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長 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙
具有分布式載荷特色的升降大重工件的起重系統(tǒng)
盡管人們非常熱衷于深水域和超深水域的極限壓力活動，可是他們并沒有意識到，在淺水域他們同樣面臨著許多技術(shù)難題。特別是像起重機(jī)這樣在淺水域重負(fù)荷下工作的裝置，正變得越來越“多才多藝”，逐漸成為穩(wěn)固的生產(chǎn)解決方式。
道哈恩，OSL近海系統(tǒng)及德克機(jī)械的主席，說，他們公司的起重機(jī)的承載能力正在增加。這歸功于行業(yè)心態(tài)的新建與現(xiàn)有裝置的升級。一般元素就是生產(chǎn)設(shè)備早期生產(chǎn)是，從許多深水域經(jīng)濟(jì)意義下的操作方式來看，好像淺水域的操作人員已經(jīng)也將這一觀點(diǎn)記在心里了?，F(xiàn)在，操作人員希望起重機(jī)裝置在淺水域既能鉆孔又能鑿井，而不是僅僅能夠移動鉆孔。
對設(shè)計(jì)并建造起重機(jī)系統(tǒng)的道哈恩來說，有意義的事就事最大載荷能力的增加，富有挑戰(zhàn)性的工作就是如何才能安全地吊起和安全地卸荷，以消除過載并超過系統(tǒng)未預(yù)想承載能力的技術(shù)性限制的這一上升危險(xiǎn)性。就拿設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)來說，每個(gè)都愿意從一張潔凈的紙張開始，可是實(shí)際上很少如此。地球上確實(shí)有數(shù)以百計(jì)的近海域的起重機(jī)。當(dāng)在現(xiàn)有的裝置上改進(jìn)一個(gè)新的系統(tǒng)時(shí)，道哈恩和他的工作人員就在受限的空間和現(xiàn)有能力范圍內(nèi)開展工作。著時(shí)一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，起重機(jī)支架和點(diǎn)輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受所有材料方面的限制也就是說，對齒輪牙的大小及系統(tǒng)所用材料，僅有這么多可用的額外能力。另外，真正的危險(xiǎn)在于起重過程中較重裝置會擊穿海床，因此，反復(fù)考慮整體設(shè)計(jì)是非常重要的，這就是OSL所要做的。
道哈恩說，“增強(qiáng)起重系統(tǒng)能力的關(guān)鍵是明確機(jī)殼載荷是如何通過起重系統(tǒng)弦桿齒輪架及齒輪系統(tǒng)上，與機(jī)器支架相聯(lián)的最低的齒輪載荷最大載荷?！陛d荷的分布基本上是以一個(gè)齒輪到下一個(gè)齒輪降低20%。比如，在一個(gè)有3個(gè)齒輪的裝置上，有一半載荷有最低的齒輪承載，下一齒輪就承擔(dān)30%，最上層的承擔(dān)20%，然后逐漸減少。
OSL的目標(biāo)是，設(shè)計(jì)一個(gè)通過各樣齒輪完全分配機(jī)器支架承載的系統(tǒng)。道哈恩說，提出的設(shè)計(jì)里僅有2%的多樣性，所有并不是要獲得多樣性。這樣就實(shí)現(xiàn)了兩件事：系統(tǒng)的可靠性得到實(shí)質(zhì)性的提高；齒牙的疲勞壽命也得到提高。
為了保證具有持續(xù)的速度，就OSL電力驅(qū)動系統(tǒng)使轉(zhuǎn)矩多樣化。這樣在開動機(jī)器時(shí)，漸漸上升或下降的系統(tǒng)就不會超出齒輪所能承受的壓力值。傳統(tǒng)系統(tǒng)上，當(dāng)起重機(jī)啟動時(shí)將會產(chǎn)生一股強(qiáng)大的電流，這在工作過程一開始就使齒輪受壓并產(chǎn)生疲勞。
這項(xiàng)新系統(tǒng)消除了這一現(xiàn)象，可是與一開始就立即進(jìn)入工作狀態(tài)不同，在起重過程開始提升之前，機(jī)器就被安放好以使所有齒輪平衡受載。道哈恩說，這一電力系統(tǒng)另外以好處就是，制動過程中仍可以給馬達(dá)供油，為保證機(jī)器支架能承受工件載荷，系統(tǒng)使每個(gè)支架都承擔(dān)力矩。力矩逐漸增至能夠舉起工件的水平，比如，如果其中一個(gè)支架將要過載，系統(tǒng)就在這以支架上將速度增加3倍并有效的加以延長，直至使力矩保持在原有水平的10%之內(nèi)。然后，系統(tǒng)下降，保持在一定水平位置。這一系統(tǒng)還能補(bǔ)充在承載下沉的支架以保持裝置水平。能對不利的環(huán)境有迅速反應(yīng)的關(guān)鍵能力。一旦一支架與海床接觸，力矩便能在原處保持一種動態(tài)的狀態(tài)，直到另外的支架也是如此。當(dāng)所有的支架都穩(wěn)固后，承載等的操作以這種動態(tài)的操作狀態(tài)開始進(jìn)行。
這種系統(tǒng)能夠安裝在一個(gè)起重機(jī)上，或安裝在現(xiàn)有起重系統(tǒng)的動力輸入上。不斷變化的頻率驅(qū)動馬達(dá)以適當(dāng)?shù)鸟R力和力矩與現(xiàn)有驅(qū)動齒輪箱的輸入相適應(yīng)。
通過運(yùn)用專門的技術(shù)，其母公司Oigear在液壓業(yè)不斷發(fā)展壯大。OSL設(shè)計(jì)了這樣一項(xiàng)系統(tǒng)。它能改變作用在齒牙上的載荷以使載荷平均分布在與支架相連的各個(gè)齒牙上。同時(shí)，它能對使加其上的載荷變化做出迅速的反應(yīng)。這種設(shè)計(jì)另外一個(gè)好處就是，它能使分布在每個(gè)齒輪上的載荷按有序地發(fā)生變化。比如，當(dāng)暴風(fēng)雨來臨時(shí)，能控制分布載荷反向。這意味著，一定比例的載荷會被轉(zhuǎn)移到上層齒輪上，以用于補(bǔ)償施予支架的海浪作用產(chǎn)生的風(fēng)暴載荷；這樣就在總體結(jié)構(gòu)上與風(fēng)暴作用力效應(yīng)相抵消。
傳統(tǒng)的千斤頂和齒輪起重系統(tǒng)所能承載的極限時(shí)1500千磅左右。千斤頂和齒輪設(shè)計(jì)的幾何形狀有AGMAS統(tǒng)一規(guī)定。齒牙的布置必須符合這些所涉標(biāo)準(zhǔn)。從材料這方面來講，這種裝置最多用100ksi。可是要采用更多的進(jìn)口金屬，成本不允許。增強(qiáng)承載能力的另一途徑時(shí)加寬齒輪?，F(xiàn)在一般千斤頂齒牙接觸部分的極限寬度約為，生產(chǎn)在寬一點(diǎn)的齒輪就變得成本不允許。另外一種方法是增加與支架相連的齒輪數(shù)量，大多數(shù)起重機(jī)有36個(gè)齒輪。道哈恩說。加長系統(tǒng)會達(dá)到54至72個(gè)?？墒沁@樣一來，每個(gè)齒輪就給系統(tǒng)成本增添200000美元。
道哈恩說，為了顯著增加可變載荷，就要退一步看，重新看待起重機(jī)是如何起重的?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)都采用接觸撞擊圓筒的操作方式—oifgear和Bet lehem Shipyard設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)里有一圓筒，一個(gè)上下移動支架或傳統(tǒng)千斤頂?shù)妮S，齒輪類型系統(tǒng)。
OSL設(shè)計(jì)一項(xiàng)新的系統(tǒng)，采用三機(jī)筒裝置作為連續(xù)直線馬達(dá)同步操縱，這些機(jī)筒使支架以120度角排列。因此當(dāng)?shù)讓訖C(jī)筒嚙合機(jī)架時(shí)，上層機(jī)筒釋放受力。當(dāng)有2個(gè)機(jī)筒作業(yè)時(shí)，第三個(gè)機(jī)筒被重置以承擔(dān)部分載荷。道哈恩強(qiáng)調(diào)說，這三個(gè)機(jī)筒能提供連續(xù)平穩(wěn)的動力，使裝置以每分鐘約1-2英尺的速度上下運(yùn)動。
道哈恩說，這種設(shè)計(jì)和容易調(diào)整，通過增加或減少機(jī)筒直徑，以及每個(gè)支架弦桿的數(shù)量更高的可變性載荷。由于這些不是單齒輪嚙合的齒輪驅(qū)動，桿尾千斤頂嚙合機(jī)筒卡盤以多牙與支架。平均地分布并傳遞載荷于齒牙。因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)筒的整個(gè)卡盤面總是嚙合在一起，這種設(shè)計(jì)業(yè)確定一種更大的起重面積分布里載荷。這改善了載荷的分布情況并且便于千斤頂更具用耐磨性。道哈恩說，采用這一設(shè)計(jì)，他的公司就能建立可承載幾倍與市場上通行的最大起重機(jī)的承載能力。
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