【JX15-03】海上吊机选型设计（CAD+论文）
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【JX15-03】海上吊机选型设计（CAD+论文）,JX15-03
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中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） i 海上吊机选型设计 摘摘 要要 21 世纪是人类认知海洋、开发海洋的世纪，海洋经济已越来越成 为国际上关注的一个焦点。针对海洋经济发展对起重船提出的更高的要 求。本文研究了目前国内外海洋吊机的现状，根据给定参数完成 250t 吊机的总体与变幅机构设计。由于 250t 吊机采用全液压驱动，因此还 涉及到了液压系统的设计。 本文首先对 250t 海洋吊机机构及结构部分进行了选型，从总体受 力对 250t 吊机进行了总体计算，并验算了吊机的稳性。接下来具体设 计计算了吊机的变幅机构。然后论述吊机液压系统的总体设计，需要实 现的功能包括主起升、副起升、回转、变幅等。 关键词关键词：海洋平台；变幅机构；液压系统；发展现状 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） ii 目目 录录 第一章 前 言1 1.1 海洋平台吊机类型与特点1 1.1.1 构成与分类 .1 1.1.2 技术特点 .4 1.2 国内外技术现状4 1.3 海洋平台吊机发展趋势6 1.4 本文研究内容7 第二章 海上平台吊机总体方案选型.8 2.1 设计参数 .8 2.2 吊机方案选型论证 .8 2.2.1 驱动方式选择 .9 2.2.2 起升机构 .9 2.2.3 变幅机构 11 2.2.4 回转机构 11 2.2.5 臂架结构选型 11 2.2.6 人字架 13 2.2.7 回转支撑 14 2.2.8 转台及门架 14 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） iii 2.2.9 司机室 14 第三章 吊机总体设计16 3.1 吊机重量及重心估算表 16 3.2 载荷计算 16 3.2.1 基本参数 16 3.2.2 由 SWL 引起的设计载荷 17 第四章 变幅机构设计24 4.1 设计计算 24 4.2 钢丝绳选择 27 4.3 滑轮选择 27 4.4 卷筒计算 30 4.5 液压马达的选择 32 第五章 结 论.34 参考文献35 致 谢.37 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 1 第一章第一章 前前 言言 海洋平台吊机是海洋平台及工程船舶与外界联系的 “桥梁” ，也 是海洋工程和海洋油气开发工程的重要装备之一。海洋平台吊机在设计 建造标准、安全可靠性、海洋工况适应性、操控性能等方面均有较高要 求，具有结构紧凑、作业工况复杂、承载状况恶劣、安全可靠性要求较 高、集成化自动化控制程度高等特点。海洋平台吊机设计与制造遵循 API 2C海洋平台吊机规范标准和各国船级社的相关规范要求，在设 计、制造、检验和试验等环节均严格把关。海洋平台吊机整体技术水平 在不断提升，已经发展成为一种具有高度安全可靠性、整体性能先进、 功能完善、控制操作精密的高技术海洋作业设备。现阶段海洋平台吊机 尤其是大型、高端海洋平台吊机关键技术一直由国外公司垄断，因此有 必要深入研究、加快国产平台吊机开发的步伐。 1.1 海洋平台吊机类型与特点海洋平台吊机类型与特点 1.1.1 构成与分类构成与分类 海上起重机通常由动力装置，升降系统，旋转系统，变幅系统，控 制系统和安全装置等部分组成（见图 1-1） 。它是由柴油机或电动机供电， 也可采用一个外部平台供给，同时也对自己的平台独立的工作；传输与 基于，能够实现通过负载传感系统和一个伺服控制系统的致动器的驱动 和控制上的液压驱动器；控制电子控制系统多采用液体技术，通过 PLC 程序的逻辑关系来控制；安全装置包括紧急刹车，过载保护，防碰撞汽 车出行，紧急权力下放和其他设备，以提高起重机作业性的安全性和可 靠性；还配备了一个负载检测，视频监控，波浪补偿和故障检测系统。 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 2 图 1-1 海洋平台吊机结构示意图 1控制系统； 2回转系统； 3变幅系统； 4辅提升系统； 5主提升系统； 6动力装置； 7安全保护装置。 基于它们的应用的离岸起重机置于不同的工作负载条件下可以从各 种形式和类型的派生。由于它的整体形式结构的基础上，可分为固定底 座（见图 1-2） ，将军柱（见图 1-3A） ，武器架，GABLE 风格和桅杆 （见图 1-3B）等。基于幅度不同的方式可分为圆柱变幅（见图 1-4）和 绳俯仰；根据承载能力可分为轻型和重型海上起重机；起重机的基础， 可分为桁架，箱形梁，伸缩和折叠臂（参见图 1-5）等；根据负载特性 可分为静态类型和动态类型；基于运动可分为固定，行走和浮动。 图 1-2 600t 基座式平台吊机 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 3 将军柱式 桅杆式 图 1-3 海洋平台吊机 图 1-4 液压变幅海洋平台吊机 图 1-5 250t 折臂主动补偿平台吊机 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 4 1.1.2 技术特点技术特点 1、载荷工况复杂，承载状况恶劣 海上起重作业时，以满足各种需要的海洋环境和工作条件要求的大 海，也应该考虑工作负载，船体（或平台）的运动负荷，环境负荷，海 浪升沉载荷和冲击载荷，如摇摆。充分考虑在设计和载荷分析的各种负 载的组合效应应该用不同的系数，并设计安全系数载荷进行补充，这取 决于海洋条件下，以确保该起重机为满足强度，刚度和稳定性的要求在 不同的海况，条件。 2、安全性和可靠性要求较高 海上起重机承担海上平台吊装，移位运输和人员输送等任务，在安 全性和可靠性方面有了更高的要求。它的结构设计，载荷分析，功能设 置，液压和电气控制系统的设计等方面应该是确保的前提下，在设计计 算的安全性和可靠性，材料性能，关键部件，如质量控制和安全装置有 了更高的要求。 3、结构紧凑，集成化程度高 海上起重机支撑在平台和船舶，其安装和操作空间是很有限的，因 此，海上平台起重机的整体结构通常更加紧凑，具有更少的变速器液压 传动和控制，测试和操作系统具有多使用扇区高集成度。 4、设计与建造所遵循的标准要求高 海上起重机船级社组织和 API 规范受到严格的管制，许多人都在设 计计算明确规定，原料验收的安全系数，负载测试，性能和测试。当配 套的石油钻井平台和钻井船，海洋平台起重机必须采取的 API2C 船级 社标准和相关认证及海洋水产品入籍考试的强制性要求。 1.2 国内外技术现状国内外技术现状 在国外的海上起重机已经有很长的发展历史，其产品已日趋成熟， 性能稳定，品种繁多。其结构和功能涵盖了大多数类型的支持海上平台 和船舶，工程的基本需求的利勃海尔，豪氏威马，Seatrax 月， TTS，Gustomsc 其他公司作为其产品的主要代表了先进的技术和功能， 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 5 安全性较高可靠性，代表了国际船舶市场占据着世界先进水平。 利勃海尔是世界领先的船用起重机制造商之一，主要生产各种型号 的平台起重机可以在各种自升式、半潜式平台及工程船舶的广泛支持。 其主要技术特点是：总体技术先进，结构紧凑，功能齐全的安全性，高 可靠性，控制和操作系统的高集成度，局部细节严谨的设计等。它开发 了最先进的控制系统之一 Litronic 挖掘机海洋起重机控制系统。 豪氏威马公司是一家专业生产大型海洋平台起重机制造商，主要生 产大型海上平台及海洋起重机浮式起重机。其产品类型底座，桅杆和漂 浮等，先进的技术整体，处于行业领先地位。本公司产品有额定负载的 安全性，承载能力强，强风抗倾覆能力，优越的整体性能，并实现补偿 的波形，以满足各种海况的运行要求。 十一月是世界领先的石油和石化设备制造企业，同时也是海洋油气 工程装备制造知名企业。公司拥有 Amclyde，博莱霉素，Hydralift 等众 多品牌船用起重机，起重机的海上平台，更多的产品种类，技术先进， 广泛的产品覆盖范围可以开发千牛提升负荷数以万计的重型海洋浮式起 重机机。其产品主要以支持基于各类自升式，半潜式海上钻井平台和油 田支援舰。其主要技术特点是：技术全面，强大的产品结构承载能力， 设计安全，可靠，多功能的产品技术，产品种类，覆盖面广等特点。 国内产业基地和海洋受影响的产品起步较晚等因素影响，海洋平台 起重机的发展步伐缓慢。在 20 世纪 80 年代和 90 年代本土化研究中国 开始开展海洋平台吊机，更好的开发单位在这方面主要是南方的船机， 武船重工，青岛天，有几家公司和研发的产品类型是比较简单的发展， 也有一些局限性，具体表现在：许多技术水平还存在一定的差距。仍 然存在的测试方法方面，检测技术是有差距的，特别是在控制，安全功 能设置，智能控制，主动升沉补偿分析显著差距关键技术的可靠性。 产品的安全性，可靠性有待进一步提高。海洋平台起重机的安全功能 和设备配套，控制系统和操作系统的整合少，智力不是一些关键的部件 或系统的高，质量不稳定，导致整体性能和稳定的产品质量。 高新 技术，高端产品少多才多艺。因为在自动化控制，负载监控，信号采集 与处理，波浪补偿等关键技术的差距，我们在一些先进的安全整体技术 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 6 水平的智能功能完善的控制，具有特殊功能（如主动升沉补偿，自动过 载保护等）较少自主研发的高端产品领域。 1.3 海洋平台吊机发展趋势海洋平台吊机发展趋势 1、向产品多样化方向发展 为了满足不断变化的需求和应用，海上起重机必然走向多元化，在 一系列的发展方向，主要体现在形式多样，结构和功能。多元化的主要 形式，以满足各种场合，尤其是在深海捕鱼，大吨位起重，海洋管道敷 设，支持特殊条件的需要和各种受水下设备安装吨位;结构多样化，主 要在结构，不断优化和整体布局，高性能材料和应用等方面的发展;功 能多样化主要体现在安全防护，特殊工况，负荷监控和系统测试和不断 增长和完善新的功能等方面的船用起重机。例如，过载自动保护，主动 升沉补偿等功能及相关技术将是一个重要的发展方向。 2、向高安全性、高可靠性方向发展 海洋平台吊机必须沿着高安全性、高可靠性的方向发展。未来随着 各国船级社及海工市场对安全可靠性的不断重视，海洋平台吊机必将在 结构承载安全性、抵抗恶劣工况能力、安全与逃生功能、故障发生概率 控制、人员安全保护等方面不断创新和发展，多项先进技术将应用在这 一领域，高安全性和可靠性将成为海洋平台吊机的核心竞争力。 3、向控制操作智能化、集成化方向发展 未来的海上起重机控制系统和操作系统将发展成一个高度集成的系 统，包括信号采集与处理，系统状态监视，负载的实时监测和控制，故 障记录和监控为一体。采用 PLC 程序控制，数据分析，数据传输和通 信，参数状态，控制等先进技术，使操作者可以在本地或远程海上起重 机机是通过触摸屏操作简单，操作手柄等先进的显示操作系统，准确， 安全控制和操作。 随着海洋工程的不断发展，特别是海上石油和天然气的勘探和开发 项目，海上起重机被更广泛的应用在很多领域，其产品及相关技术将会 得到快速发展。在海洋环境适应性，安全性和可靠性，在设计和建造标 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 7 准的海上起重机等方面有着更高的要求，涉及海洋工程，结构分析，电 液控制，材料，应用，安全性和可靠性分析等诸多关键技术在安全性和 控制的可靠性，海洋动态负载分析下功夫研究努力需要，特别是，操作 系统，主动升沉补偿和核心技术等方面的研究和突破智能控制，以增加 有效促进海洋平台的起重机快速进入国际先进水平。 1.4 本文研究内容本文研究内容 本文将按照所提供的设计参数，完成海上吊机的总体与变幅机构设 计。具体的研究内容有： (1) 根据本课题所给的设计参数，对该吊机进行总体方案选型论证 和总体设计计算，绘制吊机的总图。 (2) 利用船舶原理的知识，验算海上平台吊机在工作及非工作状态 下的稳性。 (3) 对吊机变幅机构进行选型和具体布置，绘制变幅机构装配图。 (4) 设计海上吊机的液压系统，包括按照功能要求设计稳定的液压 执行系统，按照设计要求选择电机、泵、马达、油箱等。 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 8 第二章第二章 海上平台吊机总体方案选型海上平台吊机总体方案选型 2.1 设计参数设计参数 (1) 自然条件： 工作气温：-1040 最大工作风速：20 m/s 最大非工作风速：55 m/s (2) 起重能力： 主钩：250t（静载） 、200t（动载） 副钩：25t 索具钩：10t (3) 工作速度： 主钩起升：1.5-3m/min 副钩起升：15-30m/min 索具钩起升：15-30m/min 变幅时间：10min（经最小幅度至最大幅度） 回转：0.36 r/min (4) 工作幅度： 主钩：7.5-48.2 m 副钩：9.2-53.6 m 索具钩：9.2-53.6 m 2.2 吊机方案选型论证吊机方案选型论证 需要完整图纸及论文，请联系 QQ545675353，另接定做毕业设 计 中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文） 9 中国石油大学（北京）现代远程教育中国石油大学（北京）现代远程教育 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 海上吊机选型设计 姓 名：李明 学 号：922924 性 别：男 专 业: 机械设计制造及其自动化 批 次：1209 学习中心：广东湛江奥鹏学习中心 指导教师：张金亚 2014 年 10 月 31 日 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） i 海上吊机选型设计 摘摘 要要 21 世纪是人类认知海洋、开发海洋的世纪，海洋经济已越来越成 为国际上关注的一个焦点。针对海洋经济发展对起重船提出的更高的要 求。本文研究了目前国内外海洋吊机的现状，根据给定参数完成 250t 吊机的总体与变幅机构设计。由于 250t 吊机采用全液压驱动，因此还 涉及到了液压系统的设计。 本文首先对 250t 海洋吊机机构及结构部分进行了选型，从总体受 力对 250t 吊机进行了总体计算，并验算了吊机的稳性。接下来具体设 计计算了吊机的变幅机构。然后论述吊机液压系统的总体设计，需要实 现的功能包括主起升、副起升、回转、变幅等。 关键词关键词：海洋平台；变幅机构；液压系统；发展现状 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） ii 目目 录录 第一章 前 言1 1.1 海洋平台吊机类型与特点1 1.1.1 构成与分类 .1 1.1.2 技术特点 .4 1.2 国内外技术现状4 1.3 海洋平台吊机发展趋势6 1.4 本文研究内容7 第二章 海上平台吊机总体方案选型.8 2.1 设计参数 .8 2.2 吊机方案选型论证 .8 2.2.1 驱动方式选择 .9 2.2.2 起升机构 .9 2.2.3 变幅机构 11 2.2.4 回转机构 11 2.2.5 臂架结构选型 11 2.2.6 人字架 13 2.2.7 回转支撑 14 2.2.8 转台及门架 14 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） iii 2.2.9 司机室 14 第三章 吊机总体设计16 3.1 吊机重量及重心估算表 16 3.2 载荷计算 16 3.2.1 基本参数 16 3.2.2 由 SWL 引起的设计载荷 17 第四章 变幅机构设计24 4.1 设计计算 24 4.2 钢丝绳选择 27 4.3 滑轮选择 27 4.4 卷筒计算 30 4.5 液压马达的选择 32 第五章 结 论.34 参考文献35 致 谢.37 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 1 第一章第一章 前前 言言 海洋平台吊机是海洋平台及工程船舶与外界联系的 “桥梁” ，也 是海洋工程和海洋油气开发工程的重要装备之一。海洋平台吊机在设计 建造标准、安全可靠性、海洋工况适应性、操控性能等方面均有较高要 求，具有结构紧凑、作业工况复杂、承载状况恶劣、安全可靠性要求较 高、集成化自动化控制程度高等特点。海洋平台吊机设计与制造遵循 API 2C海洋平台吊机规范标准和各国船级社的相关规范要求，在设 计、制造、检验和试验等环节均严格把关。海洋平台吊机整体技术水平 在不断提升，已经发展成为一种具有高度安全可靠性、整体性能先进、 功能完善、控制操作精密的高技术海洋作业设备。现阶段海洋平台吊机 尤其是大型、高端海洋平台吊机关键技术一直由国外公司垄断，因此有 必要深入研究、加快国产平台吊机开发的步伐。 1.1 海洋平台吊机类型与特点海洋平台吊机类型与特点 1.1.1 构成与分类构成与分类 海上起重机通常由动力装置，升降系统，旋转系统，变幅系统，控 制系统和安全装置等部分组成（见图 1-1） 。它是由柴油机或电动机供电， 也可采用一个外部平台供给，同时也对自己的平台独立的工作；传输与 基于，能够实现通过负载传感系统和一个伺服控制系统的致动器的驱动 和控制上的液压驱动器；控制电子控制系统多采用液体技术，通过 PLC 程序的逻辑关系来控制；安全装置包括紧急刹车，过载保护，防碰撞汽 车出行，紧急权力下放和其他设备，以提高起重机作业性的安全性和可 靠性；还配备了一个负载检测，视频监控，波浪补偿和故障检测系统。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 2 图 1-1 海洋平台吊机结构示意图 1控制系统； 2回转系统； 3变幅系统； 4辅提升系统； 5主提升系统； 6动力装置； 7安全保护装置。 基于它们的应用的离岸起重机置于不同的工作负载条件下可以从各 种形式和类型的派生。由于它的整体形式结构的基础上，可分为固定底 座（见图 1-2） ，将军柱（见图 1-3A） ，武器架，GABLE 风格和桅杆 （见图 1-3B）等。基于幅度不同的方式可分为圆柱变幅（见图 1-4）和 绳俯仰；根据承载能力可分为轻型和重型海上起重机；起重机的基础， 可分为桁架，箱形梁，伸缩和折叠臂（参见图 1-5）等；根据负载特性 可分为静态类型和动态类型；基于运动可分为固定，行走和浮动。 图 1-2 600t 基座式平台吊机 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 3 将军柱式 桅杆式 图 1-3 海洋平台吊机 图 1-4 液压变幅海洋平台吊机 图 1-5 250t 折臂主动补偿平台吊机 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 4 1.1.2 技术特点技术特点 1、载荷工况复杂，承载状况恶劣 海上起重作业时，以满足各种需要的海洋环境和工作条件要求的大 海，也应该考虑工作负载，船体（或平台）的运动负荷，环境负荷，海 浪升沉载荷和冲击载荷，如摇摆。充分考虑在设计和载荷分析的各种负 载的组合效应应该用不同的系数，并设计安全系数载荷进行补充，这取 决于海洋条件下，以确保该起重机为满足强度，刚度和稳定性的要求在 不同的海况，条件。 2、安全性和可靠性要求较高 海上起重机承担海上平台吊装，移位运输和人员输送等任务，在安 全性和可靠性方面有了更高的要求。它的结构设计，载荷分析，功能设 置，液压和电气控制系统的设计等方面应该是确保的前提下，在设计计 算的安全性和可靠性，材料性能，关键部件，如质量控制和安全装置有 了更高的要求。 3、结构紧凑，集成化程度高 海上起重机支撑在平台和船舶，其安装和操作空间是很有限的，因 此，海上平台起重机的整体结构通常更加紧凑，具有更少的变速器液压 传动和控制，测试和操作系统具有多使用扇区高集成度。 4、设计与建造所遵循的标准要求高 海上起重机船级社组织和 API 规范受到严格的管制，许多人都在设 计计算明确规定，原料验收的安全系数，负载测试，性能和测试。当配 套的石油钻井平台和钻井船，海洋平台起重机必须采取的 API2C 船级 社标准和相关认证及海洋水产品入籍考试的强制性要求。 1.2 国内外技术现状国内外技术现状 在国外的海上起重机已经有很长的发展历史，其产品已日趋成熟， 性能稳定，品种繁多。其结构和功能涵盖了大多数类型的支持海上平台 和船舶，工程的基本需求的利勃海尔，豪氏威马，Seatrax 月， TTS，Gustomsc 其他公司作为其产品的主要代表了先进的技术和功能， 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 5 安全性较高可靠性，代表了国际船舶市场占据着世界先进水平。 利勃海尔是世界领先的船用起重机制造商之一，主要生产各种型号 的平台起重机可以在各种自升式、半潜式平台及工程船舶的广泛支持。 其主要技术特点是：总体技术先进，结构紧凑，功能齐全的安全性，高 可靠性，控制和操作系统的高集成度，局部细节严谨的设计等。它开发 了最先进的控制系统之一 Litronic 挖掘机海洋起重机控制系统。 豪氏威马公司是一家专业生产大型海洋平台起重机制造商，主要生 产大型海上平台及海洋起重机浮式起重机。其产品类型底座，桅杆和漂 浮等，先进的技术整体，处于行业领先地位。本公司产品有额定负载的 安全性，承载能力强，强风抗倾覆能力，优越的整体性能，并实现补偿 的波形，以满足各种海况的运行要求。 十一月是世界领先的石油和石化设备制造企业，同时也是海洋油气 工程装备制造知名企业。公司拥有 Amclyde，博莱霉素，Hydralift 等众 多品牌船用起重机，起重机的海上平台，更多的产品种类，技术先进， 广泛的产品覆盖范围可以开发千牛提升负荷数以万计的重型海洋浮式起 重机机。其产品主要以支持基于各类自升式，半潜式海上钻井平台和油 田支援舰。其主要技术特点是：技术全面，强大的产品结构承载能力， 设计安全，可靠，多功能的产品技术，产品种类，覆盖面广等特点。 国内产业基地和海洋受影响的产品起步较晚等因素影响，海洋平台 起重机的发展步伐缓慢。在 20 世纪 80 年代和 90 年代本土化研究中国 开始开展海洋平台吊机，更好的开发单位在这方面主要是南方的船机， 武船重工，青岛天，有几家公司和研发的产品类型是比较简单的发展， 也有一些局限性，具体表现在：许多技术水平还存在一定的差距。仍 然存在的测试方法方面，检测技术是有差距的，特别是在控制，安全功 能设置，智能控制，主动升沉补偿分析显著差距关键技术的可靠性。 产品的安全性，可靠性有待进一步提高。海洋平台起重机的安全功能 和设备配套，控制系统和操作系统的整合少，智力不是一些关键的部件 或系统的高，质量不稳定，导致整体性能和稳定的产品质量。 高新 技术，高端产品少多才多艺。因为在自动化控制，负载监控，信号采集 与处理，波浪补偿等关键技术的差距，我们在一些先进的安全整体技术 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 6 水平的智能功能完善的控制，具有特殊功能（如主动升沉补偿，自动过 载保护等）较少自主研发的高端产品领域。 1.3 海洋平台吊机发展趋势海洋平台吊机发展趋势 1、向产品多样化方向发展 为了满足不断变化的需求和应用，海上起重机必然走向多元化，在 一系列的发展方向，主要体现在形式多样，结构和功能。多元化的主要 形式，以满足各种场合，尤其是在深海捕鱼，大吨位起重，海洋管道敷 设，支持特殊条件的需要和各种受水下设备安装吨位;结构多样化，主 要在结构，不断优化和整体布局，高性能材料和应用等方面的发展;功 能多样化主要体现在安全防护，特殊工况，负荷监控和系统测试和不断 增长和完善新的功能等方面的船用起重机。例如，过载自动保护，主动 升沉补偿等功能及相关技术将是一个重要的发展方向。 2、向高安全性、高可靠性方向发展 海洋平台吊机必须沿着高安全性、高可靠性的方向发展。未来随着 各国船级社及海工市场对安全可靠性的不断重视，海洋平台吊机必将在 结构承载安全性、抵抗恶劣工况能力、安全与逃生功能、故障发生概率 控制、人员安全保护等方面不断创新和发展，多项先进技术将应用在这 一领域，高安全性和可靠性将成为海洋平台吊机的核心竞争力。 3、向控制操作智能化、集成化方向发展 未来的海上起重机控制系统和操作系统将发展成一个高度集成的系 统，包括信号采集与处理，系统状态监视，负载的实时监测和控制，故 障记录和监控为一体。采用 PLC 程序控制，数据分析，数据传输和通 信，参数状态，控制等先进技术，使操作者可以在本地或远程海上起重 机机是通过触摸屏操作简单，操作手柄等先进的显示操作系统，准确， 安全控制和操作。 随着海洋工程的不断发展，特别是海上石油和天然气的勘探和开发 项目，海上起重机被更广泛的应用在很多领域，其产品及相关技术将会 得到快速发展。在海洋环境适应性，安全性和可靠性，在设计和建造标 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 7 准的海上起重机等方面有着更高的要求，涉及海洋工程，结构分析，电 液控制，材料，应用，安全性和可靠性分析等诸多关键技术在安全性和 控制的可靠性，海洋动态负载分析下功夫研究努力需要，特别是，操作 系统，主动升沉补偿和核心技术等方面的研究和突破智能控制，以增加 有效促进海洋平台的起重机快速进入国际先进水平。 1.4 本文研究内容本文研究内容 本文将按照所提供的设计参数，完成海上吊机的总体与变幅机构设 计。具体的研究内容有： (1) 根据本课题所给的设计参数，对该吊机进行总体方案选型论证 和总体设计计算，绘制吊机的总图。 (2) 利用船舶原理的知识，验算海上平台吊机在工作及非工作状态 下的稳性。 (3) 对吊机变幅机构进行选型和具体布置，绘制变幅机构装配图。 (4) 设计海上吊机的液压系统，包括按照功能要求设计稳定的液压 执行系统，按照设计要求选择电机、泵、马达、油箱等。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 8 第二章第二章 海上平台吊机总体方案选型海上平台吊机总体方案选型 2.1 设计参数设计参数 (1) 自然条件： 工作气温：-1040 最大工作风速：20 m/s 最大非工作风速：55 m/s (2) 起重能力： 主钩：250t（静载） 、200t（动载） 副钩：25t 索具钩：10t (3) 工作速度： 主钩起升：1.5-3m/min 副钩起升：15-30m/min 索具钩起升：15-30m/min 变幅时间：10min（经最小幅度至最大幅度） 回转：0.36 r/min (4) 工作幅度： 主钩：7.5-48.2 m 副钩：9.2-53.6 m 索具钩：9.2-53.6 m 2.2 吊机方案选型论证吊机方案选型论证 海上平台上的起重机主要有两类：固定式和回转式。固定式起重机 臂架在海上平台上的安装位置是固定的，只能摆动，吊重物可以前后移 动但横向不能移动。吊重物的就位要靠吊机移位，作业能力有所限制。 但其构造较简单，造价也较低廉，仍有相当的市场需求。回转起重机不 仅在前后方向可移动，还可通过转台的回转，在吊机不移位的情况下完 成吊重物横向位移，其机动性大大优于固定式起重机。回转起重机还有 另一个优点，就是调遣的安全性。吊机在调遣（航行或拖航）时，固定 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 9 起重机的臂架由于不能转动只能放倒，伸出船外；而且仅靠绳索牵住， 固定不牢靠，海上调遣时，震动、晃动剧烈，冲击力很大，易出事故。 事实上这种吊机调遣时起重机时有事故发生，限制了它的使用范围。回 转起重机在调遣时，就可将臂架转向船内放在专门的搁架上，再用其他 手段，使起重机与船体牢固地成为一体，能在全球调遣、使用。因此， 尽管这种起重机机构复杂，对船舶要求也高，致使吊机造价高昂，但由 于其不可替代的优越性，它在海洋平台及海上工程吊装、拆卸作业中的 需求日见旺盛。 2.2.1 驱动方式选择驱动方式选择 起重船上容量大的驱动的工作设备有：起重机的各种绞车、机构； 定位锚绞车（系泊绞车），移船用的舵桨及压载泵等。与工程机械相仿， 当前常用的驱动型式主要是液压驱动与电力驱动。大中型起重机的各机 构（主起升、变幅、回转）的驱动系统，不要求速度，而是要求调速平 稳和范围大。近10 余年来，液压驱动在船上的应用已很普及，而同时 期电力驱动在船上没有什么新的系统应用，基本还是一些标准系统。采 用液压驱动的优点是体积小、重量轻，易于实现低速大负载力和大扭矩 输出；在较大范围内实现无级调速，易于实现过载保护；液压与电子技 术相结合易于实现自动化控制，操作方便。对于大中型性能要求较高的 起重船，一般采用液压驱动方案。 2.2.2 起升机构起升机构 起重机设置起升机构两套，包括主起升机构、副起升机构和索具钩 起升机构。其中主起升机构单独用一套绞车， 由两台液压马达驱动； 副起升机构及索具钩起升机构共用一套由一台液压马达驱动的绞车。 本起重机的各机构均布置在位于人字架间的机房内，由于空间的限 制，采用了高速液压马达与卷筒同轴布置的形式。 这也是近年来国内 外大吨位汽车和铁路起重机广泛应用的起升机构形式。 行星齿轮减速 器和多片盘式制动器置于卷筒内腔， 卷筒与液压马达同轴线布置，结 构紧凑。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 10 图 2-1 高速液压马达与卷筒同轴布置形式 为了吊机在更恶劣的天气环境下作业，在起升机构中设置了恒定张 力系统，如图 2-2 所示。在 CT 系统中，起升钢丝绳受到一个恒定的 张力，这个拉力不受起升过程中的变化的影响。绞车的运动是由吊重 （在起升前）与臂架头部相对位置的变化产生的。CT 系统适用于从供 给船的固定或移动着的平台上卸载货物。在进行起升操作前，司机可以 预先选择需要的张力值，这个值将在激活系统时生效。当吊钩连接到位 于甲板上的货物时，司机切换到 CT 系统的状态，然后起重机将逐渐张 紧钢丝绳。当由此产生的张力与预先设定的张力值相等时，CT 系统该 系统将自动的接管控制起升绞车，保持张力的恒定。吊钩此时会随着供 应船的甲板移动。当波浪达到最高点时，司机关闭 CT 系统，并用最大 起升速度提起货物，从而可以避免货物反弹碰撞甲板上。 图 2-2 恒定压力系统 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 11 2.2.3 变幅机构变幅机构 变幅驱动系统的作用是驱动臂架系统摆动，实现起重机幅度的改变。 针对不同的要求，变幅驱动系统的型式有多种，有绳索滑轮组、齿轮齿 条、螺杆螺母、液压油缸、曲柄连杆等型式。绳索滑轮组驱动由于变幅 钢丝绳不能承受双向力，因此不适合于带补偿和平衡系统的变幅机构。 但对吊机而言，绳索滑轮组驱动和液压油缸驱动是最常见的两种方式。 在本起重机变幅机构采用了与起升机构相同型式的绞车，即由液压马达 驱动卷筒，实现绳索滑轮组驱动。 2.2.4 回转机构回转机构 起重机要求低速回转，因此，要求机构具有较大的传动比，并能实 现正、反方向的回转。驱动装置主要由三部分组成：液压马达、传动装 置（减速器、制动装置） 、回转小齿轮与回转支承轴承上的大齿圈啮合 传动。具体的布置型式是液压马达减速器最后一级齿轮传动。这种 形式的突出优点是平面布置紧凑，传动效率高，自重轻。 回转机构宜采用脚踏式可操纵的常开式制动器。操纵方式可以是杠 杆式，油控式或气控式。因该回转机构采用的是液压驱动，液压马达就 可以实现正、反方向回转。由于起重机的回转部分转动惯量大，要求能 准确的制动停止，通常装设常开式可操纵式制动器。司机可以控制上闸 力的大小，使制动平稳。为了防止起重机在停车后自行转动，应备有锁 紧装置。 为了避免剧烈起动和制动以及因操作不当而使臂架碰到障碍物时造 成机件及结构件过载损失，在回转驱动机构的传动系统中装设极限力矩 限制器，使传动系统中有摩擦连接存在，当传递的力矩过大时，极限力 矩联轴器的摩擦面就开始滑动，起到安全联轴器的作用。 2.2.5 臂架结构选型臂架结构选型 臂架是起重机的主要构件之一。按照组合方式，臂架可分为直臂架、 组合臂架、折叠式臂架。在吊机中大多采用的是直臂架的形式，能够得 到比较大的起升高度，工作时的尾部半径较小。采用直臂架时起重机总 体布置简单，臂架制造安装方便，自重轻。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 12 臂架是主要承受弯矩的部件， 根据其外形尺寸可分别设计成格构 式、 实腹式或混合式的结构型式。 图 2-3 臂架形式 (1) 实腹式部件主要由钢，又称箱形构件，用于加载大和小尺寸应 用。承受杆称为实腹梁，称为箱型柱轴压固组件的侧弯。腹部成员有一 个真正的制造工艺简单（可自动焊） ，应力集中小，高的疲劳强度，易 于安装和维护的通用性，制度等。缺点是较大的权重，少了几分僵硬。 (2) 格构式组件通过采用钢桁架结构，钢或复合型材连接。重量轻 组分，通过良好的风。其缺点是，在制造过程是复杂的，不便于使用自 动焊接，大的应力集中在该节点。的力施加到之际相对小的，相对大的 尺寸。桁架是受由棒，金属结构中的一种主要的结构类型的晶格结构的 横向弯曲。 (3) 混合式构件部分为实腹结构，部分为杆系结构。其特点和使用 条件均介于格构式构件和实腹式构件之间。 用于海上起重机的工作，因遭受的压力比较大，在受风的大小，该 区域的悬臂大大影响力与船的起重机的稳定性。焊接高强度钢桁架吊臂 制成，具有重量轻，体积小风患处，合理的传力等，都被取代的趋势多 年来一直风靡板梁，箱梁热潮。在起重机的设计，主，副起升热潮系统 用于在主升降臂系统的两个不同结构形式的部分采用桁架结构类型，臂 架系统的辅助升降部分采用箱形梁结构型式。 在不利的海况下的升降过程中，辅助起重索具绳钩和其它因素而引 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 13 起的从带轮如此危险，过度偏转角来解决这个问题大风存在，尤其是在 大臂头设置反绳偏转装置，如图 2-4 所示。 图 2-4 臂架头部 2.2.6 人字架人字架 在这部分中，有的起重机产品采用的是立柱或管状塔的型式，直接 由钢板焊接形成，大部分的机械、液压及控制设备都安装在塔内。而更 多的产品采用的还是人字架结构。人字架的结构形式取决于起重机的整 机参数和臂架变幅系统的布置方式，常见的有： (1) 桁架式人字架。桁架式人字架是由两片侧桁架相互间用垂直的 和倾斜的两片钢架相连而成的空间结构。钢架的上横梁上固定着拉杆， 平衡重杠杆和导向滑轮的支承架。中部横梁上含有变幅机构平台。 (2) 钢架式人字架。这种人字架的各片平面都做成刚架或框架结构， 所有构件也都采用箱形截面。拉杆的连接支座和平衡重杠杆的支座连 接在人字架的顶部，中部横梁上连接有变幅机构平台，下横梁上装有臂 架下铰的支座。为了运输方便，整个人字架上下可分为三段拆卸，两片 平面刚架间的连接横梁也可以拆卸。 (3) 桁构式人字架。它由固接于转台上的梁和后侧的加强支杆组成， 两桁构梁之间用横梁相连构成刚架结构。拉杆、平衡重杠杆和导向滑 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 14 轮的支承架固结在横梁上。在桁构梁的侧平面内，连接有变幅机构的安 装平台。 对上述的几种人字架结构型式进行综合比较后，在该起重机中采用 由直径为 500mm 的钢管作为侧桁架连接成的桁架式人字架，两片侧桁 架间用三根垂直和倾斜的直径为 245mm 的钢管相连。 2.2.7 回转支撑回转支撑 吊机回转支承装置对总体结构影响很大。回转支承装置按其结构特 点分为两大类：柱式回转支承装置和转盘式回转支承装置。柱式回转支 承装置包括转柱式和定柱式两种。转盘式回转支承装置包括支承滚轮式、 支承滚子式和大型滚动轴承式三种形式。三种形式各有不同的特点，滚 动轴承式支承装置具有结构紧凑、回转阻力小，成组性好等许多优点， 近年来，已越来越广泛地被应用。这种形式具有高度尺寸小、重心低、 旋转阻力小、工作平稳等优点，能承受垂直力、水平力和倾覆力矩。其 用高强度螺栓与起重机及船体联结，装拆十分方便。 2.2.8 转台及门架转台及门架 转台上装有人字架，臂架下铰座等各种机电设备。转台通常由两根 主梁和若干根横梁组成梁格系统，主梁和横梁的截面设计成箱形的。因 起重机采用的是回转支承轴承装置，在转台的底面上需配有连接回转支 承轴承的法兰。 门架为圆筒式门座。支撑圆筒焊在船舶主甲板上，并从主甲板延伸 到船底，形成强固的船体框架圆筒框架，便于巨大力与力矩传递。由 钢板卷制焊接而成，有足够的强度和刚度。 2.2.9 司机室司机室 吊机的司机室一般是固定在回转平台上，为了使起重机发挥更大的 作用，对司机室设计提出以下一系列要求： (1) 司机室的安装位置应该使司机能够最方便的看到作业情况，同 时又处于适当的高度上。 (2) 司机室对待装卸的货物的瞭望必须有良好的视野，窗户框阶梯 都要有合理的布置，不影响视野，司机的视野应尽可能的宽广。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 15 (3) 司机室内的各种开关，按钮，操纵台，手柄等应配置在司机最 适宜操作的地方，使司机能轻松的操作。 (4) 司机室的安装应牢固可靠，有减震措施，良好的工作环境。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 16 第三章第三章 吊机总体设计吊机总体设计 设计流程： 1.起重量及特性分析获得牵引装置的力学特性； 2.确定牵引装置力学特性与构造（卷筒形式、直径与长度等） ； 3.传动系统的动力学特性与构造分析获得动力源的特性与选择； 4.起重机性能与用途分析获得支撑系统特性与构造； 5.设定环境的支撑构造与性能（活动空间与方式、支撑结构形式等） 3.1 吊机重量及重心估算表吊机重量及重心估算表 吊机重量及重心估算表如表 3-1： 表 3-1 固定部分重量及重心位置估算表 重心位置 名称重量（t） XYZ 人字架32-2220 转台70-0.512.20.1 回转支撑1109.80 支撑圆筒4004.90 司机室32.413.83.3 扶栏扶梯160.5111 其他7030 整机（不包 括臂架） 179-0.5311.720.14 3.2 载荷计算载荷计算 3.2.1 基本参数基本参数 安全工作载荷：SWL2700SWLKN 垂直动态系数： V C1.33 V C 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 17 有义浪高： sig H1.54.92 sig Hmft 水平加速度： h a 1.1 0.010.058 hsig aH 3.2.2 由由 SWL 引起的设计载荷引起的设计载荷 1) 垂直设计载荷 S Q 1.33 27003591 SV QCSWLKN 2) 水平设计载荷 (1) 供给船运动产生的前倾和侧倾载荷 供给船的前倾角为2，侧倾角为5。考虑船用起重机工作时吊臂垂 直于船的中心线，故供给船侧倾时将会在吊臂顶部产生径向前倾载荷， 供给船前倾时将会在吊臂顶部产生水平载荷。 由于供给船运动作用在吊臂顶部的径向前倾载荷 offSB W 2.50.457 663.37 0.305sin sig offSBV w H WSWL CKN HBL 式中： 从吊臂根部枢轴到供给船甲板的垂直距离（kN）； w H BL 吊臂长度（m）； 吊臂与水平面所成的角度。 由于供给船运动作用在吊臂顶部的水平侧倾载荷 sidefSB W / 20.5 663.37331.69 sidefSBoffSB WWKN (2) 由于起重机运动产生的水平载荷 对于铺管船，水平加速度。该加速度会 1.1 0.010.0156 hsig aH 以侧倾加速度作用于起重机或以前倾加速度作用于起重机，以对控制件 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 18 造成最恶劣工况的为准。在本计算中，假设起重机已定位，这样水平载 荷会导致前倾（因为吊臂朝着左舷方向，这意味着假设起重机水平加速 度也在朝左舷到右舷的方向产生，或者起重机底座角度0）。 horizontalCMVh WSWL Ca 而 cos offCMhorizontalCM WW sin sideCMhorizontalCM WW 式中：起重机底座角度由于吊臂方向造成的起重机底座运动的假设角 度（在前倾时为0）。 对于该起重机， 3591 0.058208.28 horizontalCM WKN cos0208.28 offCMhorizontalCM WWKN sin00 sideCMhorizontalCM WWKN 由于静态起重机倾斜作用在吊臂顶部的水平载荷： 对于铺管船，使用“通用法”时静态倾斜应为2.5横倾和1纵倾。因 起重机吊臂朝着左舷方向，故2.5横倾会导致前倾，1纵倾会导致侧倾。 前倾值： tan13591 tan162.68 sideCIV WSWL CKN (3) 由于SWL 引起的水平设计载荷组合 水平动态侧倾力和前倾力产生的总起吊侧倾载荷 sidedyn W 22 2 331.690331.69 sidedynsideSBsideCM WWWKN 水平动态侧倾力和前倾力产生的总起吊前倾载荷 offdyn W 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 19 22 22 663.37208.28695.3 offdynoffSBoffCM WWWKN (4) 货物风载荷 作用于起吊载荷的风压 2 0.0256 windS PCU 式中：U风速，最大工作风速为20mps，对应72mph； 形状系数，取1.5； S C 风压（psf）。 wind P 22 0.0256 1.5 7219.910.94/ wind PpsfKN m 载荷投影面积 2/32/3 22 1.33/ 2001.33 270000 2.2046/ 200250.2423.26SSWLftm 起吊载荷的风力 0.94 23.2621.86 wind from wind WPSKN (5) 总前倾载荷 OFFall W 695.321.86717.16 OFFalloffdynfrom wind WWWKN (6) 总侧倾载荷 SIDEall W 331.6962.6821.86415.83 SIDEallsidedynsideCIfrom wind WWWWKN 3.2.3 由吊臂重量引起的设计载荷由吊臂重量引起的设计载荷 吊臂重量产生的垂直载荷乘以垂直动态加速度，以计算出起重机在 浮式起重平台上的运动。对于铺管船，吊臂实际重量乘以一个等于 的倍数。当时，因为公式给出1.00.00121.07 sigsig HH4.92 sig Hft 的1.029小于规定的最小值1.07，故该倍数等于1.07。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 20 1) 垂直设计载荷 Z G 500 1.07535 Zv GGaKN 式中：臂架自重，500 kN。GG 2) 水平设计载荷 500 0.05829 horizontalCMh ZGaKN (1) 由起重机运动产生的臂架水平前倾载荷 offCM Z cos029 offCMhorizontalCM ZZKN (2) 由起重机运动产生的臂架水平侧倾载荷 sideCM Z sin00 sideCMhorizontalCM ZZKN (3) 臂架静态侧倾力 sideCI Z tan1500 tan18.73 sideCI ZGKN 3) 臂架总前倾力 offall Z 29 offalloffCM ZZKN 4) 臂架总侧倾力 sideall Z 08.738.73 sideallsideCMsideCI ZZZKN 5) 臂架风载荷 fromwind Z 12 fromwindwind ZPSKN 3.2.4 倾覆力矩及基座连接装置上其他载荷的计算倾覆力矩及基座连接装置上其他载荷的计算 对于吊机，应对作用于基座连接装置的倾覆力矩、轴向载荷和径向 载荷进行计算。 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 21 附加起重机详情：除了上面计算给出的数据外，还有下列提供的数 据：吊臂中心距离根部枢轴为23m；根部枢轴距离回转中心2.5m水平安 装；起重机重心（不包括吊臂）在回转中心（与吊臂方向相反） 0.53m、在吊臂根部枢轴以上0.29m；起重机重149t（不包括吊臂）。 (1) 由于垂直设计载荷：由于垂直设计载荷产生的载荷（计入附加 系数1.5） 垂直载荷1.52700 1.33 1.55386.5 V SWL CKN 内平面力矩轴向载荷半径= 5386.511= 59251.50 kN.m (2) 由于SWL的前倾载荷 前倾载荷1.5717.16 1.51075.74 OFFall WKN 内平面力矩前倾载荷吊臂顶部高出基座的高度 1075.7411.445.7 sin81 60819.5KN m (3) 由于SWL的侧倾载荷 侧倾载荷1.5415.83 1.5623.75 SIDEall WKN 侧面力矩侧倾载荷吊臂顶部高出基座的高度 623.7511.445.7 sin81 35264.89KN m 力矩侧载半径 = 623.7511= 6861.20 kN.m (4) 由于吊臂重量：由于吊臂重量产生的载荷不受附加系数1.5的影响。 由于船舶运动和风的影响，起重机和吊臂重量会产生垂直载荷、前倾载 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 22 荷和侧倾载荷。 吊臂垂直载荷吊臂重量5001.07 = 535kN v a 吊臂前倾载荷吊臂重量500 0.058 = 29kN v a 内平面力矩吊臂垂直载荷从基座重心到吊臂重心的水平距离吊臂 前倾载荷吊臂重心高出基座的高度风效应 = 535(23cos81 + 2.5) + (29 +12)(11.4 + 23sin81) = 4661.22 kN.m 吊臂侧倾载荷吊臂重量tan（静态侧倾角度）侧倾水平加速度 风效应 = 500(tan1+ 0) + 0 = 8.73 kN 侧面力矩吊臂侧倾载荷吊臂重心高出基座的高度 8.73(11.4 + 23sin81) =122.34 kN.m 力矩吊臂侧倾载荷从基座中心到吊臂重心的水平距离 8.73(23cos81 + 2.5) = 53.25 kN.m (5) 由于起重机重量（而不是吊臂）：起重机重量产生的载荷也同样不 受附加系数1.5 的影响。由于船舶运动和风的影响，起重机重量会产生 垂直载荷、前倾载荷和侧倾载荷。 起重机垂直载荷起重机重量14901.07 = 1594.30 kN v a 起重机前倾载荷起重机重量14900.058 = 86.42 kN h a 内平面力矩起重机垂直载荷从基座中心到重心的水平距离起重机 前倾载荷重心高出基座的高度风效应 1594.30(0.53) +86.4211.72 + 29.8211.72 = 517.35 kN 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 23 起重机侧倾载荷起重机重量tan（静态侧倾角度）侧倾水平加速 度风效应 =1490(tan1 + 0) + 0 = 26.01 kN 侧面力矩起重机侧倾载荷（重心高出基座的高度） 26.0111.72 = 304.84 kN.m 力矩起重机侧倾载荷从基座中心到重心的水平距离 26.01(0.53) = 13.79 kN.m (6) 综合以上的计算 总轴向载荷5386.50 + 535.00 +1594.30 = 7515.80 kN 总前倾载荷1075.74 + 29.00 + 86.42 = 1191.16 kN 总侧倾载荷623.75 + 8.73+ 26.01 = 658.49 kN 总内平面力矩59251.50 + 60819.50 + 4661.22 + 517.35 =125249.57 kN.m 总侧面力矩35264.89 +122.34 + 304.84 = 35692.07 kN.m 总力矩6861.20 + 53.25 -13.79 = 6900.66 kN.m 内平面部件和侧面部件可用平方和的平方根来组合，以产生最大组合载 荷： 总轴向载荷7515.80 kN 总径向载荷1361.06 kN 总倾覆力矩130235.87 kN.m 总力矩6900.66 kN.m 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 24 第四章第四章 变幅机构设计变幅机构设计 非平衡变幅机构的制动器安全系数与起升机构的相同。平衡变幅机 构的制动器安全系数不低于 1.25。 上述是提升和变幅系统的主要构件。提升绞车系统主要是滚筒、提 升钢丝绳、吊钩滑轮组；变幅机构可以是液压缸变幅，也可由钢丝绳变 幅，其构成可以相应变化。 一般在辅绞车升降系统采用恒张力装置，保证供给船装卸物品在卸 载或起升时的安全，辅绞车升降系统可由两个驱动装置即主驱动装置和 恒张力驱动装置来控制，运动形式由一个转换开关来切换，辅助绞车升 降系统可实现以下功能： 1.提升与降落：重物的提升与降落由主驱动装置完成，提升降落时 主驱动装置打开，恒张力系统关闭。 2.恒张力装置：当重物下降到位及钢丝绳卸载后，主驱动装置关闭， 恒张力驱动装置打开，绞车滚筒拉近钢丝绳，马达不受运转方向限制双 向供油，重物载波峰时被举高，滚筒绕紧钢丝绳；重物在波底时下降， 马达作为泵运转，重物随波浪下行。 3.由恒张力装置提升重物：吊钩上的重物在随波浪运动时，驾驶员 可以在任何位置发出提升指令，驱动控制系统可以自动寻找最佳起升点， 即当绞车滚筒运动在起升方向上转速接近零时，恒张力装置关闭。主驱 动装置驱动滚筒进行提升工作。 4.1 设计计算设计计算 根据美国船级社ABS规范的要求，取额定起重量为250t，垂直动载 系数为1.33 进行设计计算。 4.1.1 设计参数设计参数 额定起重量：Q = 250t 吊钩组自重：Q0 = 20t 安全工作负载：SWL = 270t 臂架自重：70 b Gt 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 25 幅度：R=11m 垂直动载系数：1.33 v C 4.1.2 载荷计算载荷计算 (1) 起升载荷引起的垂直载荷 0 1.3325002003591 QV WCQQKN (2) 由于船舶横倾引起的起升载荷产生的前倾载荷 供给船的前倾角为2，侧倾角为5。考虑船用起重机工作时吊臂垂 直于船的中心线，故供给船侧倾时将会在吊臂顶部产生径向前倾载荷， 供给船前倾时将会在吊臂顶部产生水平载荷。 tan52700 1.33 tan5314.17 offSBv WSWL CKN (3) 由于船舶横倾引起的臂架自重产生的前倾载荷 tan5700 tan561.24 OFFSBb WGKN (4) 作用在起升载荷上的风载荷 11 1.1 245.2 9024.3 w PCqAKN 式中：C风力系数，C=1.1； q风压，； 222 0.6130.613 20245.2/qvN m 起升载荷迎风面积，250t载荷的迎风面积为65。 1 A 2 m (5) 作用在臂架重心处的风载荷 22 0.7 245.5 38.16.54PCqAKN 式中：臂架迎风面积。 2 A (6) 由于臂架系统在起重机回转时产生的离心力 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 26 2 2 0.36 2 700 1143.77 900900 t eb n WG RKN 式中：转台回转速度()。 t n 1 min 图 4-1 变幅机构简图 4.1.3 变幅力计算变幅力计算 1 max 2max cos 1 sincossin 22 3591 cos81.18314.17 17.5338.93 14545 6.5461.24sin81.181.2 700cos75 11.6622 449.83 9.5743.77 45 sin81.18 QoffSBw wOFFSBbe W LWPH F LL l PWGSlW L 3271.55KN 式中：l 变幅滑轮组中心线至铰点O 的垂直距离； 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）现现代代远远程教育程教育毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 27 L 臂架长度； H起升载荷到臂架下铰点的垂直距离； 起升钢丝绳的最大拉力。 max S 4.2 钢丝绳选择钢丝绳选择 4.2.1 变幅钢丝绳最大工作静拉力变幅钢丝绳最大工作静拉力 max max 11 3171.55 447.38 28 0.93 0
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