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25KN液压绞纲机及其液压系统的设计.doc

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关键词：: 绞纲机渔船机械液压控制

资源描述：

摘要

绞纲机是一种渔业机械，主要用于渔船在起网过程中绞收纲索（曳纲和底纲），亦可用于起锚、扬帆和起吊渔货等。绞纲机机械结构紧凑简单、布局合理、运转平稳、操作简单轻便、工作安全可靠。对提高捕捞作业的效率、减轻劳动强度、节省劳动力等都具有重要作用。

随着渔业生产的快速发展，渔船的升级。原有的机械式绞纲机已经不能满足现代渔船的需求。它在机械传动中的不稳定性，操作控制上的不方便以及绞纲拉力小和速度慢等缺点也日益暴露出来。由于近年我国基础工业的发展，液压元件的制造技术越来越成熟。在同等功率条件下，液压传动装置比机械传动装置具有体积小，结构紧凑，重量轻，传递功率大，能自动防止过载，可无级变速操作等优点，但是考虑到成本的问题和各方面实际因素，为了能被广大渔民所接受，在本次设计中采取了液压与机械相结合的方法对立式绞纲机的动力传输和控制系统进行了改进。本文首先在对绞纲机进行简要介绍的基础上，分析了国内外绞纲机的发展现状和国内绞纲机的主要机型和展望，然后分析了绞纲机及其液压系统，分别对传动系统和控制系统进行设计。

关键词：绞纲机；渔船机械；液压控制

Abstract

Gang cutter machine is a fishing machinery, mainly used for fishing in the process of hauling cable cutter income classes (trolling and bottom Gang Gang), it can be used for anchor, sailing and fishing lifting goods. Gang cutter machines for simple and compact structure, reasonable layout, smooth operation, simple operation, lightweight, safe and reliable. To improve the efficiency of fishing operations, reduce labor intensity, labor-saving and so has an important role.

With the rapid development of fishery production, upgrade fishing vessels. Original mechanical cutter Gang machine has been unable to meet the requirements of modern fishing vessels. It is not stability in mechanical transmission, the disadvantage is inconvenient and twist Gang pull small and slow speed operation control are increasingly exposed. In recent years, due to the development of basic industries, manufacturing technology of hydraulic components and more mature. Under the same power, the hydraulic drive system with a small, compact, light weight, transmission power, can automatically prevent excessive advantage overload, stepless operation, but considering the cost issues and practical aspects of mechanical gearing ratio factors, in order to be accepted by the majority of fishermen in this design has taken a combination of hydraulic and mechanical power transmission and control approach system vertical cutter Gang machine has been improved. On the basis of this paper cutter machine briefly outline on the analysis of the main models and the development status and prospects of domestic twist Gang Gang machine cutter machine at home and abroad, and then analyzes the twist Gang machine and hydraulic systems, transmission respectively system and control system design.

Key words: Gang cutter machine; fishing machinery; hydraulic control

摘要I

AbstractII

第1章绪论5

1.1 课题研究背景及目的意义5

1.1.1 课题研究目的及意义5

1.1.2 绞纲机类型和基本参数5

1.2 国内外研究现状7

1.2.1 国外绞纲机发展现状7

1.2.2 国内绞纲机发展现状7

1.2.1 国内绞纲机主要机型8

1.2.4 绞纲机展望10

第2章绞纲机概述12

2.1 绞纲机传动概述12

2.1.1 对绞纲机要求12

2.1.2 液压绞纲机优点12

2.1.3 绞纲机压力级13

2.2 绞纲机液压回路设计14

2.3 绞纲机传动形式16

2.4 绞纲机拉力19

2.4.1 绞纲机负荷压力级19

2.4.2 绞纲机拉力的确定20

2.4.3 绞纲机速度21

2.5 绞纲机滚筒的布置21

2.5.1 串联式21

2.5.2 分列式21

2.6 绞纲机液压油的选择21

第3章绞纲机传动系统设计23

3.1 绞纲机总体设计23

3.2 绞纲机齿轮速比25

3.2.1 从拉力方面考虑卷简的输入扭矩25

3.2.2 从速度方面考虑卷简的输入扭矩26

3.3 传动比的选择以及各轴的参数计算27

3.3.1 各轴转速27

3.3.2 各轴输入功率28

3.3.3 各轴输出功率28

3.3.4 各轴输入转矩28

3.4 轴的设计计算29

3.4.1 输入轴参数确定设计30

3.4.2 轴的校核计算30

第4章绞纲机液压控制设计33

4.1 绞纲机液压控制系统33

4.2 液压阀的选择34

4.2.1 分流阀机构34

4.2.2 溢流阀35

4.2.3 换向阀的选择35

4.2.4 主阀机构37

4.2.5 安全阀机构37

4.3 油泵和液压马达的确定38

4.3.1 液压马达的确定38

4.3.2 液压泵的确定39

参考文献43

第1章绪论

1.1 课题研究背景及目的意义

1.1.1 课题研究目的及意义

船舶工业作为一项现代化的综合性产业，一方面为航运交通和海洋资源的开发提供配套装备，促进着国家重点产业的发展；另一方面也为国家安全、能源战略和海洋权益维护提供着重要的工业技术基础。

绞纲机简称“绞机”。渔业船舶上用来收绞、抛放、盘置渔具纲绳的主要捕捞机械，其主要用于渔船在起网过程中绞收纲索（曳纲和底纲）。这种机械结构紧凑简单、布局合理、运转平稳、操作简单轻便、工作安全可靠。其对提高捕捞作业的效率、减轻劳动强度、节省劳动力等都具有重要作用。

1.1.2 绞纲机类型和基本参数

有关绞纲机设计制造标准，现有 SC6—78“渔船绞纲机类型和基本参数”和SC8—78“海洋机帆渔船绞纲机类型,系列参数和技术要求”近20年来，受近海资源的影响和渔业科技进步的要求，海洋捕捞经历了很大的变化作业区域由近海向深海，远洋发展，船体向大型钢质渔船发展．绞纲机的传动方式也从机械式和低压液压传动向中高压液压传动方向发展。显然，原标准已难以满足。

SC8—78中卧式单卷筒或双卷筒绞纲机系列参数有4种规格，两种规格都只适应于底拖网作业。双卷筒仅有线状布置。

图1.1 左机（L）右机（R）和中机（C）单卷筒和双卷筒绞纲机

表1.1 绞纲机设计参数

根据绞纲机容绳量大、卷绕直径变化大的情况规定了半长索最小卷筒负载、全长索最小卷筒负载，最小公称绞收速度(相当于半长索时额定卷筒负载下的绞收速度)和设计力矩(半长索绕直径处施加额定卷筒负载)因渔船绞纲机容绳量很大。受船型限制绞纲机卷筒不能太长，故纲绳卷绕层数往往有十层以上。卷绕直径变化相当大，造成绞纲机输出拉力变化范围也相当大，尤其在最外层卷绕直径时，绞收线速度最大而输出拉力最小。

其性能由绞拉力、绞收速度和容绳量3个主要参数表征。其结构通常由动力传动系统、变速装置、制动器、离合器、排匀器、工作滚筒 (摩擦鼓轮)、绳索鼓轮等组成。传动方式有液压、电力和机械3种。按结构形式的不同，可分为串联式、并联式和分列式。其中分列式绞纲机多采用中高压，体积小，绞拉能力强，布置容易，操纵方便灵活，性能优于串联式和并联式。按作业功能，可以分为曳纲绞机(拖网绞机)、括纲绞机、过环绞机、上纲绞机、放灯绞机等。其安置部位，依据渔轮的布置及捕捞操作方式的不同而定。

内容简介：: 25KN 液压绞纲机及其液压系统的设计- I -摘要绞纲机是一种渔业机械，主要用于渔船在起网过程中绞收纲索（曳纲和底纲），亦可用于起锚、扬帆和起吊渔货等。绞纲机机械结构紧凑简单、布局合理、运转平稳、操作简单轻便、工作安全可靠。对提高捕捞作业的效率、减轻劳动强度、节省劳动力等都具有重要作用。随着渔业生产的快速发展，渔船的升级。原有的机械式绞纲机已经不能满足现代渔船的需求。它在机械传动中的不稳定性，操作控制上的不方便以及绞纲拉力小和速度慢等缺点也日益暴露出来。由于近年我国基础工业的发展，液压元件的制造技术越来越成熟。在同等功率条件下，液压传动装置比机械传动装置具有体积小，结构紧凑，重量轻，传递功率大，能自动防止过载，可无级变速操作等优点，但是考虑到成本的问题和各方面实际因素，为了能被广大渔民所接受，在本次设计中采取了液压与机械相结合的方法对立式绞纲机的动力传输和控制系统进行了改进。本文首先在对绞纲机进行简要介绍的基础上，分析了国内外绞纲机的发展现状和国内绞纲机的主要机型和展望，然后分析了绞纲机及其液压系统，分别对传动系统和控制系统进行设计。关键词：绞纲机；渔船机械；液压控制- II -AbstractGang cutter machine is a fishing machinery, mainly used for fishing in the process of hauling cable cutter income classes (trolling and bottom Gang Gang), it can be used for anchor, sailing and fishing lifting goods. Gang cutter machines for simple and compact structure, reasonable layout, smooth operation, simple operation, lightweight, safe and reliable. To improve the efficiency of fishing operations, reduce labor intensity, labor-saving and so has an important role.With the rapid development of fishery production, upgrade fishing vessels. Original mechanical cutter Gang machine has been unable to meet the requirements of modern fishing vessels. It is not stability in mechanical transmission, the disadvantage is inconvenient and twist Gang pull small and slow speed operation control are increasingly exposed. In recent years, due to the development of basic industries, manufacturing technology of hydraulic components and more mature. Under the same power, the hydraulic drive system with a small, compact, light weight, transmission power, can automatically prevent excessive advantage overload, stepless operation, but considering the cost issues and practical aspects of mechanical gearing ratio factors, in order to be accepted by the majority of fishermen in this design has taken a combination of hydraulic and mechanical power transmission and control approach system vertical cutter Gang machine has been improved. On the basis of this paper cutter machine briefly outline on the analysis of the main models and the development status and prospects of domestic twist Gang Gang machine cutter machine at home and abroad, and then analyzes the twist Gang machine and hydraulic systems, transmission respectively system and control system design.Key words: Gang cutter machine; fishing machinery; hydraulic control- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章绪论 .51.1 课题研究背景及目的意义 .51.1.1 课题研究目的及意义 .51.1.2 绞纲机类型和基本参数 .51.2 国内外研究现状 .71.2.1 国外绞纲机发展现状 .71.2.2 国内绞纲机发展现状 .71.2.1 国内绞纲机主要机型 .81.2.4 绞纲机展望 .10第 2 章绞纲机概述 .122.1 绞纲机传动概述 .122.1.1 对绞纲机要求 .122.1.2 液压绞纲机优点 .122.1.3 绞纲机压力级 .132.2 绞纲机液压回路设计 .142.3 绞纲机传动形式 .162.4 绞纲机拉力 .192.4.1 绞纲机负荷压力级 .192.4.2 绞纲机拉力的确定 .202.4.3 绞纲机速度 .212.5 绞纲机滚筒的布置 .212.5.1 串联式 .212.5.2 分列式 .21- IV -2.6 绞纲机液压油的选择 .21第 3 章绞纲机传动系统设计 .233.1 绞纲机总体设计 .233.2 绞纲机齿轮速比 .253.2.1 从拉力方面考虑卷简的输入扭矩 .253.2.2 从速度方面考虑卷简的输入扭矩 .263.3 传动比的选择以及各轴的参数计算 .273.3.1 各轴转速 .273.3.2 各轴输入功率 .283.3.3 各轴输出功率 .283.3.4 各轴输入转矩 .283.4 轴的设计计算 .293.4.1 输入轴参数确定设计 .303.4.2 轴的校核计算 .30第 4 章绞纲机液压控制设计 .334.1 绞纲机液压控制系统 .334.2 液压阀的选择 .344.2.1 分流阀机构 .344.2.2 溢流阀 .354.2.3 换向阀的选择 .354.2.4 主阀机构 .374.2.5 安全阀机构 .374.3 油泵和液压马达的确定 .384.3.1 液压马达的确定 .384.3.2 液压泵的确定 .39参考文献 .43- 5 -第 1 章绪论1.1 课题研究背景及目的意义1.1.1 课题研究目的及意义船舶工业作为一项现代化的综合性产业，一方面为航运交通和海洋资源的开发提供配套装备，促进着国家重点产业的发展；另一方面也为国家安全、能源战略和海洋权益维护提供着重要的工业技术基础。绞纲机简称“绞机” 。渔业船舶上用来收绞、抛放、盘置渔具纲绳的主要捕捞机械，其主要用于渔船在起网过程中绞收纲索（曳纲和底纲）。这种机械结构紧凑简单、布局合理、运转平稳、操作简单轻便、工作安全可靠。其对提高捕捞作业的效率、减轻劳动强度、节省劳动力等都具有重要作用。1.1.2 绞纲机类型和基本参数有关绞纲机设计制造标准，现有 SC678“渔船绞纲机类型和基本参数” 和SC878“海洋机帆渔船绞纲机类型 ,系列参数和技术要求”近 20 年来，受近海资源的影响和渔业科技进步的要求，海洋捕捞经历了很大的变化作业区域由近海向深海，远洋发展，船体向大型钢质渔船发展绞纲机的传动方式也从机械式和低压液压传动向中高压液压传动方向发展。显然，原标准已难以满足。SC878 中卧式单卷筒或双卷筒绞纲机系列参数有 4 种规格，两种规格都只适应于底拖网作业。双卷筒仅有线状布置。图 1.1 左机（L）右机（R）和中机（C）单卷筒和双卷筒绞纲机- 6 -表 1.1 绞纲机设计参数根据绞纲机容绳量大、卷绕直径变化大的情况规定了半长索最小卷筒负载、全长索最小卷筒负载，最小公称绞收速度(相当于半长索时额定卷筒负载下的绞收速度) 和设计力矩 (半长索绕直径处施加额定卷筒负载)因渔船绞纲机容绳量很大。受船型限制绞纲机卷筒不能太长，故纲绳卷绕层数往往有十层以上。卷绕直径变化相当大，造成绞纲机输出拉力变化范围也相当大，尤其在最外层卷绕直径时，绞收线速度最大而输出拉力最小。其性能由绞拉力、绞收速度和容绳量 3 个主要参数表征。其结构通常由动力传动系统、变速装置、制动器、离合器、排匀器、工作滚筒 (摩擦鼓轮)、绳索鼓轮等组成。传动方式有液压、电力和机械 3 种。按结构形式的不同，可分为串联式、并联式和分列式。其中分列式绞纲机多采用中高压，体积小，绞拉能力强，布置容易，操纵方便灵活，性能优于串联式和并联式。按作业功能，可以分为曳纲绞机( 拖网绞机 )、括纲绞机、过环绞机、上纲绞机、放灯绞机等。其安置部位，依据渔轮的布置及捕捞操作方式的不同而定。- 7 -1.2 国内外研究现状1.2.1 国外绞纲机发展现状在世界渔业杂志中罗列了由船厂提供的个系列不同的甲板机械制造厂商形式和规格，通过这些数据可以发现，除了荷兰和德国外，绞纲机采用液压驱动占主导优势。部分工程师提出可以采用噪音低、易于安装、安全可靠地电力驱动。4但是，由于是在海上作业，极易遇到不良天气，电气元件容易受潮，损坏，而且它的价格并不比液压驱动便宜。所以总的来说多数的渔船还是采用液压驱动。挪威建造的渔船上大部分是低压系统,采用市场上紧俏的、主要出口的Brattvaag 设备。 16 艘渔船用了这家公司的低压甲板机械 ,2 艘渔船是用 Norwinch的低压设备, 也有相当数量的渔船是用挪威的 Rapp Hydema 和 Karmoy winch 高压设备。低压系统的优点是简单、容易安装和修理 , 不需要特殊维护, 而高压5系统的优点则是管道直径小, 元件尺寸小, 有可能匹配动力滑车和其他专用高压设备。在法国,Bopp 高压设备依然占领着国内市场。1.2.2 国内绞纲机发展现状我国渔船上的液压驱动捕捞机械发展的起点是低压系统, 到目前为止已有 20多年的历史。70 年代到 80 年代, 低压传动绞纲机在全国大中型渔船上占有统治地位,机械绞纲机逐步被取代。随着科技进步,低压绞纲机也同样会被中高压取代，因为中高压比低压有很多优点。近几年, 由于我国基础工业的发展, 液压元件的质量也越来越过关, 这就为液压系统的发展提供了有利条件, 促进了渔船绞纲机由低压向中高压的大力发展, 尤其是我国南方如宁波、温州等地发展尤为迅速 , 基本上到了普及的程度。但中高压绞纲机在我国北方地区（包括上海）的发展6仍十分缓慢,低压绞纲机仍占有主导地位, 就我们烟台地区而言, 除了几艘进口的渔船和几条围网船外, 大、中型渔船全部使用低压绞纲机。据我们了解, 大连、烟台、青岛等渔轮厂都不同程度地对中高压绞纲机进行了探讨研究, 但由于种种原因而搁浅, - 8 -1.2.1 国内绞纲机主要机型常熟市渔业机械厂生产的 JYW 一 F22/60 型绞纲机 ,适用于 20-400 马力小型渔轮作为海上捕捞作业妓纲、起吊鱼货等工作之用,是小型渔轮理想的辅助设备。该机具有启动,正转,反转,锁紧,调速等多种功能，同时可兼作船用带缆机和起描机等之用。JYW 一 F22/60 型绞纲机使用中高压传动和安全性较大的电磁离合装置。绞纲机由低速大扛矩液压马达驱动,采用卧式分列结构,安装装置方便,2 台绞纲机由各自独立的液压控制回路组成,通过操纵控制电磁离合器与机侧液压操作控制台,使绞纲机实现启动,正转,反转,锁紧,调速等多种功能,操作灵活,安全可靠,具有拉力大,速度快,效率高,使用寿命长等特点。整个绞纲机为 2 台各自独立的分列式绞纲机组成,即绞机,操纵台,泵站,油箱,电磁离合器控制箱和系统管理连接而成。绞机:由低速大扭拒液压马达,驱动轴,摩擦鼓轮,支架等零件组成。摩擦鼓轮通过液压马达直接驱动,结构简单可靠,鼓抢采用硬模浇制,硬度高,耐磨衬用。液压操纵台:由于动换向阀、调速阀、溢流阀、锁阀、压力表及组合阀块组成。通过操作控制手柄,可换向,调速,锁紧等,是整个系统的控制中心。泵站:液压泵站由连接主机前端输出轴的电磁离合器、升速齿轮箱及 2 台齿抢油泵组成。电磁离合器与控制箱:离合器由湿式多片线圈和摩擦片等组成 ,24V 蓄电池进行工作。控制箱由二极管、电阻、分流器、电压表、电流表等元件组成。整套绞纲机的工作原理是:首先由主柴油机前端输出轴通过齿轮箱内电磁离合器传递动力,经过 2 对升速齿轮升速,随后带动 2 台液压齿轮泵,并通过安装于驾驶室或机舱内的电磁离合器开关,使液压泵进行工作或工作停止。JJL 系列绞纲机采用蜗轮副减速，主要用于渔船捕捞绞纲、起网，也可用于起锚、扬帆、起货等。- 9 -图 1.2 JJL 系列绞纲机LHQ 系列锥轮摩擦式离合器采用矩形螺纹推动内摩擦锥轮，通过石棉摩擦片与固定在柴油机前端的外摩擦锥轮相摩擦用以传递动力，经传动轴系带动起网机工作。主要用于配套起网机离合传动，也可作为一般机械通用设备使用。型号规格和结构简图如下：图 1.3 齿条式操纵机构- 10 -图 1.4 钢绳索式操纵机构图 1.5 手推式操纵机构1.2.4 绞纲机展望我国的现代造船业总的来说起步较晚，但发展的势头强劲，随之也暴露出了发展过热和竞争无序的现象。据不完全统计，由本国自主生产的船用设备的装船率，日本高达 95%，韩国高达 85%，而我国却仅有 46%，高新技术船型则远远低于平均水平，而船用设备成本是船舶总成本的主要组成部分，约占船价的 50%。我国的船舶配套生产能力远远落后于造船能力，这严重的阻碍着我国船舶工业的发展，我国船舶工业要想实现可持续发展，就必需尽快的提高船舶配套能力，因此解决我国船舶配套业目前所存在的问题就显得至关重要，我国船舶配套业的问题主要表现在以下几方面：第一，我国的船用设备总体技术方面比较落后，船用设备企业科研能力相对薄弱，这是船舶配套业不能跟随船舶工业发展的重要原因。第二，我国的船舶配套设备与我国的造船能力相比，配套设备的生产能力完全不能适应我国造船业的需求，多数船厂的生产体系不够完备，而且我国在高端设备和核心技术发面与国际先进水平的差距十分大。- 11 -第三，我国有一定规模的船舶类企业较少，企业的集中程度不高，多数船舶类企业都是中小型企业，这些企业都不具备研发的能力或者研发能力很弱，这也在一定程度上制约着船舶配套业在技术方面的突破。第四，我国的船舶类企业管理理念不先进，只注重生产，在营销和服务方面做得不够周到，且产品结构单一，产品种类不够齐全，对船舶配套市场的依赖程度太大，承受金融风险的能力较弱。由此可见，我国船舶配套业需要尽快的改变其目前的发展现状，亟需在产业结构、生产规模、投资结构、产品结构、科技水平以及产品质量等许多方面进行调整，不断的引进国外的先进技术来弥补自己在技术创新上的不足，同时还要吸收消化实现可持续发展的自主创新。毕竟依靠别入的技术只能暂时解决问题，始终不能从根本上解决问题，而我国要想跻身造船强国的行列，就必须拥有真正属于自己的先进技术。我国从上个世纪 80 年代就开始引进国外先进技术，并不断的进行技术创新。目前，我国对锚绞机已经具备了一定的自主设计及创新能力，使之成为了船舶辅机中较为成熟的系列产品之一，但很大程度上还是要依赖中外合资合作和引进国外先进技术生产。随着船舶吨位的增加，承受载荷的增大，这些设备也朝大型化方向发展，但目前仍存在设计方法保守、效率低、系统线路复杂以及自动化程度低等缺陷，且大部分控制还需要入为的操作，不能通过计算机对其进行全面的分析和计算，理论承载能力与实际承载负荷之间也存在较大的差异。产品设计开发手段、模块化设计方法、软件设计、设计与制造技术、软件的接口技术、设计周期、设计质量管理等方面，与国外先进造船国家的差距依然很大。目前，国际船舶和海洋工程用的甲板机械技术发展的总体趋势是：高效率、自动化、集成化、模块化、数字化和智能化、远程控制、大容量、小体积、长寿命、无污染和安全可靠。现阶段，锚绞机系统的设计不能再按照传统的系统设计，应该适应船舶辅机系统的发展趋势，锚绞机系统的设计理应引入可编程逻辑控制器作为系统的控制核心，同时，系缆设备也不能单单靠入为的操作，应该引进智能化恒张力控制，使船舶能够更加安全可靠的系泊与停靠以及海洋设备的锚泊定位。- 12 -第 2 章绞纲机概述2.1 绞纲机传动概述2.1.1 对绞纲机要求选用何种传动方式,是设计绞纲机首先要解决的问题。合理的选取传动方式。原则是要更好地符合捕捞操作的实况和捕捞作业的特点。就捕捞作业而论,主要是起网、收网和起鱼的工作。故绞纲机和一般起重绞车不同。第一,主要捕捞对象是鱼,因鱼在海水户,荷重大小无法估计,负荷变化很大。第二,绞纲机在暴风雨的天气下也得作业,此时风浪大,冲击负荷大增。第三,操纵应灵活。在轻负荷时,速度不能上升太快;重负荷时,亦不能使速度太慢。因为前者会使网具和船体受到损伤,后者涉及到能否按计划作业的问题。所以须能自由调节速度。第四,网具在海中移动,有时会遇上障碍物被挂住,这时绞纲机必须慢车、停转或反转,以让开障碍物以免拉坏网具。根据以上的特点,设计合理的绞纲机,必须具备以下条件:（1）两种转向(正反转) 的速度范围要大,并能无级变速;（2）起网速度减小时,力矩要增大;（3）在超载时,能够自动停止起网或松出曳纲;（4）结构简单、操作容易、维修方便;（5）有足够的抗过载能力,安全可靠。从以上这些条件来看,机械和电动绞纲机显然不能或不易做到适合捕捞作业的实况。只有液压绞纲机能胜任如此恶劣的工作条件。2.1.2 液压绞纲机优点（1）易于大幅度减速,从而获得较大的力或扭矩,并能实现较大范围的无级变速,使整个传动简化;（2）易于实现直接驱动绞纲机,各液压元件间可用管路连接,故安装位置自由度多,便于船上的总体布置;- 13 -（3）能容量大,即较小重量和尺寸的液压元件可传递较大的功率。由于液压元件的结构紧凑、重量轻,所以液压系统的惯量小、启快、工作平稳,易于实现快速而无冲击地变换与换向;（4）液压系统易于实现安全保护,1 司时比机械传动操作简便、省力;（5）液压传动的工作介质本身就是润滑油,可使各液压元件自行润滑,因而简化了机械的维护保养,并利于延长元件的使用寿命;（6）液压元件的标准化、系列化、通用化,及其专业性生产,可提高产品质量,降低成本;（7）与电气配合,可设计出性能好、自动化程度高的传动及控制系统。以上所述,拖网绞纲机采用液压传动。2.1.3 绞纲机压力级目前绞纲机液压系统所采用的有两种压力级别,一种是低压(2.5 兆帕),一种是中高压(3 一 25 兆帕)。从国外资料看 ,近年来采用中高压比较普遍。在国内根据调查。多数国营海洋渔业公司都有两种意见:一种认为中高压的绞纲机拉力大,可以一次连网袋都拉到甲饭上,特别是遇到大网头时。低压就城得拉力不足;起网速度快,体积小、重量轻,易于布置;操作方便、安全可靠 ,尤其在 8 级风浪中渔船仍能作业,虽然一次性投资比低压大,但从整体上分析还是中高压好。还有一种意见认为:中高压的拉力大、体积小是发展方向,但中高压的一次性投资比低压大,目前有些液压元件的质量不过关,故障多,操作要求高,而船员的文化素质低,管理水平差;低压系统虽然管道粗,体积大,但投资省,使用可靠。所以,主张近海作业拖网渔船仍用低压。特别是辽宁、山东两省的多数国营单位都倾向于低压绞纲机。现就以上两种意见,对低压与中高压进行比较。低压优点如下:（1）制造费用低,只需普通的黑色金属;（2）不需要精密加工,部件也较少;（3）低压油泄漏少,操作方便;中高压优点如下:- 14 -（1）体积小,管径细,便于安装;（2）由于是中高压,即使管长,和低压比较压力降低的幅度小;（3）效率比低压高,启动快、工作平稳;易实现集中、远距离和自动控制。（4）技术要求相对中高压要低,但在技术性能上比不上中高压,且低压绞纲机的日常维修量比中高压要大得多,在一定程度上影响了渔船的出航率。基于目前国内液压元件生产厂家的中高压元件质量、标准化程度的提高。以及在中高压绞纲机研制上成功的经验,所造渔船绞纲机应逐步从低压向中高压发展。2.2 绞纲机液压回路设计液压回路的设计我们要先考虑到绞纲机的基本功能，就是利用液压泵驱动液压马达。带动机器转动。并且有一定的控制机构，能够控制马达正反转动，在负载情况下也可一停止不动等。根据油泵输入功率计算公式（2-612PQNKW（）1）式中： P油泵进出口压力差（ MP）Q流量（1/min）泵效率因绞纲机设计拉力不变，则式中 P 为定值由式中可知，油泵输入功率 N 与流量 Q 成正比，要增加流量 Q，则油泵输入功率增大。但是，渔船所能提高油泵功率是有限的，而且是一个定值，因为渔船动力是以满足该船综合性能要求而定，然后进行功率分配，所以在选择系统动力元件时面部仅要考虑绞纲机的性能，而且要考虑渔船能分配绞纲机的最大功率。因此，设计的该液压系统应严格控制在所分配的功率范围内并充分利用提供的最大功率。根据以上分析，我们把系统设计成单泵差动连接系统，可以较好的解决问题。回路如图 2.1 所示：- 15 -图 2.1 绞纲机液压回路1-三位四通电磁换向阀 2-溢流阀 3-二位三通换向阀 4-二位二通换向阀 5-溢流阀 6-二位二通换向阀 7-精滤油器 8-粗滤油器在吸油口处设粗滤油器一个，该粗滤油器浸没在邮箱底部，很容易被堵塞而引起吸空想象。因而一般采用孔稍大一点的滤网，主要阻挡大颗粒污染物；而在油路上设置精滤油器，将系统产生的和外界侵入的污染物滤除，为液压泵提供清洁的油液。系统的工作原理如下：1、油箱液压油经球形阀至粗滤油器过滤后进入液压泵 1，液压泵压出的高压油进入手动换向阀 4.因为手动换向阀是 M 型阀，此时该阀不动作时处于零位，所以压力油从手动换向阀内腔向回油口流回油箱。此时系统是卸荷状态，油泵无负载，液压油的压力只需克服所经过管道的各元件的阻力即可。- 16 -2、操纵换向阀 2Y 通电，即使阀芯左行，压力油经手动换向阀内腔油道，再从腔口进入油路，推动马达运转。此时是绞纲机撒网的阶段，因为是负载很小，只有网的重量，所以在这里采用了差动连接的方法，这种连接方式，可以在不增加液压泵流量的情况下提高液压元件的运动速度。3、操纵换向阀 1Y 通电，即使阀芯右行，压力油经手动换向阀内腔油道，再从腔口进入油路，换向阀 4Y 通电，推动马达反向运转，出来后，换向阀 3Y 通电，由于有背压阀，所以管道油路得到稳定，能够较平稳的将渔网收起。5、无论是撒网或是绞纲收网阶段，换向阀 5Y 一直保持通电状态，当液压泵出故障或是意外事故时，缸 7 的弹簧压力消失，使绞纲机紧急停车，这样有效地防止人员的伤亡和机器的受损。2.3 绞纲机传动形式目前制造液压绞纲机有多种形式。大致可分为叶片泵与叶片马达构成的低压系统和轴向柱塞泵与经向柱塞马达构成的中高压系统。（1）叶片泵与叶片马达低压系统，如图 2.2 所示。图 2.2 液压系统原理图图中：1 一双联液压泵组；2 一绞纲饥操纵阀；3 一绞纲机液压马达；4 一膨胀油箱，5-机械滤油器；6 一磁性滤油器；7 一渔船主机- 17 -机舱内叶片泵通过油管：压力油送入液压马达。液压马达是三作用的，并具有 3 个工作室。液压马达的速度和旋转方向由操纵阀来控制。作用二和作用三是基于液压马达的扭矩 (即外界负荷) 的大小而定的，由压力控制阀自动控制。操纵阀给予液压马达顺车(卷入)、倒车(放出) 和停车 3 个位置，同时给予顺车方向 3 个速度范围，而倒车方向只有一个速度。这些都是由操纵手轮通过旋转蜗杆而带动蜗轮来实现的，即从停车到全顺车旋转 3 转，而从停车到全倒车则旋转两转。整个系统中，为了保证正常工作，防止压力意外的上升，而在泵上装有安全阀。为了防止液压油因气温的变化，产生液压油膨胀和收缩，而设有膨胀油箱，进行调节；为了保持液压油的清洁，就在管路中装置机械滤油器和磁性滤油器，来吸去油中的杂物与细铁屑。整个系统控制方便，设备简单，部件数也不变。其优点如下：（1）产生力矩是脉动的，叶片多时，脉动幅度较小；（2）叶片磨损后，压力不会降低。因为转子的旋转，使叶片受到离心力的作用，能使其在叶片有磨损的情况下，仍能和定子表面保持紧密配合。（3）故障少，保养容易。缺点：（1）由于狭窄的叶片要嵌在转子的狭槽内，使其自由滑动，并保持各部都成直角。所以，制造精度要求很高；（2）特别注意液压油的保养，防止粘度变化，以免影响叶片自由地在狭槽内滑动。当轴向柱塞泵工作时，从油箱内吸油，经油泵输出压力油源，通过手动换向阀控制油路方向，再利用机旁操纵台上的手动比例复合阀调节输入马达的油量或转换输入马达进出口的方向，使液压马达带动绞纲机低速或高速；正向或反向运转。而当手动比例复合阀处于中位时，压力油源经阀流回油箱，此时绞纲机处停车或锁紧状态。在绞纲机超载时，系统溢流阀会自动开启，压力油流经溢流阀流回油箱。使绞纲机停止运转，保护各元件设备不受损坏，当负载减轻时，溢流阀自动关闭，绞纲机继续运转。- 18 -表 2.1 油泵的技术性能表结构型式工作压力（兆帕）转速（转/分）容积效率（% ）总效率（% ）叶片泵 1.5-6 950-2000 85 75轴向柱塞泵 16-32 1500-2500 98 85径向柱塞泵 8-32 400-2000 90 80低压系统时，选双作用叶片泵较好。由于结构简单，液压泵的吸油口和出油口都是径向对称的，所以径向力是平衡的，轴泵负荷极小。再者，从叶片的底部引入压力油，由于离心力的作用，叶片紧压在定子的内壁上，工作确实可靠。在采用压力 25 兆帕低压系统时，泄漏又可以改善。而单作用叶片泵，定子和转问有偏心距，相对运动部件多，泄漏较大，容积效率低，调节不便，故通常叶片泵都制造成双作用式。在中高压系统中，轴向柱塞泵选得较好。由于其结构紧凑，径向尺寸小，惯性小，柱塞顶端及其它摩擦面的相对滑动速度小，能在较高转速下工作，并且具有较高的容积效率。而径向柱塞泵虽然轴向尺寸小，但由于柱塞便于做多排形式，因此可使输油量增大。但是，这种结构径向尺寸大，运动时摩擦表面速度高，限制了转速的提高。由于径向压力分布不均，轴受径向力，工作压力越高径向力越大，使用压力受限制。因而，轴径很粗，调节亦不方便。故中高压选用轴向柱塞泵。液压马达的选型，主要应根据压力和流量。但是也必须从经济效果、效率等具体情况着想。如对工作及可靠性和使用寿命，以及制造工艺复杂程度进行具体分析，才能得到正确的结论。在低压系统中，选三作用马达较好。因为单作用叶片马达结构复杂，相对运动部件多，泄漏大，容积效率低；二作用叶片马达只有二档速度、扭矩；而三作用叶片马达有三档速度、扭矩。中高压系统中，选径向柱塞式低速大扭矩马达较好。轴向柱塞式马达和径向柱塞式马达各具有很多优点。轴向柱塞式马达结构紧凑、尺寸小、惯性小，活塞顶端以及其它摩擦面相对滑动速度小，适于在高速下运转。径向柱塞式马达的轴- 19 -向尺寸小，柱塞便于做成多排形式，输油率大、转速低、扭矩大，可以直接驱动绞纲机，可使机构大为简化，故绞纲机应选用径向柱塞式低速大扭矩马达。2.4 绞纲机拉力确定绞纲机的拉力，直接影响到捕捞作业和经济效果。同时，对能否正确而可靠地设计绞纲仉结构尺寸起着决定性作用。绞纲机拉力是一个复杂的问题，它受到很多因素的影响，与拖网速度，海底的地质，放网深度，网口张开角度，网衣大小，海和波浪等有着密切的关系。2.4.1 绞纲机负荷压力级艉拖网渔船绞纲机的负荷一般来说，在风平浪静时，艉拖网渔船的负荷等于水对网具的阻力与拖网的重量之和，如图 2.3。图 2.3 绞纲受力图T=R+PT 一曳纲的张力；R 一水对网具运动的阻力；P 一拖网的重量。网具运动的速度是合成速度，如图 2.4 所示。图 2.4 绞纲速度图解V= V1+ V2- 20 -V 一网具移动的速度；V 1 一绞曳纲的速度；V 2 一绞曳纲 t 船的速度。艉拖网时，船在航行中起网。由于绞纲时，使曳纲受力方向改变产生升力，使网具离开海底。由于沉子纲使网口形状变得丰满，网具阻力增加。另一方面网具离开海底，其海底阻力消失。收绞曳纲过程中，曳纲本身阻力逐渐减少而在绞纲开始时，由于船的惯性，曳纲负荷最大。2.4.2 绞纲机拉力的确定一般用扭力仪实船测得绞纲机拉力大小，但也可从理论上进行计算。在设计艉拖网绞纲机时必须合理的选定拉力，因为拉力选得太大，会使拖网绞纲机功率加大，在起网时功率未被全部利用，这样很不经济。拖网绞纲机拉力太小，直接影响捕捞效果，遇到实际使用中的扩刀过大时，绞纲机结构会遭到损坏，究竟如何选择，应该全面考虑。实船测量和理论计算相结合，因为理论公式中为简化计算起见，难免有些假定条件，正确与否有待于实测来验证。同时，可以和国外同类型船上的绞纲机的大小作比较。拖网绞纲机的额定拉力，按波浪中起网时之最大拉力来选定是不妥当的，这将使绞机在正常作业时，功率储备过大，经济上不合格。较合理的额定拉力应根据在无风浪时绞收曳纲场合，以及拖网在水中运动时曳纲上所承受的平均力来确定。实际上，只考虑曳纲、网具在水中的自重及其阻力就够了。因为装满鱼的囊网有一定的储备浮力，故可不考虑渔获物的重量。拖网绞纲机拉力和起网速度有密切关系，由于绞纲速度增加时，网具和阻力成倍增长，所以在确定拉力时，同时要考虑绞纲速度。一般拖网渔船的绞纲机的功率，应参考船的尺度，网具大小和主机功率来决定。综上所述，建议中型艉拖网渔船绞纲机的拉力确定为 4060KN，大型艉拖网渔船绞纲机确定为 7090KN。- 21 -2.4.3 绞纲机速度绞纲机的速度选择和拉力一样，也是一个相当的复杂问题。近来，为了提高作业效率，有提高起网速度的趋势，起网速度已达 5070mmin。在选择绞纲机的速度时，片面地追求高速或选用低速都是不恰当的，因为起网速度受到网机功率的大小，网具和曳纲的强度，捕捞作业的要求以及作业水深等方面的制约。根据目前我国渔业发展情况，渔场逐渐向外海扩大，对于艉拖网渔船绞纲机，适当地提高绞曳纲的速度是必要的，根据一般情况速度可选择在 7085mmin 之间。2.5 绞纲机滚筒的布置目前绞纲机的滚筒布置形式有两种：串联式和分列式。2.5.1 串联式串联式是以一个液压马达驱动两个滚筒并用一根轴横贯其中心，滚筒轴和油马达轴用联轴节予以联接。结构紧凑，两滚筒是同轴安装，这就保证了起、放网时其运转的同步性，便于操纵。2.5.2 分列式分列式的布置，将其分离两个滚筒，分别由单独的油马达驱动。这种形式的优点：甲板布置方便，而中间留较宽敞的操作面积；把一台绞纲机分成具有自动传动装置两台分列式绞纲机，便于船上的安装；便于在起网时调节曳纲的绞收速度以保证网形；全部液压系统可以在一个操纵台实行遥控。一般中型拖网渔船由于船宽有限，采用分列绞纲机后，中间并不能留出很大操作面积，增加了绞纲机控制机构的复杂程度。因此在中型艉拖网渔船上的拖网绞纲机宜用串联式。在大型艉拖网渔船上应采用分列式。- 22 -2.6 绞纲机液压油的选择设计液压绞纲机时，选择合适的液压油是极其重要的，工作油必须具备

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