhì)量。例如，當(dāng)行駛方向需要改變時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)由于振動(dòng)輪長時(shí)間的原地激振，而造成路面下沉的缺陷。 （2）穩(wěn)定土攤鋪機(jī) 穩(wěn)定土攤鋪機(jī)用于路面穩(wěn)定土的攤鋪、搗實(shí)和熨平，使路基具有一定密實(shí)度并達(dá)到要求的寬度。攤鋪機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和供料系統(tǒng)一般均采用靜液壓傳動(dòng)。 行走靜液壓驅(qū)動(dòng)由變量通軸泵和液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)仁定量馬達(dá)或變量馬達(dá))組成，液壓馬達(dá)通過變速箱、差速器、減速箱、鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)車輪。為了克服攤鋪過程中，攤鋪速度不穩(wěn)定，一般液壓泵采用電比例變量控制，以操作者的指令，對(duì)速度進(jìn)行精確控制。當(dāng)攤鋪速度偏慢時(shí)，則增加泵的排量，使攤鋪速度提高;當(dāng)攤鋪速度稍快時(shí)，則減小泵的排量，使攤鋪速度降低。 供料靜液壓傳動(dòng)由變量通軸泵和定量液壓馬達(dá)組成。液壓泵的變量方式也是電比例控制變量，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏈傳動(dòng)、刮板器、螺旋分料器完成穩(wěn)定土的接收、供料和分料。 （3）穩(wěn)定土拌合機(jī) 穩(wěn)定土拌合機(jī)用于公路基礎(chǔ)穩(wěn)定土拌合作業(yè)。拌合機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)和拌合系統(tǒng)均采用由手動(dòng)伺服控制變量通軸泵和定量液壓馬達(dá)組成閉式回路。 （4）輪式裝載機(jī) 在歐洲，中小型輪式裝載機(jī)的行走系統(tǒng)絕大多數(shù)采用靜液壓傳動(dòng)，比較著名的廠商有德國利勃赫爾公司、蔡特曼公司等。國內(nèi)鼎盛天工公司引進(jìn)了德國利勃赫爾公司L551B, L522輪式裝載機(jī)制造技術(shù)。輪式裝載機(jī)行走驅(qū)動(dòng)負(fù)荷變化較大，它的靜液壓傳動(dòng)裝置都由變量泵和變量馬達(dá)組成閉式回路。而液壓泵的變量控制方式為與轉(zhuǎn)速有關(guān)的液壓控制。 （5）推土機(jī) 靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在國外中小功率推土機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中已得到應(yīng)用和發(fā)展，而我國在該方面的研究剛剛起步。 2.農(nóng)用機(jī)械領(lǐng)域 聯(lián)合收割機(jī) 近20年來，靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)在聯(lián)合收割機(jī)上的應(yīng)用非常普遍，與傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)收割機(jī)相比，靜液壓聯(lián)合收割機(jī)有以下優(yōu)勢： (1)行走速度與收割速度同步，其收獲量的收獲量提高5%左右； (2)輔助作業(yè)時(shí)間短，比機(jī)械無級(jí)變速聯(lián)合收割機(jī)提高工效115-210倍； (3)特別適于收割倒伏作物或豐產(chǎn)作物； (4)勞動(dòng)強(qiáng)度大大減小。 3.海洋石油、船舶設(shè)備 和其它傳動(dòng)方式相比，靜液壓傳動(dòng)以其具有高效區(qū)寬、布局靈活、無級(jí)變速、換向方便、控制方式多樣和功率利用合理等眾多優(yōu)點(diǎn)，確立了在絞車傳動(dòng)和控制領(lǐng)域的優(yōu)勢地位。 靜液壓傳動(dòng)技術(shù)和傳動(dòng)元件在國內(nèi)外的多個(gè)行業(yè)已有了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)備具有相應(yīng)的系統(tǒng)配置和適用元件。 2.3 排纜技術(shù)方案 絞車的一個(gè)成功設(shè)計(jì)指標(biāo)在于能否將纜繩平滑、整齊地分層纏繞在卷筒上， 平滑整齊的繞繩不但能減少纜繩的磨損，而且能增加對(duì)纏繞纜繩測量的準(zhǔn)確度。排繩器可以幫助人們完成上述工作。 通常情況下，如果卷筒中心線到最近的導(dǎo)向滑輪中心線的間距與卷筒寬度的比值大于20，在理論上可以不必使用排繩器而能保證纜繩排列整齊，但在實(shí)際的應(yīng)用中，排繩器往往是絞車不可缺少的組成部分。排繩器一般采用“雙向絲杠排繩”、“伺服驅(qū)動(dòng)排繩”等多種形式。 1.雙向絲杠排繩 雙向絲杠排繩是傳統(tǒng)的機(jī)械排繩方法，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。雙向絲杠也稱“花杠”，具有牙形、螺距相同的雙向螺旋線，螺紋呈現(xiàn)菱形;雙向螺旋線在絲杠的兩個(gè)設(shè)定端點(diǎn)重合封閉，使絲杠上的螺母能在行程的端點(diǎn)自動(dòng)反向移動(dòng)。雙向絲杠排繩器在卷筒和絲杠間設(shè)計(jì)了固定傳動(dòng)比的減速裝置，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷筒傳動(dòng)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雙向螺旋絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑動(dòng)箱體沿雙向絲杠運(yùn)動(dòng)。當(dāng)纜繩在卷筒上纏繞1圈后，滑動(dòng)箱體帶領(lǐng)纜繩相應(yīng)沿卷筒軸向移動(dòng)1個(gè)纜繩直徑步長，實(shí)現(xiàn)整齊排纜的目的。排繩器設(shè)計(jì)有手輪離合器，用于滑動(dòng)箱體初始位置的人工調(diào)整。 對(duì)于雙向絲杠排纜方式，在最多能達(dá)到3000圈的排繩過程中仁可能會(huì)排繩30層，每層可能繞繩100圈)，高精度的傳動(dòng)比對(duì)排纜效果至關(guān)重要，而以下因素對(duì)傳動(dòng)比有影響： （1）纜繩直徑 纜繩受張力后，直徑會(huì)有所變化;變化后的直徑數(shù)值只能通過實(shí)際的測試和試驗(yàn)來得到。 （2）纏繞圈間的間隙 為防止外層纜繩受張力后陷入里層，引起纜繩損壞，必須要將纜繩排“密”，盡量減少圈與圈間的間隙。 （3）纜繩的變化 對(duì)于設(shè)計(jì)好的排繩器，它只適用于某種固定尺寸卷筒和固定規(guī)格的纜繩。當(dāng)絞車換用其它規(guī)格纜繩時(shí)，用戶需要改變驅(qū)動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比或重新設(shè)計(jì)卷筒。 （4）雙向絲杠的加工精度 高精度、長距離的螺旋傳動(dòng)和行程端點(diǎn)螺旋線的高精度重合決定了雙向絲杠加工較困難，必須依靠數(shù)控設(shè)備或由有經(jīng)驗(yàn)的工人技師完成，生產(chǎn)成本較高。 2.伺服驅(qū)動(dòng)排繩 伺服驅(qū)動(dòng)排繩理論上可以在同一個(gè)卷筒上適用任意規(guī)格的纜繩;它的測量傳感器能告訴其伺服驅(qū)動(dòng)“纜繩在哪”，然后通過單向螺旋絲杠將纜繩傳送到位。 伺服驅(qū)動(dòng)排繩可采用多種驅(qū)動(dòng)方式: （1）采用步進(jìn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)排繩器移動(dòng)，采用PLC程序控制，并加裝反饋用接近開關(guān)或行程傳感器。伺服驅(qū)動(dòng)排繩靈活、精確，易于調(diào)整，但設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高。 （2）采用變頻減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)排繩器移動(dòng)，通過變頻器人工調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、旋向，使排繩器的移動(dòng)速度、方向與卷筒的排繩相協(xié)調(diào)。在排繩器的兩端設(shè)置機(jī)械式行程開關(guān)或光學(xué)接近開關(guān)，用于控制變頻電機(jī)反向。該項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于“國家海洋技術(shù)中心液壓絞車實(shí)驗(yàn)設(shè)備”項(xiàng)目。 3.液壓驅(qū)動(dòng)排繩 液壓驅(qū)動(dòng)排繩采用電比例液壓方向閥驅(qū)動(dòng)液壓油缸或液壓馬達(dá)帶動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)移動(dòng)，通過電比例先導(dǎo)控制手柄人工開環(huán)控制排繩機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度。該系統(tǒng)可以同時(shí)控制多個(gè)排繩機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并能控制和糾正排繩的偏差。  第三章 400KN液壓絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)包括主液壓系統(tǒng)、補(bǔ)油液壓系統(tǒng)、循環(huán)液壓系統(tǒng)。主液壓系統(tǒng)為閉式控制系統(tǒng)，用于絞車機(jī)架液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)控制；補(bǔ)油液壓系統(tǒng)用于液壓系統(tǒng)油液的循環(huán)、過濾和溫度控制；循環(huán)系統(tǒng)為輔助溫控系統(tǒng)。初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖見圖3.1.1。 1-粗過濾器 2-雙聯(lián)齒輪泵3-電動(dòng)機(jī) 4-溢流閥 5-精過濾器 6-電動(dòng)機(jī) 7-伺服變量泵 8-單向閥 9-熱交換閥 10 -溢流閥 11-高壓溢流閥 12-液壓馬達(dá) 13-制動(dòng)液壓缸 14-電磁換向閥 15-冷卻器16-回油過濾器 17-冷卻器 18-回油過濾器 圖3.1.1 液壓系統(tǒng)原理圖 3.1.1主液壓系統(tǒng) 主液壓系統(tǒng)是典型閉式回路靜液壓系統(tǒng)，包含主液壓泵、主控制閥組、主泵沖洗回路、馬達(dá)沖洗回路等部分，采用單泵雙馬達(dá)匹配方式。 本絞車采用了電液伺服雙向變量軸向柱塞泵和定量低速大扭矩液壓馬達(dá)。絞車的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速有液壓泵液流方向和流量決定；絞車輸出的最大扭矩有主系統(tǒng)高壓溢流閥控制；絞車通過沖洗回路對(duì)主系統(tǒng)內(nèi)的熱油進(jìn)行熱交換；由液壓主泵對(duì)絞車滾筒提供動(dòng)力制動(dòng)。 主泵采用德國力士樂公司的A4VG斜盤式軸向柱塞變量泵，其具體特征如下： ●斜盤式軸向柱塞變量泵，典型用于閉式回路靜液壓傳動(dòng)，最大排量250m1/r,最高工作壓力40MPa。泵的流量與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速、排量成正比并可無級(jí)變量，流量隨斜盤擺角可從零值增加到最大量，并且當(dāng)斜盤擺過中位時(shí)液流方向會(huì)平穩(wěn)改變。 ●主泵后部串聯(lián)輔助泵，用于補(bǔ)充液壓油，克服內(nèi)泄漏并為伺服閥提供油源，通過伺服閥控制主泵變量。輔助泵為內(nèi)嚙合齒輪泵，排量52.5 ml/r，設(shè)定補(bǔ)油工作壓力Psp=2 MPa。 ●采用伺服變量方式，靈敏可靠。泵的排量和輸入電信號(hào)成正比。 ●泵的兩個(gè)高壓腔均內(nèi)置補(bǔ)油溢流閥，既可以分別設(shè)定兩腔的最高壓力，避免系統(tǒng)超載，又有補(bǔ)油閥的功能，補(bǔ)油流量通過該閥向兩個(gè)高壓腔補(bǔ)油。 ●內(nèi)置壓力切斷閥。在工作壓力達(dá)到該閥的設(shè)定值后，泵的排量自動(dòng)調(diào)整到零。該閥可在絞車加速和減速時(shí)阻止高壓溢流閥的開啟；采用壓力切斷功能，可以減少高壓溢流閥的開啟頻率，減少高壓溢流閥開啟時(shí)的通過流量，減少系統(tǒng)發(fā)熱。 3.1.2 補(bǔ)油液壓系統(tǒng) 包含輔助泵組、冷卻閥組和冷卻器。 輔助泵組選用CBGF1040/1018雙聯(lián)齒輪泵，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。前泵排量40m1/r，出口設(shè)定壓力40bar，一方面用于控制馬達(dá)制動(dòng)器，另一方面經(jīng)過減壓后向主系統(tǒng)補(bǔ)油。后泵排量18m1/r，用于通過冷卻器輔助冷卻液壓油。 3.1.3 循環(huán)液壓系統(tǒng) 包含循環(huán)泵組和冷卻器，用于補(bǔ)充補(bǔ)油液壓系統(tǒng)冷卻效果的不足。 3.2 卷筒主要參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.2.1 鋼絲繩 長期以來，鋼絲繩是按安全系數(shù)法選擇的。其具體做法是：首先計(jì)算出起重機(jī)鋼絲繩在工作中承受的最大靜拉力,將最大靜拉力誠意規(guī)定的安全系數(shù)n，然后從產(chǎn)品目錄中選擇一種破斷拉力不小于鋼絲繩，n=4.5~6.0。這么高的強(qiáng)度安全系數(shù)，在一般的零件強(qiáng)度計(jì)算中是從未有過的；再加上鋼絲繩卷繞構(gòu)件直徑與鋼絲繩直徑之比不小于某一規(guī)定值，因而這種安全系數(shù)選擇鋼絲繩的方法，在一定程度上滿足了使用壽命的要求。 但是，安全系數(shù)在鋼絲繩使用壽命方面的考慮是粗糙的，不能令人滿意。有些制造商，為了減小鋼絲繩直徑（從而可縮減整個(gè)起重機(jī)構(gòu)測尺寸），力圖選擇極限度很高的鋼絲材料，過高極限強(qiáng)度的鋼絲，導(dǎo)致鋼絲繩使用壽命降低。為了解決鋼絲繩使用壽命問題，有些國家的研究機(jī)構(gòu)對(duì)此驚醒了長期的實(shí)驗(yàn)研究，積累了許多材料。其中比較有成效的德國斯圖加特大學(xué)的實(shí)驗(yàn)。他們的研究，最終導(dǎo)致于如何選擇 鋼絲繩以保證有足夠的壽命；他們的呃成果已經(jīng)以計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的形式反映在DIN15020中，而國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4308（鋼絲繩的選擇）以及我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T3811-2008是在德國標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上略加簡化定制的。 下面應(yīng)用ISO4308標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法計(jì)算干死生直徑： 所選擇的鋼絲繩，其直徑不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小直徑： 式中 C—鋼絲繩的選擇系數(shù) S—干死生的最大靜拉力（N） 在ISO4308標(biāo)準(zhǔn)中，系數(shù)C的的選擇見下表3.2.1和3.2.2。 表3-1 C和n值（天然纖維芯鋼絲繩） 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 選額系數(shù)C值 安全系數(shù)n 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 1470 1570 1670 1770 1870 1960 2160 運(yùn)動(dòng)繩 靜態(tài)繩 M1 0.086 0.083 0.081 0.078 0.076 0.075 0.071 3.15 2.5 M2 0.089 0.086 0.083 0.081 0.079 0.077 0.0773 3.35 2.5 M3 0.091 0.088 0.086 0.083 0.081 0.079 0.0775 3.55 3 M4 0.097 0.094 0.091 0.088 0.086 0.084 0.080 4 3.5 M5 0.103 0.100 0.096 0.094 0.091 0.089 0.085 4.5 4 M6 0.115 0.111 0.108 0.105 0.102 0.099 0.095 5.6 4.5 M7 0.129 0.125 0.121 0.118 0.115 0.112 0.107 9 5 表3-2 C和n值（鋼芯鋼絲繩） 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 選額系數(shù)C值 安全系數(shù)n 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 1470 1570 1670 1770 1870 1960 2160 運(yùn)動(dòng)繩 靜態(tài)繩 M1 0.082 0.079 0.077 0.075 0.073 0.071 0.068 3.15 2.5 M2 0.085 0.082 0.079 0.077 0.075 0.073 0.070 3.35 2.5 M3 0.087 0.084 0.082 0.079 0.077 0.075 0.072 3.55 3 M4 0.092 0.089 0.087 0.084 0.082 0.080 0.076 4 3.5 M5 0.098 0.095 0.092 0.089 0.087 0.085 0.081 4.5 4 M6 0.109 0.106 0.103 0.100 0.097 0.095 0.090 5.6 4.5 M7 0.123 0.119 0.116 0.112 0.109 0.107 0.102 9 5 M8 0.139 0.134 0.130 0.126 0.123 0.120 0.114 9 5 工作級(jí)別選定M3，采用鋼芯鋼絲繩和雙鉤形式，公稱抗拉強(qiáng)度取 ，系數(shù)取，。 將上述數(shù)值代入中： 驗(yàn)算： 式中 —鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度極限 —鋼絲繩中金屬絲截面與整個(gè)截面積的比值，與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般（通常在鋼絲繩性能表面上標(biāo)注） —考慮鋼絲繩在繞制過程中的損失等因素的損失系數(shù)，一般 取，，代入上式中： 安全系數(shù)滿足要求，鋼絲繩直徑取d=33mm。 3.2.2 卷筒 1.卷筒直徑 當(dāng)鋼絲繩繞入卷筒或繞過滑輪是，鋼絲繩中的鋼絲將產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，卷繞直徑與繩徑的比值D/d越小，彎曲應(yīng)力越大。實(shí)驗(yàn)i奧名，鋼絲繩的使用壽命隨D/d的增大而增加，但當(dāng)D/d到達(dá)極限值（大約為60）后壽命不再增加。實(shí)驗(yàn)還表明，在一次升降中鋼絲繩通過的彎曲次數(shù)越多，其使用壽命也越短，而且與彎曲的形式和次序有關(guān)，例如，鋼絲繩繞過滑輪的報(bào)價(jià)小于5°是對(duì)壽命無影響，繞過滑輪比繞進(jìn)卷筒對(duì)壽命的影響要大一倍，反向繞比正向繞影響要大一倍等。在實(shí)際計(jì)算中，為了簡化，鋼絲繩的最小卷繞直徑由下式計(jì)算： 式中 —以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩的卷繞直徑 —鋼絲繩直徑 —與起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，見下表3.2.3 表3.2.3 系數(shù)h的規(guī)定值 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 卷筒h 滑輪h M1~M3 14 16 M4 16 18 M5 18 20 M6 20 22.4 M7 22.4 25 M8 26 28 取卷筒h=14,代入中： 按標(biāo)準(zhǔn)取卷筒直徑D=500mm。 卷筒機(jī)械效率取 2.卷筒負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 3.卷筒轉(zhuǎn)速： 3.2.3 一級(jí)開始直齒輪傳動(dòng)比 取一級(jí)開始直齒輪傳動(dòng)比i=4.5。 3.3 液壓元件計(jì)算與選擇 3.3.1 液壓馬達(dá) 1.液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩： 式中 —卷筒負(fù)載轉(zhuǎn)矩 —液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩 —一級(jí)開式直齒輪傳動(dòng)比 2.液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速： 式中 —卷筒轉(zhuǎn)速 —液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 —一級(jí)開式直齒輪傳動(dòng)比 3.液壓馬達(dá)理論排量： 式中 —液壓馬達(dá)理論排量 —液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩 —液壓馬達(dá)進(jìn)油口壓力 —液壓馬達(dá)機(jī)械效率 液壓馬達(dá)機(jī)械效率取，進(jìn)油口壓力設(shè)定為，代入上式中： 根據(jù)上述計(jì)算，選用兩臺(tái)1QJM61-8型內(nèi)曲線馬達(dá)。 表3.3.1 1QJM61-8液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 排量 （L/r） 壓力（MPa） 轉(zhuǎn)速范圍 （r/min） 最大輸出轉(zhuǎn)矩（N·m） 重量 （kg） 額定 最大 1QJM61-8 8 20 31.5 1~63 3.3.2 液壓泵 1.主液壓泵 （1）流量： 式中 —液壓泵最大輸出流量 —液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 —1QJM61-8型液壓馬達(dá)排量 —液壓馬達(dá)容積效率 液壓馬達(dá)容積效率取，代入上式： 根據(jù)需要，液壓泵的最大輸出流量應(yīng)大于499.L/min，選用一臺(tái)力士樂A4VG250伺服變量泵。 表3.3.2 力士樂A4VG250伺服變量泵技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 最大排量 （mL/r） 最大流量 （L/min） 系統(tǒng)工作壓力（MPa） 轉(zhuǎn)速范圍 （r/min） A4VG250 250 550 24 800~2200 2.輔助液壓泵 輔助液壓泵選用CBGF1040/1018型雙聯(lián)齒輪泵。 表3.3.3 CBGF1040/1018型齒輪泵技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 排量 mL/r 壓力（MPa） 轉(zhuǎn)速（r/min） 容積效率大于 總效率大于 驅(qū)動(dòng)功率(kW) 額定 最高 額定 最高 CBGF1040/1018 58 14 17.5 2000 2500 91% 82% 33.8 3.3.3 系統(tǒng)工作壓力的確定 1.液壓馬達(dá)工作壓力 液壓馬達(dá)實(shí)際工作壓力差： 式中 —液壓馬達(dá)工作壓力差（Pa） —液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩（N·m） —1QJM61-8型液壓馬達(dá)排量（L/r） —液壓馬達(dá)機(jī)械效率 液壓馬達(dá)機(jī)械效率取，代入上式： 液壓馬達(dá)實(shí)際工作壓力： 式中 —液壓馬達(dá)進(jìn)油口壓力 —液壓馬背壓 —工作壓力差 2.制動(dòng)系統(tǒng)工作壓力 3.補(bǔ)油壓力 3.3.4 液壓閥的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力、流量選擇液壓元件，各元件型號(hào)如下表： 表3.3.4 液壓元件選型表 名稱 型號(hào) 數(shù)量 高壓溢流閥 DBDS10P10/20 2 熱交換閥 3WH6R-60/0F/B10 1 單向閥 S10P5·0 2 溢流閥 DBDS20P10/10 1 溢流閥 DBDS20P10/5 1 電磁換向閥 3WE5B-6.0/0AG24NZ5L 粗過濾器 XU-J160x