（轮机工程专业论文）救生艇修理专用设备的研制.pdf

中文摘耍 摘要 随着中国船舶行业的发展，世界修船市场正在向包括中国在内的发展中国家转 移，而救生艇的修理和试验始终是船舶检验的重要项目之一，但是在修船企业里吊车 和平板车的使用比较紧张，而传统的救生艇的修理通常需要吊车来协助完成拆卸、运 输和试验，因此，救生艇修理专用设备的研制更加具有意义。 本文从救生艇装卸拖车和吊重、脱钩试验架研制的必要性和使用的经济性分析， 并与过去的修理模式比较，依据尽量简单的设计，达到尽量实用的效果的思想。对救 生艇及常规的修理项目和方法进行了简单的介绍，为了使救生艇装卸拖车和吊重、脱 钩试验架的设计更加形象直观，分别设计了相应的f l a s h 动画展现其工作过程。 在救生艇装卸拖车的设计中，为了实现拖车的装卸功能，对拖车设计了气压系 统，并对拖车的主要受力部件( 如拖车横梁、横梁挡销) 进行了受力分析和强度校核， 拖车横梁上的支撑的可调性和两侧的辅助支撑与救生艇接触的托板之间的球形连接、 挡销及提升螺杆的设计，都体现了创新的思想；而气压系统的无回路设计和氧气减压 表的使用，也充分体现了简单的设计，更加实用的效果和对安全的考虑。同时为了使 拖车的设计计算更加简单，采用了a u t o c a d 的v b a 开发工具，编写了气缸设计计 算程序。 在救生艇吊重、脱钩试验架的设计中，参照船舶的救生艇艇架进行了试验架的结 构设计，可旋转试验架，使其能够满足不同规格的救生艇试验要求：依据救生艇试验 的升降速度和重量，确定了试验架的传动方案，对电动机、减速箱、卷筒、钢丝绳等 进行了设计选择。 关键词：教生艇；拖车；试验架；修理l 专用设备 英文摘要 a b s t r a c t w i t hc h i n as h i p p i n gg r o w i n g ，n ew o r l dm a r k e to fs h i pr e p a i r i n gi ss h i f t i n gt ot h e d e v e l o p i n gc o u n t r yi n c l u d i n gc h i n a l i f e b o a tr e p a i r i n ga n dt e s t i n gi sa ni m p o r t a n ts h i p i n s p e c t i o ni t e mf o rs h i p ，b u ts h o r ec r a n ea n ds h i f t i n gc r a n ci sv e r yb u s yi ns h i pr e p a i r i n g c o m p a n y i nt h ep a s tt h ec r a n en e e dh e l pr e p a i r i n gl i f e b o a tf o rd i s m a n t l i n g ，t r a n s p o r t i n g a n dt e s t i n g , 8 0t h er e s e a r c ho ns p e c i a le q u i p m e n tf o rr e p a i r i n gl i f e b o a tm a k e ss e n s e t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h en e c e s s i t yo ft h er e s e a r c ha n dt h ee c o n o m yo fu s i n gf o r t h et r a i l e ra n dt e s t i n gf r a m ef o rl i f e b o a t a n dc o m p a r ew i t ho l dr e p a i r i n gm o d e 1 n b et r a i l e r a n dt e s t i n gf r a m ed e s i g na c c o r d i n gt om o r es i m p l ed e s i g na n dm o r ep r a c t i c a l i t y t h i s d i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h el i f e b o a ta n dr o u t i n er e p a i r i n gi t e m sf o rl i f e b o a t i no r d c rt om a k e t h et r a i l e ra n dt e s t i n gf r a m ee a s i l yu n d e r s t o o d , t h ed e s i g no ff l a s hs h o w st h eo p e r a t i n g p r o c e s s i nt h ed e s i g no fl i f e b o a tw a i l e r , t h et r a i l e ra d d sa i rp r e s s u r es y s t e md e s i g nf o rl o a d i n g a n d u n l o a d i n gl i f e b o a t t h et r a i l e rb e a m a n dt h ep i no f b e a ma r em a i nf o r c e d p a r t s ，s ot h e y h a v eb e e na n a l y z e di nf o r c ea n di n t e n s i t yc h e c k o u t t h es u p p o r ti nt h et r a i l e rb e a mi s a d j u s t a b l e ；t h et w oa s s i s t a n ts i d e s s u p p o r t sc o n n e c tw i t hl i f e b o a ts p l i mw i t hs p h e r i c i t y c o n n e c t i o n ；t h ed e s i g no fs t o pp i n sa n dl i f t i n gs t u d sa r ea l s oi n n o v a t i v e i nt h ed e s i g no fa i r p r e s s u r es y s t e m , t h e r ei sn o tr e t u r nl o o pa n do x y g e nr e l e a s ep r e s s u r eg a u g e t h o s es h o w t h es i m p l ed e s i g n , m o r ea p p l i c a b i l i t ya n ds a f e t y i no r d e rt om a k et h ed e s i g na n d c a l c u l a t i o ns i m p l y , t h ep r o g r a mi sc o m p i l e dw i t ha m o c a dv b a e x p l o i t a t i o nt o o l s i nt h el i f e b o a tt e s t i n gf r a m ed e s i g n , t h et e s t i n gf r a m ec o n s t r u c tr e f e rt ot h el i f e b o a t - d a v i to nt h es h i p 1 1 1 et e s t i n gf r a m ec a l lb ec i r c u m r o t a t e d ；t h i sr e a c h e st ot h et e s t i n g r e q u i r e m e n tf o rt h ed i f f e r e n tt y p el i f e b o a t t h et r a n s m i s s i o nt y p eo ft e s t i n gf r a m ei sm a d e c e r t a i na c c o r d i n gt ot h el i f t i n ga n dl o w e r i n gs p e e da n dt o t a lw e i g h to fl i f e b o a tt e s t t h e e l e c 打o m o t o r , r e d u c t i o ng e a rb o x ，d r u m , s t e e lw i r ea n ds oo na r ed e s i g n e da n ds e l e c t e d k e yw o r d s ：l i f e b o a t ；t r a i l e r ；t e s t i n gf r a m e ；r e p a i r ；s p e c i a le q u i p m e n t 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰 写成博士硕士学位论文：救生艇丝理童且遮釜的班剑：。除论文中已经注明引 用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的 成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签 学位论文版权使用授权书 7 月彩日 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版权 使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复 印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的 全都或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：导师签名： 日期： 汐年矿月 救生艇修理专用设备的研制 引言 大连中远船务建厂已近1 0 年，中远船务集团成立也有5 年的历史了，中远 船务集团下属的各家修船厂( 大连、南通、舟山、上海、广州等船务公司) 正由 粗放经营管理模式向精益管理模式转变。精益管理的核心是降本增效，如何做好 降本增效工作，是摆在修船厂这样一个产品种类繁杂，生产周期紧迫、硬件设备 超负荷运转、劳动力密集等特点企业的首要任务。 救生艇是船舶最重要的救生设施，船东对救生艇工程非常重视，也是船检必 检的项目之一常规的救生艇修理工程船厂不存在技术性难题，有专业的技术队 伍进行施工，船厂所面临的难题是救生艇的吊装、运输和保护。如果船舶钢结构 工程量大，船用生产物料较多，那么码头吊车就难以保证救生艇工程的需要，不 但生产节点难以控制，还会造成生产成本浪费。本文就是根据生产实际需要，着 眼于救生艇修理专用设备的研发，通过改革创新达到企业降本增效的目的。另外， 该文涉及的修船专用设备已研发成功，并在船舶生产中得到广泛应用，取得了很 好的应用效果。 第1 章概述 第1 章概述 1 1 救生艇专用修理设备研制的背景 1 1 1 中远船务集团年承修船舶数量及修船种类 中远船务集团下属5 家修船企业，包括大连、南通、广州、舟山、上海等船 务公司。各家企业2 0 0 5 年承修船舶数量见表1 1 。 表1 1中远船务集团2 0 0 5 年承修船舶数量统计 t a b 1 1 t h e n u m b e r o f r e p a i r i n g s h i p i n2 0 0 5 i n c o s c o s h i p y a r d 船坞拥有量年承修船舶数年修理救生艇数 企业名称 ( 座)( 艘)( 条) 大连船务公司 32 0 04 0 0 南通船务公司 21 5 03 0 0 广州船务公司 21 5 03 0 0 舟山船务公司 21 0 02 0 0 上海船务公司17 01 4 0 总计 6 7 01 3 4 0 救生艇的数量按照每艘船舶2 条救生艇的数量来计算的。 中远船务集团现有能力承修的船舶包括散货、集装箱、客滚轮、油轮以及具 有高附加值的l p g 、l n g 船舶，其中客轮、滚装船所配备救生艇的数量远高于 2 条，如此计算，中远船务集团年承修的救生艇数量要高于1 3 4 0 条。 1 1 2 硬件设施条件的制约 中远船务硬件设施的配备在国内同行业中是首屈一指的，但由于同时在厂修 理船舶过多，甚至一个泊位要停靠3 4 档船舶，码头物流量增大，吊车不但超 负荷作业，而且最大臂展仍无法够到最外档的船舶，这给救生艇修理工程带来极 为不便，船厂只好采取船舶移泊或调头的方法来做救生艇工程。暂且不谈船舶移 2 救生艇修理专用设备的研制 泊或调头的高额费用( 主要是拖轮费用) ，大连船务公司的海域条件好，航道水 域深，操作起来较为便利南通船务公司地处长江，水域条件及航道远不如大连 船务公司，所以操作起来很费力。出于救生艇是船检必检项目，所以船厂无论承 受多高的生产成本也要满足船东、船检的需要。 除吊车外，救生艇下船后还需要运送的平板车、到达专业修理区后需要的汽 车吊等设备，由于码头的作业区域有限，如此巨大的物流量会使码头作业很紧张。 1 1 3 救生艇常规修理成本分析 救生艇常规修理工程应包括救生艇下船修理、艇架修理、绳索及滑轮组修理、 救生艇吊重及脱钩试验等。在不采取移泊或调头情况下，单条救生艇常规修理设 备费用( 不计人工及原材料成本) 见表1 2 。 表1 2单条救生艇常规修理设备费用表 t a b 1 2t h ef e eo f g e n e r a le q u i p m e n tf o rr e p a i r i n ge a c hl i f e b o a t 设各项目单位工价救生艇作业时间 成本价格 码头吊车1 6 0 0 元，小时5 小时8 0 0 0 元 汽车吊( 2 5 t )2 0 0 元p j , 时1 小时2 0 0 元 平板车( 1 0 t ) 1 0 0 元，小时1 小时1 0 0 元 总计8 3 0 0 元 码头吊车作业时间包括救生艇下船、上船时间和救生艇傲吊重、脱钩试验的吊车保护 时间。 从表1 2 中可以看出，救生艇常规修理的设备成本费用是非常高的，主要体 现在码头吊车的使用上，如何减少码头吊车的使用时间，降低设备成本费用是研 发救生艇吊运工装及试验设备的重要原因。 1 2 救生艇专用修理设备研制的基本思路 1 2 1 船用教生艇种类及各项参数统计 船用救生艇常见的有开式艇和封闭艇两种，因设计原因以及装载配置不同， 3 第1 章概述 自重量也不尽相同，通常情况下在2 0 0 0 k g 4 0 0 0 k g 之间( 详见附录2 救生艇主 要规格) 。一般情况下，救生艇修理完毕后要进行吊重、脱钩试验。吊重的试验 重量= ( 救生艇自重+ 救生设备设施重量+ 额定人员重量) 1 1 倍，详见表1 3 。 表i 3救生艇吊重试验重量( k g ) t a b 1 3t h ew e i g h to fl i f e b o a tt e s t ( k g ) 救生艇自重 救生设施重量额定人员重量吊重试验重量 2 0 0 0 4 0 0 02 0 0 ( 2 2 3 8 ) 人7 53 8 5 0 7 0 5 0 额定人员重量按照每人7 5 k g 乘以额定人数：1 1 倍系数为救生艇载重安全系数 1 2 2 救生艇专用设备设计的基本思路 1 ) 救生艇专用运输拖车既然是拖车，就一定要具备车的功能，要能轻松 的拖走，并能够自如的转向，还要救生艇放置牢固稳定。由于车间厂房资源紧缺， 救生艇修理存放都只能在室外进行，而装卸作业必须吊车支持来完成。抛开上述 生产成本分析外，在使用汽车吊车时，所占用的空间也减少了救生艇存放的数量， 同时在使用时，给道路交通造成了障碍。回待修场地后，最好可以具备自卸功能， 即无需吊车即可将救生艇移到车间专用的救生艇支架上，基于以上思路，进行了 如下设计： 为保证强度，救生艇拖车的框架由i o o x5 0 槽钢扣起焊成，为使拖车能转向 自如，参照汽车转向机构进行改造设计，使用叉车就可以方便地拖走。拖车的横 向框架为可拆卸式，在前后横梁上各设一组v 形支架以适应救生艇底部的形状， 支架的高低可以通过一组反正扣的螺杆进行调节，支架的顶部与救生艇接触处设 计安装一块平板以扩大与救生艇的接触面积，平扳与螺杆的连接处设计安装了关 节球轴承，可以保证在任何角度的情况下平板都与救生艇接触。为达到实现拖车 自卸的目的，在拖车的四角设4 个气缸，为便于横梁与救生艇的连接，将气缸设 计为空心气缸，气缸内孔为垂4 6 ，使用m 4 2 的丝杠从中穿过，将丝杠与横梁连 接。平时，横梁处于放低的位置，救生艇放到支架上后，将拖车拖到车间专用救 生艇支架下，利用随车带的氮气瓶给气缸充气，使柱塞伸出，提起横梁，救生艇 坐在专用支架上，此时可抽出横梁，将拖车拖出。 2 ) 救生艇吊重、脱钩试验架首先应考虑到救生艇修理后做吊重、脱钩试 4 救生艇修理专用设备的研制 验，应最大限度地不受自然条件( 天气、水文、风力) 的影响。吊重、脱钩试验 架的主体结构参照单臂旋转起货机的原理进行设计，采用电机减速作为动力装 置，钢丝绳、滑轮组作为传动装置。依据表1 3 的分析结果，设计该试验架的最 大载重量为l o t ，同时，根据救生艇不同的船体结构与形状，设计了可以自由回 转的支架，使回转支架的偏移角度能够保证吊钩离岸边的距离要大于一半艇宽。 1 3 救生艇介绍 救生设备应配备的种类和数量，根据船舶大小和航行区域来确定。国际海事 组织在国际海上人命安全公约中对此有明确的要求叫。 救生艇按下水方式的不同分为： 吊放式救生艇( d a v i t l a u n c h i n gt y p el i f e b o a t ) ( 见图1 1 ) 抛落式救生艇( f r e e f a l lt y p el i f e b o a t )( 见图1 2 ) 图1 1 吊放式救生艇全封闭式救生艇 f 远1 1d a v i t - l a u n c h i n gt y p el i f e b o a t , q o t a l l y e n c l o s e d t y p e l i f e b o a t 救生艇按是否封闭而被分为； 开敞式救生艇( o p e nt y p el i f e b o a t ) ( 见图i 3 ) 全封闭式救生艇( t o t a l l ye n c l o s e dt y p el i f e b o a t ，1 9 8 6 年7 月1 日后 造的船舶都要求安装封闭式救生艇。) 5 第1 章概述 图1 2抛落式救生艇 f i g1 2 t h ep i c t u r eo ff r e e f a l lt y p el i f e b o a t 开敞式救生艇是传统的救生艇，没有顶盖，对乘员保护能力差。全封闭式救 生艇是在开敞式救生艇的基础上加设一刚性的封闭顶盖，其材料都是阻燃或不燃 的，通道盖关闭时能达到水密要求。油船、化学品船、液化气船所用的救生艇， 需是耐火式的、自带空气的。具有空气维持系统的救生艇( l i f e b o a t w 弛a s e l f 图1 ，3 开敝式救生艇 f i g 1 3o p e nt y p el i f e b o a t 6 救生艇修理专用设备的研制 u n t a i n e da i rs u p p o r ts y s t e m ) 。有气密要求，从关闭所有的出入口和开口开始，艇 内的空气应保持安全和适宣于呼吸，并使发动机正常运转至少l o m i n 。在此期间， 艇内气压不低于艇外大气压。 1 4 救生艇的修理要求 为了保证船舶遇难时有足够的救生设备，船舶必须按照海船救生设备规范 的规定，配备救生艇、救生筏、救生衣、抛绳器和救援信号等。 1 4 1 救生艇的一般要求 为了在船舶遇难时能有效的起到救生作用，救生艇应符合下列要求捌： ( 1 )强度要求 载足全部成员及属具后能安全降落水中，能经受碰撞速度至少为3 5 m s 的船舷水平撞击力，并能经受从至少3 高度投落下水。 金属艇体的救生艇在经受载足全部成员及属具后的总质量的1 2 5 倍的 负荷。其他艇在经受载足全部成员及属具的总质量的2 倍负荷，在卸去负荷后无 剩余变形。 ( 2 )干舷与稳定性要求 当5 0 定额乘员以正常姿势坐在艇中心线一侧时，艇的干舷应至少为艇 长的1 5 或l o o m ，取大者。干舷是从水线量至救生艇可能变成浸水状态的最 低开口处。 全封闭救生艇每个标明的座位处都设有一根安全带。当艇倾覆时，能将 质量为l o o k g 的人员牢固地缚在原处。所有进口和开口都水密关闭的。 ( 3 )推进器要求 艇上应设置压燃式发动机，其燃料闪电应在4 3 c 以上，在环境温度一1 5 时，2 r a i n 内应能启动。发动机应能在离水的救生艇冷启动后运转不少于5 m i n 。 车叶应设离合器并有正倒车装置，在静水中航速应不小于6 k n 。 ( 4 )舾装件要求 艇体内最低点处至少设一个排水阀。 除在舵与车叶附近部位外，应沿救生艇外装设链环状可浮救生索。 吊艇钩应有同时脱开装置 7 第1 章概述 ( 5 )全部救生艇筏降落下水的时间要求 处在持续的备用状态使两名船员能在少于5 r a i n 内完成登乘和降落的准备工 作。为船上人员总数所配备的所有救生艇筏，要求在发出弃船信号并在载足全部 乘员及属具后，客船应能在3 0 r a i n 内全部降落水中，货船要求在l o m i n 内全部降 落水中。 1 4 2 救生艇的检查与保养 救生艇必须定期检查保养，其工作如下： 1 ) 每季度检查一次救生艇内的属具。 2 ) 每月更换一次水桶中的淡水。 3 ) 半年检查一次口粮。 4 ) 每季度检查一次吊艇架的活动部件，并加油活络 5 ) 定期对发动机进行试车，加足燃油，并对蓄电池充电。 6 ) 进厂修理时，应按验船师要求进行空气箱的水密试验、吊艇架的强度试 验、测速试验等。 1 4 3 救生艇常规修理项目的介绍 1 ) 通常的救生艇的修理项目有： 救生艇修理工程：救生艇的发动机、浮箱、食品箱、油箱、信号设备、渔具、 药品的储藏箱，钩头、救生绳、油漆喷涂，玻璃钢修补，尾轴、螺旋桨、舵叶等 项目的修理。 2 ) 救生艇艇架修理项目：导向滑轮、牵引钢丝绳、艇架挖补修理及负荷试 验等。吊艇架及其附属设备的强度，应足以经受不少于最大工作负荷2 2 倍的静 力试验负荷；绞车制动其应足以经受试验负荷不少于最大工作负荷的1 5 倍的静 负荷和试验负荷不少于最大工作负荷1 1 倍及以最大速度下降时的动负荷试验。 进行强度试验的同时查看吊艇架放收艇的动作是否顺利、正确。 救生艇通常设置在船舶生活区的左右两舷，空间紧凑，由于无支承面，现场 无法搭设作业平台，因此，以上的修理项目都要求将救生艇拆卸、运送到修理场 地。 8 救生艇修理专用设备的研制 1 5 救生艇的试验要求 1 5 1 定义和一般条件 救生艇试验要求中的平均乘员的质量为7 5 k g ； 当重量放置在艇内以模拟人员坐在座位上的影响时，每一座位处重量重心应 沿着靠背高出座板3 0 0 r a m 。 1 5 2 救生艇材料试验 材料的阻燃性能：艇体及顶篷的材料应经阻燃试验，将试样置于火焰中燃烧 以确定其阻燃特性。 救生艇浮力材料试验：在常温下进行，将材料的两只试样分别置于原油、燃 油、柴油、汽油、煤油中，液面下方l o o m m 压头处浸泡1 4 天，记录在试验之初 和结束之后的试样尺寸，浮力的减少不得超过5 ，试样不得显示收缩、开裂、 膨胀、分解或机械性能改变等损坏。 1 - 5 3 救生艇超载试验 吊架降落救生艇： 1 ) 将空艇置于墩木上或通过吊钩将艇吊起，并设观测器以测量龙骨的下垂。 2 ) 在艇内加载适当分布的全部属具重量及全部核定乘员的重量。 3 ) 向艇内加入附加重量，使得悬吊载荷分别超出艇重、属具重、核定乘员重 量总和的2 5 、5 0 、7 5 及1 0 0 。 4 ) 在上述每一受载情况时均应测量并记录下列各项： 艇中部龙骨挠度； 在艇首尾柱顶部之间所量得艇长的变化； 在前后1 4 艇长处及艇中处舷缘上方量得艇宽的变化 自舷缘至龙骨处测得艇深的变化。 5 ) 在救生艇经受2 5 超载时，龙骨变形和艇宽变化不应超过艇长的1 4 0 0 ， 同时在1 0 0 超载时的测量结果应于2 5 超载时所测结果大致成比例。 6 ) 卸去重物并检查救生艇的尺寸，应无显著的残余变形。玻璃钢救生艇的此 项测量应在回复原形状的延时后进行( 约1 8 小时) 。 9 第1 章概述 自由降落救生艇： 当救生艇载有相当于核定乘员及属具的分布质量，自1 3 倍核准高度自由降 落时，该艇具有足够的强度以承受施加于艇上的力。如救生艇通常是从坡道降落 而未具备滑道时，此项试验可用垂直降落救生艇的方法进行，但应使艇龙骨的纵 倾角与通常的降落入水时的入水角相等。 试验后，应将救生艇卸载、清洁并仔细检查以确定由于试验而产生的损坏位 置及范围。然后进行操作试验。 1 5 4 吊架降落救生艇撞击及投落试验 撞击试验；将重物分布代表救生艇正常受载状态后，将救生艇自由悬吊，再 横拉至一个位置，使释放时将以3 5m s 的速度碰撞一个坚硬的垂直平面。如系 全封闭救生艇，应确定乘员所承受的最严重的加速力。( 见图1 4 ) 图1 4 救生艇碰撞试验 f i g 1 4l i f e b o a ti m p a c tt e s t 投落试验：将装备齐全的救生艇( 包括发动机) 装上等于其最大核定乘员的 质量的重物。重物分布代表救生艇正常受载状态，但不必位于座板以上3 0 0 m m 1 0 救生艇修理专用设备的研制 处将救生艇悬吊于水面上方，使艇的最低点到水面距离为3 m 时，释放救生艇。 救生艇投落试验见图1 5 。 投落试验应使用经过撞击试验的救生艇。 撞击及投落试验后，将艇卸载、清洁并仔细检查由于试验造成的可能损坏的 位置和范围。然后进行操作试验 图i 5 救生艇投落试验 f i g 1 5l i f e b o a td r o pt e s t 撞击及投落试验的合格标准： 1 ) 未发现影响艇的有效功能的损坏； 2 1 试验所造成的损坏并未由于操作试验而明显增加； 3 ) 艇机及其他属具的操作完全满意： 4 ) 无明显的海水进入情况； 5 ) 在撞击试验试验及回弹之中的所测的加速力符合规定的衡准值。 1 5 5 自由降落救生艇的自由降落试验 1 5 6 救生艇乘坐强度试验 在救生艇内每个乘员座位上放置1 0 0 k g 质量的重物，座位应能支承此载荷而 无任何的永久变形和损坏。 1 5 7 释放机构试验 将救生艇加载使其总质量等于救生艇、全部属具及核定乘员质量的1 1 倍， 救生艇应从每根吊索上同时释放，而救生艇或释放机构无卡住或损坏。 吊艇架的降落速度： 救生艇的降落速度应保证救生艇在满载状态下降落水面的速度不小于下式所 算出的值： 第1 章概述 s - - - - 0 4 + o 0 2 h s 一救生艇最小下降速度，s s ； h - 从艇架顶部至设计轻载水线的距离，i l l ； 救生艇最大轻载降落速度应不大于0 8 m s 。 1 5 8 全封闭救生艇的附加试验 自扶正试验( 见图l - 6 ) 、淹覆试验和发动机倒置试验。 图l6 自动扶正试验 f i g 1 6l i f e b o a ts e l f r i g h t i n gt e s t 1 5 9 耐火救生艇的附加要求 火烧试验和洒水试验( 见图1 7 - 1 8 ) 。 图1 7 火烧试验图 f i g 1 7l i f e b o a tf i r et e s t 图1 8 洒水试验 f i g 1 8w a t e rs p r a yt e s t 以上试验通常在救生艇生产厂家进行试验，但是对于上述试验利用救生艇试 验架进行，同样会大大提高生产效率和安全性。 1 2 救生艇修理专用设备的研制 第2 章救生艇装卸拖车的设计 救生艇装卸转运拖车的设计，基于普通拖车的功能，而又增设了自动装卸功 能。为实现救生艇的装卸功能，设计了气压系统，而气缸是利用气体压力差来进 行动作的，它将气体的压力势能转化为机械能，从而实现了救生艇的升降任务。 由于该种拖车具有可推广价值，在没有吊车或汽车吊车较繁忙的情况下，短距离 移动较频繁的设备，尤其是体积较大的设备，均可设计此类拖车。为了便于气缸 直径的设计选择，利用了a u t oc a d 中的v b a 开发工具进行计算，从而简化了传 统的繁琐的设计计算，而a u t 0c a d 是机械设计绘图者的必备工具软件，这使所 设计的v b a 开发工具的使用更加方便。 2 1 运输拖车气压( 装卸) 系统的设计 气压系统的选择：与液压系统的相比较，气压系统更加简单和实用，而且避 免了设计复杂的回路系统，仅通过一个三通阀，就完成了整个气压系统的进气和 放气。直接将氮气排入大气；同时考虑液压对密封的要求较高，一旦液压油泄漏 对环境污染较严重；从经济性角度分析，一瓶氮气的费用为5 0 元瓶，而且氮气 在修船企业是傲为常用物资在仓库存储，其成本远远低于过去的使用汽车吊车或 岸吊对救生艇的装卸方式，因此选择气压系统更加实用和经济。 为了保证气压系统的安全性。我们采用了氧气减压表( y q y - - 0 7 b 型，双压 力表，量程分别为o 2 5 m p a , 0 2 5 m p a ) 来分别显示氮气瓶内和管路内部的工 作压力。当气压系统内部的压力低于1 m p a 时，应该准备氮气瓶的更换。 2 1 1 参数定义 拖车气缸的设计参数如表2 1 所示 表2 1拖车气缸设计参数 t a b 2 1t h ep a r a m e t e rf o rt r a i l e rc y l i d e rd e s i g n 参数名称 参数符号 单位参数名称参数符号单位 救生艇重量g k g 管路总长度 l蜘 参数名称 参数符号 单位参数名称参数符号单位 第2 章救生艇装卸拖车的设计 气缸的总顶力fn 管路内径 d im 每个气缸的举力fn 管路体积 v i i 砷m 3 气缸工作时气体压力 p 船a 氮气瓶的体积 v om a 气缸的最大工作体积v m 3 氮气瓶初始压力 p 。 m p a 活塞有效截面积 s咖： 氮气使用的次数 m次瓶 气压系统的工作时 活塞的直径 dr a m v im 气体总体积 活塞小径 dm m 气缸试验压力p ， m p a 活塞的行程 1唧 气缸壁厚 6m 提升螺轩直径 也m 抗拉强度 ob n a m 许用应力 o 】 n m m 2 屈服强度 oo n i n 磕 安全系数 n 2 1 2 气缸设计的计算铷 缸筒常用的主要材料为无缝钢管，应用条件见表2 2 表2 2 气缸不同材料的工作状况 t a b 2 2t h es t a t eo fd i f f e r e n m a t e r i a lc y l l n d e r 钢号工作压力( m p a )最低工作温度( )可焊性 2 01 5 9好 3 5 - 5 0 由 4 51 9 6- 5 0 差 1 ) 提升螺杆直径的计算 提升螺杆是将气缸的举力传递到支撑横梁，每个螺杆所受到拉力的作用 即每个气缸的举力f = p s o = ol n ( 塑性材料) 1 4 救生艇修理专用设备的研制 提升螺杆的直径d 2 ， o d 2 2 4 f ，则： d 2 2 4 f ( o x ) ( 2 1 ) 救生艇的重量通常在2 0 0 0 4 0 0 0 k g ，取救生艇的最大重量g = 4 0 0 0 k g ，根据 气缸的安全性、可靠性，选择气缸内气体压力p 为0 6 lm p a ，取p = l 肝a ， 活塞杆的材料选择4 5 4 钢，查表知，其抗拉强度为o 。= 6 0 0 n m m z ，o = 3 5 5 n m m 2 , 安全系数为n = 2 ，代入数据，计算得：d 2 = 8 4 7 m m ，考虑到实际情况，取提升螺 杆直径为m 3 6 螺杆。 2 ) 活塞缸径的计算 由于空心气压千斤顶内所贯穿的提升螺杆为m 3 6 ，故取活塞小径d = s o m m ， 活塞有效截面积s = j i 4 x ( d 乙d 2 ) 气缸总顶力f = 4 x f g( 拖车设计按安装4 个气缸计算) 故： d 2 g ( 以p ) + d ? ( 2 2 ) 计算的活塞直径d = 1 2 3 4 m m 。 依据气缸的设计标准，并考虑到摩擦力和工厂内常用无缝钢管的尺寸，故取 活塞直径d = 1 2 5 m m 活塞小径d = s o m m 液压、气动系统元件缸径和活塞杆外径系列( g b 2 3 4 8 8 0 ，见表2 3 及表2 4 ) 表2 3 气缸缸筒内径尺寸系列 ( m m ) t a b ，2 3t h es i z eo fc y l i n d e ri n n e rd i a m e t e r( m ) 序号 1 2 34 气缸内径 2 53 24 05 0 序号5678 气缸内径6 38 0( 9 0 ) 1 0 0 序号 9 1 0 l l1 2 气缸内径( 1 1 0 ) 1 2 5 ( 1 4 0 ) 1 6 0 注：括号内数值为非优先选用值 第2 章救生艇装卸拖车的设计 表2 4 气缸的活塞杆尺寸系列( r a m ) 1 a b 2 4t h es i z eo fp i s t o nr o dd i a m e t e r ( m m ) 序号 1234 活塞杆直径 2 02 22 52 8 序号 5678 活塞杆直径 3 23 64 04 5 序号 9i 01 11 2 活塞杆直径 5 0 5 66 3 7 0 液压、气动系统元件活塞行程系列( g b 2 3 4 9 8 0 ，见表2 5 ) 表2 5 气缸的行程系列( ) t a b 2 5t h es t r o k el e n g t ho fc y l i n d e r ( 姗) 序号 l234 行程 4 06 39 01 1 0 序号 5678 行程1 4 0 1 8 02 2 02 8 0 3 ) 气缸壁厚的计算 气缸缸筒一般均属于薄壁筒，依据机械师设计手册中的气压系统设计计 算公式，气缸壁厚为6 = n m x d ( 2 x o ) ( 2 3 ) 缸筒材料采用2 0 。钢( 无缝钢) 的屈服强度o = 3 2 0 n m m ，系统工作压力 p = i m p a ，安全系数n l = 8 ，气缸直径d = 1 2 5 m m ， 试验压力仉= 1 5 p ， o = o j n ( 塑性材料) ，代入数据，计算得6 = 4 6 8 m m ，考虑工厂常用无缝钢管材料，实际取6 = 6 m m ，所以气缸外部尺寸外径 为1 3 7 m m 。气缸与提升螺杆组装的示意图如下：( 见图2 1 ) 4 ) 气缸加工要求如下 a ) 轴心线的直线度在5 0 0 m 长度上不大于0 0 3 r a m ； b ) 缸体内径采用h 8 、h 9 配合，内表面的圆度和圆柱度不大于内直径公差的 一半；表面粗糙度：当活塞采用橡胶密封圈时，r a 为0 i - 0 4pm ： 1 6 救生艇修理专用设备的研制 c ) 端面的垂直度在1 0 0 皿n 上不大于0 0 4 r a m ； d ) 若采用螺纹连接，应采用2 a 级精制的公制螺纹。 图2 1气缸与提升螺杆装配示意图 f i g 2 it h ea s s e m b l ed r a w i n go ft h ec y l i n d e ra n dl i f t i n gs t u d 2 1 3 每瓶氮气可升降救生艇的次数m 计算 气缸的最大工作体积：v 。= s l = j i i 4 x ( d 2 _ d 2 ) 管路体积：v 。= j i 4 x d ，2 x l 拖车的气压系统的工作时气体体积：v = v 。+ 4 x v - ： 设计所用管路采用由f o x2 的铜管，内径：d l - - - - 6 m ， 管路总长度：l - - - - 1 0 2 0 0 m m ，活塞的行程；1 = 9 0 r a m 氮气瓶初始压力：p o = i o m p a ，体积：v o = 4 0 1 0 6n m l 3 ， 计算系统工作时气体体积：v 。= 3 9 3 7 5 x1 0 6m m 3 由于救生艇规格的不同即重量不同( 2 0 0 0 k g 4 0 0 0 k g ) ， 计算气缸的实际工作压力为： p = g 以( d 2 一d 2 ) ( 2 4 ) 代入数据，计算得气缸实际工作压力范围为：o 4 9m p a p o 。9 7m p a 根据气体的克拉伯龙方程：p v = n r t ，计算一瓶氮气可升降救生艇的次数m 1 7 第2 章救生艇装卸拖车的设计 p o v o = p x ( r e x v - + v o ) 故：m = ( p o - p ) x v o ( p v 。) ( 2 5 ) 代入数据，计算得：8 9 1 次m 1 8 7 5 次 考虑到气体损失、摩擦损失及救生艇规格的不同，实际能够实现救生艇的升 降次数约为7 0 1 7 5 次。 2 2 拖车的设计 拖车的支撑横梁为拖车的重要受力部件，其强度对拖车的使用十分重要。 故对横梁建立力学模型，进行受力分析。救生艇的重心通过艇的龙骨，作用在 拖车中间的支座上，由于中间支座具有上下可调整性，使拖车两侧的可调整支 座起到辅助作用，而不承受过大的应力，所以横梁受力情况如图所示( 见图2 2 ) 。 在拖车进行救生艇的升降作业时，气缸通过提升螺杆的方形挡块将拖车的横梁 升起，进而实现了救生艇的装卸，在对拖车的后横梁进行装复和拆卸时，仅需 要将提升螺杆( 见图2 1 ) 旋转9 0 。即可，其设计达到了操作方便、简捷的目 的。在拖车对救生艇的运输过程中，横梁通过横梁挡销作用在拖车上，因此， 对横梁挡销进行了受力分析( 见图2 7 ) 。 图2 2 救生艇拖车横梁示意图 f i g2 2t h ed r a w i n go ft h eb e a mf o rl i f e b o a tt r a n s f e r 1 8 救生艇修理专用设备的研制 2 2 1 参数的定义 拖车设计参数如表2 6 所示 表2 6拖车设计参数 t a b 2 6t h ep a r a m e t e rf o r t r a i l e rd e s i g n 参数名称 参数符号单位参数名称参数符号单位 支反力 r ，岛 n 均布荷载( 自重)qn m 外力偶矩 m a m s n m 横梁总长 l l删 静矩 s 。m 3 剪切力 q n 救生艇重量 g k n 弯矩 mk n m 剪应力 m p a 惯性矩 i ：c 一 截面抗弯系数 c m 3 弯曲正应力 n r a m 2 许用剪应力 t 0 n r a m 2 许用弯曲正应力 o0n r a m 2 挡销直径 dm 受剪面厚度 em 余弦三角反函数 a r cc o s 弧度 注：应力单位l 肝a = ln m m 2 2 2 2 最大弯矩和剪力的计算 对救生艇拖车的支撑横梁的受力分析1 ( 图2 3 ) 。建立横梁的受力模型： 分别对a 、b 两点列出平衡方程e 取- - - - - 0 ，zn 慨- - - - o ，计算支反力为 l i = ( c - + q l 。) 2r i 一( g + q l 。) 2 取距左端( 坐标原点) 为x 的任意横截面，此截面上的剪力和弯矩方程分别 为：剪力方程：q ( x ) = l k - q x = ( c - + q l 。) 2 - q x ( o x l i 2 ) o ( x ) = 凡- q x = ( q l 。- g ) 2 - q x ( l 。2 x l 。) ( 2 6 ) 通过叠加原理得横梁的弯矩方程： m ( x ) = - q x 2 2 + ( q l 。+ g ) x 2 ( o x l 。2 ) m ( x ) = 一q x 2 2 + ( q l ，一g ) x 2 + g l 2 ( l 。2 x l 。) ( 2 7 ) 绘制衡量的剪力图和弯矩图( 图2 4 ，图2 5 ) 由图可见，此梁在两支座内侧横截面上的剪力的最大值为 q i l - ( g + q l ) 2 ( 正值，负值) ( 2 8 ) 1 9 第2 章救生艇装卸拖车的设计 一玛 圈2 ，拖车横巢受力分析图 f i g2 3t h ef o r c e a n a l y s i sf o r t r a i l e xb e a m 犏 刈 口a 盐电盛璺鲐瘩1 ( x ) = ( 叶吐o 2 - q x 缸) - ( 吐，2 一掣 力图 ( 0 x c l d 2 ) 正i 2 x l 1 ) f i g2 4t h es l l e 撕n gf o r c ea n