船用克令吊的结构及控制设计(2)docx

  船用克令吊的结构及控制部分设计 Design of structure and control part of Marine crane PAGE II 摘 要 本文课题来源于自选课题。通过一系列分析目前已有克令吊产品，分析克令吊的结构和它的工作原理。 本文针对船用克令吊的主要承载构件─臂架进行了设计，船用克令吊通过臂架直接吊载，实现大的作业高度与幅度。臂架的强度决定了最大起重量时整机起重性能，其自重直接影响整机倾覆稳定性，因而臂架结构设计的优劣，将直接影响整机的性能。本文首先是根据起重机设计规范用传统解析法求解臂架结构的力学特性，在此理论结果的基础上初步评价整个臂架设计的合理性。 在此基础上，以 SolidWorks为工具，建出克令吊三维参数化部分零件模型，并绘出克令吊的二维工程图纸。本文根据液压系统的技术指标对该系统来进行整体方案设计，对其功能和工作原理做多元化的分析，初步确定了系统各回路的基本结构及主要元件，按照所给机构性能参数和液压性能参数进行元件的选择计算。 关键词：船用克令吊；臂架结构；回转机构；起升机构；液压系统 Abstract The topics in this article are derived from optional topics. By analyzing the existing products of Creing Crane, the structure of Creing Crane and its working principle are analyzed. This article has designed the main load-bearing member of the marine crane crane, the boom. The marine crane crane is directly hoisted by the boom to achieve a large working height and range. The strength of the boom determines the lifting performance of the whole machine at the maximum lifting weight, and its own weight directly affects the overturning stability of the whole machine. Therefore, the design of the boom structure will directly affect the performance of the whole machine. In this paper, the mechanical properties of the boom structure are solved by traditional analytical methods according to the design specifications of the crane. Based on this theoretical result, the rationality of the entire boom design is evaluated initially. On this basis, with SolidWorks as a tool, the 3d parametric part model of the crane is built, and the 2d engineering drawing of the crane is drawn. In this paper, according to the technical indicators of the hydraulic system for the overall scheme design of the system, its function and working principle are analyzed, the system has preliminarily determined the basic structure and main components of each circuit, according to the given mechanism performance parameters and hydraulic performance parameters for the selection and calculation of components. Keywords: Marine crane; Structure of boom; Slewing mechanism; lifting mechanism; hydraulic system PAGE 32 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1课题的来源及选题依据 1 1.1.1选题的背景 1 1.1.2国内外研究动态 1 1.1.3发展的新趋势 2 1.2课题研究拟采用的方法和手段 2 1.3 论证完成课题的实验条件 3 1.4 本章小结 3 第2章 船用克令吊 4 2.1船用克令吊总述 4 2.2 克令吊特点 5 2.3 克令吊操作规程 5 2.4 克令吊结构组成及各参数 5 2.5 本章小结 6 第3章 船用克令吊液压系统模块设计及计算 7 3.1 克令吊机构的工作级别 7 3.2克令吊基本结构 7 3.3 起升机构 8 3.3.1 起升机构概述 8 3.3.2液压起升机构计算 8 3.4 回转机构 12 3.4.1 回转机构组成 12 3.4.2 回转支承装置 12 3.4.3 回转机构驱动装置计算 15 3.5 变幅机构 18 3.5.1臂架、油缸支承计算程序 19 3.5.2 油缸及变幅参数 21 3.6 臂架设计 23 3.6.1 工况一 24 3.6.2 工况二 25 3.7 本章小结 26 第4章 制定液压回路方案 拟定液压系统原理图 27 4.1起升回路 28 4.1.1原理图 28 4.1.2性能要求 28 4.1.3工作原理 28 4.2回转回路 29 4.2.1原理图 29 4.2.2性能要求 29 4.2.3工作原理 30 4.3变幅回路 30 4.3.1原理图 30 4.3.2性能要求 31 4.3.3 工作原理 31 4.4 液压系统的维护 31 4.5 本章小结 31 第5章 结论 32 参 考 文 献 33 致 谢 34 盐城工学院本科生毕业设计（论文） 第1章 绪论 1.1课题的来源及选题依据 1.1.1选题的背景 近年来经济发展迅速，随着海洋运输业与港口贸易量的增加，因此对船用起重机即克令吊的需求量慢慢的变大。克令吊是码头港口常见的一种起重机，因此它的工作效率对运输业有着重要的影响。 船用起重机是在海洋环境中执行运输操作的特殊起重机。它大多数都用在重要任务，例如船舶之间的货物转移，海上补给以及水下操作设备的放置和回收。海上的特殊环境给船用起重机的控制带来了巨大挑战。一方面，类似于地面上的各种欠驱动起重机设备，需要控制货物运送过程中产生的摆动，以确保其定位精度和运输效率。另一方面，由于船用起重机被固定在船的甲板上，甲板本身的运动对载荷运动有着重要的影响，在大多数情况下，负载起吊降落点处的情况与吊车本身的运动不一致。 1.1.2国内外研究动态 （1）国外的发展水平及现状 国外研究学者使用计算机辅助技术较早，并将该技术应用于工程及产品设计计算仿真中。瑞典的Linden公司在1970年左右就已经将模块化计算应用到起重机的设计中。 德国的Demag公司采用模块化方法设计单梁起重机，使得设计成本减少了12%左右，生产所带来的成本也减少了一半左右。日本、美国、德国等也对以减轻吊臂重量为目的的优化设计法与可靠性设计办法来进行了研究，并且成功地将这两种方法应用于克令吊的设计中。 日本三菱重工在起重机结构设计中一直走在世界前列，特别是结构的疲劳寿命设计。 国内发展的历史及现状 国内的起重机技术发展相对较晚，在1950年左右才开始大量生产起重机，且起重机的负载吨位较小，属于中小型起重机。我国有代表性的起重机生产企业主要有三一重工、徐工集团、柳州柳工集团等。 海上运输的发展对加强国民经济建设具备极其重大的现实意义。特别是近年来，由于对外贸易的迅猛发展，远洋重型船往来于世界各国的港口运送了大量的物料，成为国际物料交换的主要工具。船舶的运行周期分为两个部分：在海上花费的时间以及在港口和码头停泊的时间。提高运输能力电力和经济利益的重要链接之一是缩短运行周期。因此，不仅有必要提高船舶的性能和速度，减少航行时间：还必须最小化港口电话。对于重型船舶，停靠港主要根据重型货物的装卸速度，功能良好，高效的重型装卸设备在减少港口停工时间方面发挥着重要影响。当前，航运业和造船部门很看重提高装卸效率。为了更好的提高重物的装卸效率，不一样的船舶使用不相同的特定装卸方法。船舶起重机的性能提高了重物的装卸提高效率，缩短船的停留时间，对加快繁重的物流并促进国际贸易和经济发展有很重要意义。 1.1.3发展的新趋势 随着经济技术的发展，起重机的发展的新趋势趋于节能、环保、大型、模块化、智能化的研究与开发。 （1）规模化 随着大型船舶的发展，为满足船舶装载能力的要求，海上起重机的尺寸逐渐增加。同时，转向器和锚绞盘也在向功率增加的方向发展。 （2）模块化 HATLAPA公司，Luo公司等采用了模块化甲板机械设计和生产模式，不仅有助于降低生产所带来的成本，提升产品质量和稳定能力，而且还有助于批量生产，安装和维护产品。 （3）智能化 电子科技广泛应用于甲板机械，极大的提高了操作控制的智能化，使得操作便捷、简单及安全。 1.2课题研究拟采用的方法和手段 文献研究法：文献研究法判断该课题是否有研究设计的价值，避免低水平重复的工作，研究资深专家的文献内容，让自己的研究方向更加准确。 观察法：用自己的感官和辅助工具去施工现场观察船用克令吊工作，从而更了解自己研究对象的一些工作性能和工作原理。 实验法：用实验法确定船用克令吊的机构结构。 定量分析法：用定量分析法确定船用克令吊所受力的种类和大小，方向。确定船用克令吊机构参数和材料的选用。 1.3 论证完成课题的实验条件 (1)借用机械工具书及机械手册查找所需要的计算分析公式。 (2)用实验教具确定机构的组成及受力性能。 (3)应用机械画图软件AutoCAD、SolidWorks、UG等绘画出二维三维图。 1.4 本章小结 本章对克令吊结构设计计算的研究意义、国内外克令吊发展现状及克令吊的设计的具体方案将进行了阐述。 第2章 船用克令吊 2.1船用克令吊总述 克令吊即船用起重机，它是一种船用装卸货物的主要设备。在一定载荷下它能够直接进行臂架的变幅、滑轮的起升及整体的回转三种运动。克令吊具有结构紧密相连、承载力大、操作便捷简单、装卸货效率高与功能灵活、对货物的适应性好等特点。克令吊分为手动、电动及液压三种类型。 克令吊通常是装在小吨位散货船上的，一般3万吨的散货船普遍搭载4台克令吊，起吊能力30～40T。能360度旋转，基本上在吊臂长度内变幅，全液压驱动，电动机、液压泵、液压马达、阀组、油箱、卷筒等部件布置在圆柱形旋转筒体内，有钢丝绳变幅和液压缸变幅之分，吊钩上可附加抓斗附件装卸粉末状货物。搭载克令吊的船一般是介于小码头靠不了、大码头靠不起的地位，所以它可以停在锚地把货物卸到小船上运走比较经济。 图 2.1 船用克令吊实物图 2.2 克令吊特点 (1)所占面积小，可实现360o的旋转。 (2)可精准投放货物。 (3)结构较为复杂。 (4)克令吊适用起吊重物超过5t。 (5)克令吊工作负载范围25t~60t。 2.3 克令吊操作规程 (1)首先通知机舱供电。 (2)启动马达前，先将通风道门和冷却风扇门打开。 (3)检查配电箱内主开关是不是合闸，电源指示灯是否亮。 (4)检查操纵手柄是否处于中间位置。 (5)按下启动按钮启动主马达，主马达启动后，控制箱上运转指示灯亮。 (6)落吊杆时，到一定位置限位起作用，限位指示灯亮，此时用钥匙将限位开关转到旁通位置即可，吊杆正常工作时必须放在正常位置。 (7)用抓斗时，控制箱上的开关必须转到抓斗位置。 (8)抓斗安装好后，将电缆和钢丝的控制开关扳向配电箱方向。 (9)抓斗电缆和钢丝马达跳电，请到控制室门后面的配电箱内复位。 (10)如果控制箱上电源指示灯亮而主马达不能启动，请检查上述3、4项。 (11)第7项请务必遵守执行，否则将导致重大事故。 (12)落好吊杆后，将操纵手柄放在中间位置，停主马达，通风道门和冷却风扇门关闭，控制室门窗关好。 (13)具体操作的流程中，如果有问题或故障，请随时报告电机员。 2.4 克令吊结构组成及各参数 本课题参照LIEBHERR克令吊资料，此克令吊由臂架、回转机构、起升机构、变幅机构、基座、驾驶室等组成。起升机构由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护设施等组成。 回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分所组成。变幅机构利用液压缸变幅，采用双缸前置式布置方式。 整机具有起升、 变幅、旋转机构,其最大起重量在固定时为40t，最小幅度是1.8m，最大幅度是28m。主起升机构：0~22m/min 40吨满载/空钩速度 0~33m/min，起升高度57m 。变幅机构：变幅时间：90秒（从最大幅度到最小幅度，满载）电源：主电机供电：440 V，50 Hz，三相辅助供电：从主电源靠变压器转换。船用克令吊的起升、回转、变幅速度，三个机构可以同时工作； 克令吊全长约33 m，起升高度约57 m，总重53.6 t，基座9.2 t，回转机构24.9 t，臂架19.5 t。 图2.2 克令吊建模图 2.5 本章小结 本章对船用克令吊的概况、特点、操作规程、结构组成及各参数做了介绍，对克令吊的应用及其主要构成有了一定的感性了解，为后面的设计做好知识储备，打下了前期必备的理论基础。 第3章 船用克令吊液压系统模块设计及计算 3.1 克令吊机构的工作级别 在对克令吊进行设计时，须根据真实的情况去选择电机及零部件寿命的计算。克令吊即要具有耐用性又要具有可靠性，因此在选择零部件时规格与品种应尽可能的少且适合使用的范围广。在对克令吊机构设计时根据所受载荷情况及作用时间进行分类，这种分类的等级就是机构的工作级别。因设计参数中未给出实际的上班时间，故根据起重机设计手册中的起重机机构工作级别举例查出克令吊机构的利用等级为T3，载荷情况为L2，工作级别为M3。 3.2克令吊基本结构 液压型克令吊基本结构包括运动机构、金属结构及驱动系统。运动机构分为三部分：升降机构、变幅机构与回转机构；金属结构由回转轴承底座、塔身及臂架组成。液压克令吊基本结构二维图如图3.1所示。 图3.1 克令吊基本结构图 3.3 起升机构 3.3.1 起升机构概述 货物装卸时货物的上升下降是通过起升结构来来控制的，因此起升机构是克令吊最基本也是最重要的机构。 起升机构包括驱动电机、钢丝绳卷筒机构、滑轮和安全保护设施等组成。起升机构的驱动方式有三种分别为：内燃机驱动、电动机驱动及液压驱动。根据克令吊的实际在做的工作情况做分析，本文采用液压驱动对起升机构进行驱动，由原动机带动液压泵，将工作油液输入液压马达使机构动作，通过控制液压马达的液体流量实现调速。液压驱动的优点包括传动比大、可以无级调速、结构紧凑等。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄露。 3.3.2液压起升机构计算 (1)选择液压马达 ①满载起升时液压马达输出功率Pn Φ2=1.16，Qe=40t，v=20m/min，η=0.85 （3.1） Φ2—起升载荷动载系数，本文取Φ2=1.16。 Qe—额定起升载荷（N） V—物品起升速度（m/s） h—机构总效率，本设计初步计算取0.85。 ②钢丝绳的计算和选择 采用单联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力 m=2，ηz=0.98，ηd=0.985，，Q=Qe+q （3.2） m—滑轮组倍率，ηz—滑轮组效率，ηd—导向滑轮效率，q—吊钩自重载荷 Q—起升载荷现由于钢丝绳重力未知，故不参与计算，待钢丝绳选定后再进行复算。 下面按安全系数n=4选择钢丝绳直径 （3.3） F0—所选钢丝绳的整绳破断拉力（N） S—钢丝绳最大工作静拉力（N） n—安全系数，按照机构工作级别查取。 根据计算所得的整绳破断拉力查表选取直径为34mm的密封式钢丝绳，其公称抗拉强度为1200N/mm2，全部钢丝的破断拉力总和为876000N，符合要求，截面形状如图。 由钢丝绳参数可知，一百米钢丝绳自重为630kg，根据克令吊起升高度，取绳长200米，故绳重1260kg，qg=12600N，由此复算钢丝绳最大静拉力： （3.4） （3.5） 876000N，仍满足要求。 图3.2 钢丝绳横截面 ③滑轮的选择 根据钢丝绳直径，选择滑轮槽底直径为800mm，轴承孔直径310mm，轮毂厚度125mm，截面形状如图3.2所示。 图3.2 滑轮横截面 ④ 卷筒长度与转速计算 根据钢丝绳直径d，取卷筒直径D为760mm。为使卷筒不至过长，本设计采用多层绕卷筒，d=34mm，D=760mm，，P1=1.15d=0.039m，z=2，下面计算卷筒长度L。 （3.6） l—钢层总长度，z—钢绳卷绕层数，此处取2。 卷筒多层绕时： （3.7） ⑤计算满载起升时液压马达输出扭矩Tm，i=126.94 （3.8） ⑥确定液压马达排量qm 液压马达转速： （3.9） 根据马达转速参照液压马达型号和参数表，大致在A2F系列马达中选择，额定压力取35MPa，Pm=35MPa，P0=0.3MPa，ηm,m=0.95 （3.10） ηm,m—液压马达机械效率，从马达技术性能表中查得，初步计算时可取0.95； Pm-P0—液压马达工作压力差，P0为液压马达背压，取0.3MPa。 ηv=0.94，由此得到满足起升速度要求的液压马达输入油量Qm： （3.11） ηv—液压马达的容积效率，初步计算可取0.94。 根据以上所计算的数据选择斜轴式轴向柱塞定量马达，排量为180ml/r。 （2）选择液压泵 1．确定液压泵最大工作压力Pb （3.12） —从液压泵至液压马达的油路压力损失，包括阀的局部损失和管路沿程损失，初算时取1.0MPa。 2．确定液压泵流量Qb （3.13） ηv—容积效率 3．液压泵所需功率Pb （3.14） 式中ηb—液压泵总效率，视液压泵类型而定，轴向柱塞泵为0.85-0.9，本设计取0.89。 计算液压泵转速nb，选择合适液压泵及柴油机 （3.15） qb—为液压泵排量，取250mm/r。 根据泵的排量、转速及功率，选择A2F250斜轴式轴向柱塞泵。同时选择道依茨风冷柴油机BF12L513C，额定转速2300转/分，标定功率330kW以上。为延长柴油机寿命，保证柴油机可靠工作，取工作转速为额定转速的85%即可。 3.4 回转机构 3.4.1 回转机构组成 回转机构包括两部分：回转支承装置和回转驱动装置。回转支承装置将起重机的回转部分支持在固定部分上，回转驱动装置驱动回转部分相对于固定部分回转。 3.4.2 回转支承装置 回转支承装置的计算： (1)自重载荷PG 参考利勃海尔克令吊参数，对本设计中克令吊各部分重量进行估算，得到回转机构重量：；回转机构重心距其几何中心点a=113.01mm。吊臂重量：；吊臂重心距回转机构几何中心点b=10996mm。回转支承装置以上部分自重载荷。 (2)起升载荷Q 已知克令吊最大幅度时的起升载荷为；最大幅度。 (3)回转和变幅运动时的起动（制动）产生的水平惯性载荷 克令吊回转和变幅时，起升质量和克令吊运动部分的自身质量产生水平惯性力。起升质量产生的水平惯性力PHQ（包括作用在起升质量上的风力、变幅和回转起、制动时的惯性力、回转运动时的离心力），按吊重钢丝绳偏离铅垂线的偏摆角所引起的水平分力计算： （3.16） α—偏摆角。 水平惯性力PHG （3.17） a—臂架加速度，由起重机设计手册知a=0.22m/s2 (4)由船舶倾斜（横倾和纵倾）产生的质量载荷水平分力 （3.18） (5)风载荷的计算： ①计算风压q风 取克令吊的计算风压。 ②风压高度变化系数Kh 起重机的工作状态计算风压不考虑高度变化（Kh=1）。 ③风力系数C 根据起重机设计规范，本设计取风力系数C=1.2。 ④迎风面积A 起重机结构和物品的迎风面积按最不利迎风方位计算并取垂直于风向平面上的投影面积。 （3.19） 式中：Al—结构或物品的外轮廓面积 φ—结构的充实率，取值为1.0。 ⑤风载荷按下式计算： （3.20） 综上，克令吊所受总垂直力 （3.21） 总水平力 （3.22） 由于风载荷产生的力矩较小，故忽略不计。不同工况下回转支承所受载荷计算如下： 工况1）考虑125%试验载荷时最大工作载荷 （3.23） （3.24） 工况2）最大工作载荷 （3.25） （3.26） 工况1）可作为静态容量计算载荷。回转支承结构型式考虑采用三排滚柱式回转支承（13系列）。根据起重机设计手册，工况参数和载荷换算系数如下：fr=1.00，fd：对于带吊钩的甲板起重机只需检查静态，故不需查出此值，k0=1.0（接触压力角）。 回转支承当量载荷为（径向载荷数值较小忽略不计）： 静态： （3.27） （3.28） 螺栓计算载荷： （3.29） （3.30） 根据上述计算结果，对照承载能力曲线三排滚柱内齿式回转支承。 由133.45.2800回转支承技术数据可得： 克令吊与回转支承连接的螺栓个数n=72，螺栓直径M33。回转轴承外径3021mm，内径2579mm，轴承厚度231mm。内齿直径D=2491.2mm，齿数Z=139，齿轮模数m=18mm。 3.4.3 回转机构驱动装置计算 (1)回转阻力矩 ①摩擦阻力矩Tm （3.31） 式中—回转阻力系数，滚柱式取0.012； D—滚道平均直径(m)； —全部滚球或滚柱所受的总压力（N），其计算如下： （3.32） 式中Fa—回转支承装置所受的总垂直力（轴向力）； Fr—回转支承装置所受的总水平力（径向力）； —滚动体的压力角。 ②克令吊由于船体倾侧造成的回转阻力矩Tp （3.33） 式中G—包括起吊物品在内的克令吊回转部分的重力（N）； c—G的作用线至回转轴线—载重吃水线上的浮船对横轴的惯性矩， （3.34） J2—载重吃水线上的浮船对纵轴的惯性矩， （3.35） L—浮船长度（m）； B—浮船宽度（m）； V—克令吊带载时浮船排水量（m3）； h—带载克令吊重心高出浮船浮心的高度（m）； —水的密度（kg/m3） ③风阻力矩Tf 臂架与风向垂直时，由风力产生的阻力矩达到最大值， （3.36） 式中FwQ—物品受的风力，根据起重机设计规范，按每吨物品约300N计算。 R—满载时幅度 FwB—克令吊吊臂部分受的风力 ④惯性阻力矩Tg 惯性阻力矩由物品重量Tg1、克令吊旋转部分Tg2和驱动装置的旋转零件Tg3三部分组合成，Tg3数值一般较小，可略不计。 （3.37） 式中n—回转机构转速 t—机构起动时间 综上，回转阻力矩 （3.38） (2)回转功率计算 （3.39） 根据以上数据及回转机构回转速度0.92r/min，选用GFB Series 60 T3静压回转减速机。 基本参数： 减速比i1=170.89，小齿轮模数m=18mm，齿数Z1=14，齿宽B=170mm。 小齿轮与大齿轮间的减速比 （3.40） 回转支承齿轮上所需驱动力矩 （3.41） 小齿轮上应输出驱动力矩 （3.42） 液压马达应输出力矩 （3.43） 因有二次变速，每次的机械效率， （3.44） 油马达输出功率 （3.45） 油马达转速 （3.46） 根据以上数据并结合GFB Series60T3所匹配的马达，选取A2FE80/61W-VZL型斜轴式柱塞马达，额定排量为80.4ml/r，由此求液压马达的工作压力p。 （3.47） 3.5 变幅机构 本文设计采取了液压油缸进行变幅，这种结构更简单紧凑及工作平稳。布置方式为双缸前置式布置，特点为： 图3.3 臂架布置方式示意图 (1)变幅推力小，可采用小直径液压缸 (2)臂架悬臂部分短，臂架受力有利 (3)臂架下方有效空间小 3.5.1臂架、油缸支承计算程序 图3.4 臂架计算示意图 由三角函数计算可得臂架与平面夹角α和臂架油缸夹角β关系。 （3.48） 式中a=5369mm，b=3287mm。 臂架、油缸在不同角度下受力分析： 图 3.5 臂架受力图 （3.49） （3.50） 经整理后可得： （3.51） 由上计算可得下表 表 3.1 臂架不同角度时液压缸受力分析 α 15 20 25 30 35 40 45 50 β 32.28 30.92 29.49 27.98 26.408 24.785 23.12 21.41 4777000 4829000 4863000 4875000 4864000 4826000 4757000 4651000 5186 5045 4866 4650 4398 4113 3796 3451 1390 1836 2269 2684 3080 3451 3796 4113 3241000 3044000 2825000 2585000 2328000 2056000 1773000 1483000 3509000 3749000 3958000 4133000 4271000 4366000 4414000 4409000 1111000 1077000 1043000 982300 923300 857200 784500 705900 α 55 60 65 70 75 80 85 86.44 β 29.66 17.89 16.09 14.27 12.43 10.57 8.70 8.46 4502000 4299000 4028000 3666000 3177000 2501000 1522000 1156000 3080 2685 2269 1836 1390 932 468 333 4398 4650 4866 5045 5186 5287 5349 5359 1191000 9021000 624000 366300 142700 -24790 -98180 -92640 4342000 4204000 3979000 3647000 3174000 2500000 1519000 1152000 622200 534300 443200 350100 256500 164400 76970 / 表中的和分别对应臂架的最大和最小幅度。以A点为原点作直角坐标系，ｘ轴、ｙ轴分别为水平和竖直方向。XB、YB分别为B点的水平和竖直坐标，单位（mm）。Fx、Fy分别为变幅油缸力Ｆ的水平和竖直分力，单位（N）。W为变幅油缸力在每个角度区间所作的功，单位（J）。由此可见在、变幅力取得最大值，为，由于选用双油缸支承型式，故单根油缸上的力 （3.52） 变幅油缸双耳中心距 （3.53） 根据余弦函数的单调性可知，当α取到最大值时，c就到达最大值。即：时，c=8512mm，此时变幅油缸达到最大行程。当α取到最小值时，c就到达最小值。即：时，c=6147mm。在非工作状态下，时，c=5359mm。 3.5.2 油缸及变幅参数 液压系统工作所承受的压力由设备类型、载荷大小及结构等要求决定。 表3.2 各类设备常用工作所承受的压力 设备类型 压力范围/MPa 压力等级 说明 机床、压铸机、农业机械、工矿车辆、搬运机械 7 低压 低噪声、高可靠 冶金机械 7-12 中压 一般系统 冶金机械、挖掘机、重型机械 21-31.5 高压 响应速度快 根据以上数据，选用D25WE360/220-3600型液压缸，其液压缸内径360mm，活塞杆直径220mm，最大工作所承受的压力25MPa，活塞面积1017.88cm2，活塞杆面积380.13cm2，推力2544700N，拉力1594400N，最大行程3600mm。 安装条件：耳环安装、耳轴安装、法兰安装、脚架安装。 油缸上的压力： （3.54） 上变幅时间： 时间 下变幅时间： 时间 油缸上伸缩速度： （3.55） 油缸下伸缩速度： （3.56） 油缸流量： 伸 （3.57） 回 （3.58） 油缸所需功率 （3.59） 3.6 臂架设计 本文设计采用工程机械常用的焊接组合梁，其截面形式为箱形。从梁的截面选择可知，截面尺寸是按梁的最大弯矩设计的。从强度观点看，除了最大弯矩所在截面外，其他截面尺寸显然过大。因为无论在移动或固定载荷作用下，梁的弯矩总是沿着梁长度而改变。可见，如果采用等截面梁，梁大部分截面未能充分的发挥材料作用。为了减轻结构自重，节省钢材，能够准确的通过强度条件将梁设计成变截面梁。本克令吊臂架采取高强度船用结构钢AH36，其屈服强度为355MPa，屈服安全系数取n=1.33，故许用应力 （3.60） 根据臂架的受力分析，可得出臂架的内力图。 图3.6 臂架内力图 由图可知，变幅油缸与臂架连接处截面所受弯矩最大。 3.6.1 工况一 臂架满载达到最大幅度时： （3.61） 该处截面形状如图3.7所示。 图3.7 弯矩最大截面 强度计算： 截面对自身水平轴的形心主惯矩： 梁横截面上最大正应力发生在距中性轴最远的点： （3.62） 3.6.2 工况二 臂架满载达到最小幅度时： （3.63） （3.64） 3.7 本章小结 本章主要介绍了船用克令吊主要机构的设计过程，包括起升机构、回转机构、臂架、变幅油缸等设计。 第4章 制定液压回路方案 拟定液压系统原理图 液压传动是现代船用克令吊广泛采用的传动形式。它通过液压泵将内燃机的机械能转变成液压油的液压能，在各种液压控制元件的控制下将液压能传递给各机构的液压执行元件（液压马达，液压缸）还原成机械能。 在制定液压回路方案时需要注意以下事项：力求系统简单可靠谱，应避免和消除多余液压元件和回路；从实际出发，尽量选用具有互换性的标准液压元件；管路要尽量要短，使系统发热少，效率高；保证工作循环一次的每一动作的安全性，而且互相之间不干扰；组合而成的液压系统应该经济合理。 克令吊液压系统是一套混联式（有串联也有并联）闭式自循环系统。液压泵为定量叶片泵，马达为定量叶片马达，其中起升马达为三档排量自动变换型。通过手动比例换向阀的开口大小，实现各动作机构从零到最大转速。液压控制回路原理图如图4.1所示。 图4.1 液压控制原理图 4.1起升回路 4.1.1原理图 图4.2给出了起升回路的原理图。 图4.2 起升回路原理图 4.1.2性能要求 起升机构的液压传动回路，除了要保证机构有足够的输出力矩、起升速度和制动能力，还应拥有非常良好的调速性能和下降限速能力。设有快速落钩装置的起升机构，还应提供方便可靠的制动器、离合器回路。 4.1.3工作原理 ①液压泵的来油经换向阀中位卸荷回油箱。 ②常闭式制动器在弹簧作用下提供制动力矩用以平衡起升载荷的悬停。 ③当手动换向阀离开中位进入右位时，泵的来油经换向阀进入机构的起升分支，并经过单向节流阀进入制动器。这以后，泵油压力很快上升。压力升到某些特定的程度，便会克服制动器的弹簧力，使制动器开启。同时，进入起升分支的压力油经平衡阀中的单向阀进入马达，若这时系统压力足以作用在马达上的阻力矩，马达的排油经换向阀流回油箱。 ④若手动换向阀回到中位，则系统压力迅速下降，马达停止转动；制动器在弹簧作用下，经单向节流阀中的单向阀排出制动器动作缸中的液压油实现制动。要下降载荷时，可将换向阀拨到左位。这时，泵的来油经换向阀进入回路的下降分支，同时经单向节流阀进入制动器。当压力增大到某些特定的程度时，制动器开启，下降分支的压力将同时使平衡阀中顺序阀有一定的开度。这样马达在起升载荷和下降分支压力的共同作用下旋转，使载荷下降，马达的排油经顺序阀、换向阀流回油箱[28]。 4.2回转回路 4.2.1原理图 图4.3给出了回转回路的原理图。 图4.3 回转回路原理图 4.2.2性能要求 由于船用克令吊的回转机构惯性载荷较大，而且启动制动频繁，所以要求其液压回路具有完善的启动缓冲、制动和补油功能。 4.2.3工作原理 当机构工作时，泵的压力油中的一路进入液压马达，另一路经导控油路进入缓冲阀的弹簧腔，以阻止缓冲阀的开启，来保证回转马达有足够的起动力矩。这一力矩的最大值可通过最大供油压力的调定制来决定。当机构制动时，换向阀处于H型中位，缓冲阀的导控油路和低压油路相同。这时，缓冲阀和普通缓冲阀一样，其开启压力由弹簧力决定，调整弹簧即可改变缓冲压力的大小，从而改变制动力矩的大小。两个单向阀和换向阀的中位实现了给马达补油的功能。液动阀的作用是机构动作时给马达提供回油通路。当需要定位制动时，可用机械制动器定位。 4.3变幅回路 4.3.1原理图 图4.4给出了变幅液压原理回路图。 图4.4变幅液压原理回路 4.3.2性能要求 起落臂平稳，微动性好，变幅在任意值允许位置能可靠锁死，设有二次液控单向阀锁住保护设施。 4.3.3 工作原理 平衡阀的安装应尽可能靠近变幅缸，以缩短无杆腔中高压油对油管的作用长度。平衡阀与变幅缸无杆腔之间也不允许采取软管连接。由于变幅油缸活塞杆在任意伸出位置上可靠锁定，满足布料时的位置要求；对这种有很大外负载的液压油缸，稳定变幅时活塞杆的伸缩速度，防止液压缸因自身重力和外载力的作用而失控，控制液压缸伸缩的速度，从而控制臂架展开收缩的速度。 4.4 液压系统的维护 绝大部分液压系统的故障都是由液压油的清洁度引起的。每次使用完克令吊后，对过滤器进行拆捡，检查液压油的品质，更换滤芯。液压元件或者管路经过大修后，一定要充分清洗整个液压系统，采取了专用滤纸对系统来进行反复循环串油，直到滤纸上无明显杂质为止。另外，出现漏油的情况立即着手解决，防止漏油面积扩大化。最后还要防止液压油的浸水乳化变质。 4.5 本章小结 本章主要介绍了船用克令吊主要液压控制机构的设计过程，包括起升机构、回转机构、变幅机构等的设计。 详细阐述了克令吊运行时液压工作原理。 第5章 结论 通过本次毕业设计，基本上掌握了船用克令吊的结构及其主要的工作原理，并且通过查阅资料和图纸，

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