机械专业毕业设计

1、自动快速解脱装置自动快速解脱装置设计摘 要 本文介绍了自动快速解脱装置的发展历程和目前的研究动态，并对其进行分析，借鉴目前的研究原理和思路并将这些研究成果应用于海洋研究中，针对一些紧急危险的海洋状况，设计一种能够进行快速解脱和抛弃的装置，以便于最大化的减少生命和财产损失。本文通过对国内外现有的自动快速解脱装置进行工作原理分析，在设计初期拟定了设计方案并考虑到本设计的工作场合及作用，选择了活塞拉断螺栓断裂截面的方式，在文中对设计工作原理和工作过程进行了详细的阐述，本文设计重点是本体与解脱体分离的工作系统，由于采用的是活塞拉断螺栓断裂截面的方式，于是螺栓材料的选择也成为工作的重中之重，所选材料的物

2、理机械性能必须是十分稳定的，才能使得快速解脱装置在达到预定的最大拉力后能够拉断螺栓，达到本体与解脱体的快速解脱分离，最后对整个设计结构进行建模，并初步形成装置模型。关键词：解脱装置，断裂截面，螺栓材料。The Device Design of the Automatic Rapid DisengagementAbstractThis paper introduces the development, the advantages and the disadvantages of the Automatic Rapid Disengagement Device, and analyses its

3、 present condition and development prospects. According to the theories of the existed vacuum sweeper, I designed this Device, which is considered with the environment of the ocean when it is unpredictable, to maximize decrease the loss of life and property . I explained the working principles and w

4、orking process of the vacuum sweeper in detail. According to its function and use characteristics，I explained the working principles and working process of the vacuum sweeper in detail. According to its function and use characteristics，the design is divided into four modules: the driving system, the

5、 remote control system, the hydraulic system which provides high pressure oil, the working system which is ordered to separate the reality and disengagement and the abandon system. In general , the separate system is the point of this design, which is achieved by the rupture cross section become bre

6、akage on the bolt. So the selection of the material of bolt becoming most important job of all. Finally, to model the entire structure, and to make such a simple model.Keywords: the device design of the automatic rapid disengagement, rupture cross section, the material of bolt.目录1.研究意义41.1工程背景41.2.研

7、究意义51.3 国内外发展现状51.4 目前典型的解脱装置61.5 使用场合以及作用72.方案设计82.1 原理分析82.2结构实现和应用方案103.材料选择113.1海洋环境的适应性113.2材料物理机械性质及其实验方法123.3根据强度标准进行拉伸试验134.液压系统的选择154.1计算确定液压系统的主要参数165.设计及计算225.1断裂点的计算与分析225.2强度的校核245.3解脱装置设计的整体三维效果图和二维图256.锚泊系统的快速解脱方案与分析267.结论28参考文献301.研究意义1.1工程背景 在以往，当机器在进行正常工作的时候，如果突然出现未知的紧急情况，某些时候总会受困于

8、条件限制导致不能及时脱离突发地点从而出现一些不必要的损失。这样的例子在工作生活中比比皆是，例如一辆正常行驶的汽车发生车祸掉入河中，而车上人员在这种危机的情况下由于安全带束缚，再加上自身的恐慌导致自己无法及时解开安全带，这样就会危机人的生命安全。在深海中进行工作的潜水器，如果工作部件比如动力系统出现故障或者机械手等部位卡住礁石等情况，这样就会阻碍潜水器的正常工作甚至危及到潜水器里面工作人员的生命安全。在海洋中正常行驶的大型轮船，当出现一些突发性的恶劣海况或者轮船动力系统出现故障等，这样也会危及到轮船上人的生命和财产安全。因此自动快速解脱装置正在越来越重要地体现到工作学习生活中的方方面面。 在当今

9、国际科学研究日趋成熟的大背景下，自动快速解脱装置的应用也几经十分广泛并且能够在陆海空领域都有发展。当汽车掉入河中，由于车上人员过于慌张无法手动解开安全带，此时可以采用自动快速解脱装置，可以解开安全带帮助车上人员安全逃出汽车获救。当载人潜器出现危险情况导致机械手被卡住时也可以利用快速解脱装置进行解脱同时利用抛弃装置将其抛弃。在锚泊系统中自动快速解脱装置也能有效发挥作用，当遇到突发海况时，由于锚绳收放比较缓慢，此时也可利用锚绳上的快速解脱装置进行快速解脱使得轮船能够快速驶离危险区域，这些都是自动快速解脱装置的应用实例，不论在工作还是生活中都能够最大化地减少人身安全和财产的损失。目前自动快速解脱装置

10、虽然有了广泛的应用，但是相对来说技术还不是太成型，其未来的发展空间和市场潜力还是很大的，这就要求我们要更好地学习科学文化知识，敢于思考敢于创新，刻苦钻研，争取早日研制出更先进更实用的快速解脱装置。1.2.研究意义纵观全世界各个角落无一不处在高科技的包围当中，正所谓有求必有需，不论是在陆地还是海洋甚至天空当中的机械器材都需要自动快速解脱装置进行必要的补充。、如上所述当汽车发生意外车祸掉入河中，此时车上人员因为过于慌张无法手动解开安全带的话，可以采用自动快速解脱装置来解开安全带帮助车上人员安全逃出汽车获救。当载人潜器出现危险情况导致机械手被卡住时也可以利用快速解脱装置进行解脱同时利用抛弃装置将其抛

11、弃。在锚泊系统中自动快速解脱装置也能有效发挥作用，当遇到突发海况时，由于锚绳收放比较缓慢，此时也可利用锚绳上的快速解脱装置进行快速解脱使得轮船能够快速驶离危险区域，这些都是自动快速解脱装置的应用实例，不论在工作还是生活中都能够最大化地减少人身安全和财产的损失。当然，不论是致力于解脱装置这方面的研究还是其他之类的科学研究都有助于我们更加努力地学习科学文化知识，知识就是力量，我们只有拥有知识这个强大的武器才能克服任何阻碍与困难，才能推动社会的不断进步。1.3 国内外发展现状当前国内自动快速解脱装置相对不发达，主要工作量依然由人工操作进行来启动解脱装置，在我国目前还处于初级研发阶段，相对市场领域和实

12、际应用领域并不广泛。而在国外，世界上已有德国、日本等科学技术水平比较发达的的国家正在积极的进行研制、开发可以进行远程遥控的自动设备，但是总的来说各个国家在实现复杂的运动和解脱技术理论及实践工作上仍然需要经历一段发展期。1.4 目前典型的解脱装置u 开门机的快速解脱装置本装置主要目的是提供一种装置，使得在开门机处于安装维护以及断电等情况下工作人员能手动快速进行开关门的开门机的快速解脱。它包括减速箱、弹簧、连接套、定位销、固定销、解脱杆、输出轴、蜗轮、蜗杆等，输出轴固定在减速箱壳体上，蜗轮套在输出轴上，在轴向由轴用挡圈把蜗轮卡住，蜗轮的端面上装有固定销，连接套和输出轴用花键进行连接，在输出轴上有弹

13、簧，连接套上有孔，弹簧把连接套压向蜗轮，蜗轮上的固定销插入连接套，拨叉通过定位销固定在减速箱上，拨叉的一端卡在连接套上，另一端有一个腰形槽；解脱杆上装有一个偏心销，偏心销可以插入拨叉的腰形槽中，解脱杆固定在减速箱体上，能进行的旋转。因而它具有结构简单、操作方便等特点。u 汽车安全带自动解脱装置这个设计的优点在于基本保留原汽车安全带的锁扣装置，安装时只需要换安全带锁扣，接通电线，并保证汽车在静止不动的时候能够打开车门，同时自动解开安全带，为司机在特殊情形下赢得宝贵的时间。 u 一种水下拖体自动解脱装置这是一种水下拖体自动解脱装置，包括拖缆，承力接头，接头销轴，万向连接器，保护索，卸扣销轴，卸扣体

14、。拖缆通过承力接头连接水下拖体，承力接头通过接头销轴和螺母连接到万向连接器的耳板；保护索的一端连接在万向连接器的耳板，另一端安装卸扣体上，卸扣销轴依次穿过卸扣体右侧的光孔、保护索座的通孔、卸扣体左侧的螺纹孔，且卸扣销轴顶部凸台置于卸扣体的凹槽内，卸扣销轴底部螺纹与卸扣体螺纹孔连接，破断销穿过万向连接器的铰开孔与水下拖体的拖曳架连接，使用破断销螺母固定。将该装置安装在拖体上，当拖缆载荷超出预定值的时候，自动解脱装置能可靠地进行破断，使得水下拖体可以安全地进行解脱，这样就可以防止灾难的发生。1.5 使用场合以及作用如上所述当汽车出现事故，因为车上人员过于慌张无法手动解开安全带，此时可以采用自动快速

15、解脱装置，可以解开安全带帮助车上人员安全逃出汽车获救。当载人潜器工作时突发状况，导致机械手被卡住时也可以利用快速解脱装置进行解脱同时利用抛弃装置将其抛弃。在锚泊系统中自动快速解脱装置也能有效发挥作用，当遇到紧急的海洋状况时，由于锚绳收放比较缓慢，此时可以利用锚绳上的快速解脱装置进行解脱使得轮船能够快速驶离危险区域，这些都是自动快速解脱装置的应用实例，不论在工作还是生活中都能够最大化地减少人身安全和财产的损失。2.方案设计2.1 原理分析前面讲到在汽车、开门机、船舶的某些部位上自动快速解脱装置都有广泛的应用，那么本文设计主要应用在大型船舶在复杂海洋环境作业的时候。如果遇到突发状况或者失去动力等紧

16、急情况，为了确保船上工作人员的安全，需要使其与相连的锚缆绳等解脱，然后能在最快的时间内脱离危险区域获得安全。解脱装置就成为锚泊系统总中必不可少的设备。在水下工作的载人潜器，其上的机械手等运动部件，有时可能会遇到被渔网、缆绳等遗弃物品缠住的情况，或被海底礁石等物体卡住而不能自拔等危险，一般在机械手等运动设备上也都设置有应急解脱装置。目前世界上采用的水下快速解脱方式主要有电磁装置，爆炸螺栓，机械装置等，此设计主要采用机械式应急解脱。1. 设计要求及指导思想由于自动快速解脱装置的唯一功能是在出现紧急情况的时候确保锚绳能够安全快速地进行解脱。所以锚泊系统的快速解脱装置要能够在长期不利的情况下，仍然能够

17、使操作者以很少的体力在驱动其工作时就能够获得预定的效果。应急设备必须操作简单可行，操作者不需要经过系统训练或不需要阅读复杂的文字说明就能使得装置进行正常工作。一般来讲，应急设备的可靠性从高到低依次为：人工操作的机械、人工操作的液压机械、电力操作的机械、电力操作的液压机械、电子设备。在设计应急解脱、抛弃装置时，要满足以下几个方面的要求。1) 参与正常工作时既安全又可靠。2) 应急情况下能够可靠地完成快速解脱。3) 具有防止误操作功能。4) 结构简单、紧凑，安装方便。2. 应急解脱装置设计应急解脱装置由本体、解脱体、连接螺栓、前盖、法兰盘等几部分组成，主要机构见下图。 图2.1 结构图正常工作时，

18、液压缸中的液压油没有压力，本体通过螺栓与解脱体进行连接。出现应急情况的时候，由潜器中的工作人员操作远程操控器驱动电动机和液压泵工作使得高压液压油进入油腔，产生拉力推动活塞左移，当正常工作拉力与活塞拉力之和达到某一值时，螺栓会在特定的断裂截面断裂，从而使本体与解脱体实现分离。从应急解脱装置的工作原理可知，连接螺栓是应急解脱装置设计的关键零件，正确设计出连接螺栓的预定断裂截面是保证应急解脱装置正常工作的主要前提。由此可知，要设计出连接螺栓的断裂截面，使其能够正常工作，螺栓的材料选择自然而然成为计算和设计的重点。2.2结构实现和应用方案目前，锚泊快速解脱系统的研究、发展和应用主要集中在国外，安装解脱

19、装置是国外的锚泊系统应对紧急海况进行安全管理的方式，根据系泊方式的不同所用解脱装置的种类也有所不同。由于作业海域情况十分复杂，在船舶作业时抛出的锚缆相对比较长，正常海况下船舶起锚需要很长时间，当遇到恶劣海况的时候则需要更长的时间，如果出现船舶走锚、锚链断裂等情况，不仅影响工程的工期、质量，严重的时候还会造成船舶损坏、碰撞等灾难性事故。因此需要对船舶的锚缆系统进行一些方面的技术性改造，安装锚泊系统快速解脱装置，为锚泊系统设计一套快速解脱方案，解决紧急撤离时间过长等问题，使得船舶在遇到紧急状况时能够以最快的速度离开现场。分布式系泊系统快速解脱方案有很多种：n 用绞盘将锚索绞松，然后把锚索从甲板上断

20、开，有点是安全可靠、易于操作，缺点是速度太慢而且需要在甲板上布置多个绞盘来进行绞松。n 在甲板上安装快速解脱装置，优点是安全可靠，快速简便，易于检查且容易操作。n 在近海海底处安装解脱装置，优点是安全、质量轻，缺点是不可检查并且可靠性差。 因此选择在甲板上安装快速解脱装置，配合一套合理的解脱方案，使得船舶能够在遇到紧急海况的时候进行紧急脱离，具体方案在下文进行分析。3.材料选择3.1海洋环境的适应性 由于此次设计的快速解脱装置是应用于锚泊系统上的，而船体抛锚等系统都是在海洋中进行工作的，因此对螺栓的材料选择十分重要，一定要保证螺栓不受外界环境的干扰而影响了整个解脱装置的正常工作。所选用的螺栓材

21、料一定是高度抗海水腐蚀的，本装置的连接螺栓选用了耐腐蚀、具有一定冲击韧性的SUS304材料制作，即304不锈钢材相当于我国的0Cr18Ni9,美国的304材料，具有良好的耐腐蚀性、耐热性、稳定的机械性能，而且冲压弯曲等热加工性比较好，无热处理、硬化现象，无磁性。这种材料是一种通用性的不锈钢材料，它的防锈性能比200系列的不锈钢材料要好。耐高温方面也相对比较好，温度可以达到1000-12000度。而且304不锈钢具有良好的不锈钢耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，在实验中得出：浓度65%的在沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。而对于碱溶液及大部分有机酸和无机酸它也具有良好的耐腐蚀

22、能力。由于含有较高含量的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相比具有比较稳定的机械物理性能，在低温、室温以及高温下均有较高的塑性和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀以及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差，因此304不锈钢材料不能通过热处理强化。因此选用SUS304材料（0Cr18Ni9）制作螺栓能够很好的保证对海洋环境的适应性。3.2材料物理机械性质及其实验方法首先查到的SUS304即304 18/8不锈钢材的物理性能如下所示： 屈服强度s（MPa）=263。材料的屈服强度小，表示材料容易屈服并且成型后回弹小，贴膜性和定形性好。 抗拉强度b (MPa)

23、 =620。材料的抗拉强度越大，表示材料变形过程中不容易被拉断，这有利于塑性变形。 延伸率 (%) =46.7%。延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值。 屈服比s/b =0.43。屈强比对材料冲压成形性能影响很大，屈强比小，板料由屈服到破裂的塑性变形阶段长，成形过程中发生断裂的可能小，有利于冲压成形。一般来讲，较小的屈强比对材料在各种成形过程中的抗破裂性都有利。 应变硬化指数 n=0.193。应变硬化指数就是通常所说的n值，表示材料冷作硬化现象的一个指标，可以反映材料的冲压成形性能。应变硬化指数大，显示材料的局部应变能力强，防止材料局部变薄能力强，即增大失稳极限应变，

24、使变形分布趋于均匀化，材料成形时的总体成形极限高。 这里选择的材料SUS304不锈钢材料s与b 数值相差太大，主要原因首先是因为本文设计的自动快速解脱装置是在特殊的环境中进行工作的，要适应海洋的高腐蚀性，其次考虑到钢的组织在受到冷热加工的影响而容易发生组织转变，从而影响到钢的机械性能，因此要求材料要相对稳定，这里选择的SUS304不锈钢即0Cr18Ni9是纯奥氏体组织，在不锈钢中常见的奥氏体形成元素有：Ni、Mn、C、N，这些元素有助于形成稳定奥氏体，是奥氏体不锈钢中不可缺少的，尤其是Ni元素。从奥氏体平衡系数：A(BAL)=30（C+N）+0.5Mn+Ni-1.3Cr+11.8，也可以看出这

25、四种元素含量增大可以增大奥氏体平衡系数，从而使奥氏体组织越稳定。在奥氏体不锈钢中，Ni含量对诱变马氏体转变点的影响是很明显的，Ni含量增多，马氏体转变点降低，材料在冷变形过程中硬化程度小。综合各方面来说SUS304不锈钢即0Cr18Ni9均符合本设计的要求，因此选用它作为制作解脱装置连接螺栓的材料。3.3根据强度标准进行拉伸试验 由于本次设计对于螺栓材料的特殊要求，因此必须要通过实验来确定材料的物理机械性能，只有材料的性能确定了才能确定螺栓断裂截面拉断所需的最大拉力，防止达到预定值之后螺栓无法断裂的情况。由于条件限制，下面只阐述材料物理机械性能的试验方法，在实际制造过程中必须要进行拉伸试验。拉

26、伸试验是指在承受轴向拉伸载荷的情况下测定材料的物理机械性能的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。1.准备试件。 用刻线机在原始的标记范围内刻划圆周线，并将标记范围分为等长的10格。用游标卡尺在试件原始标记范围内的两端及中间两个相互垂直的方向上各测量一次直径，然后取其算术平均值作为截面的直径，最后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积。 2.调整试验机和自动绘图装置并装好试件，检查。 3.进行实验。开动试验机，缓慢均匀地进行加载，直到试件被拉断为止。关闭试验机，记录拉断时的最大荷载值，取下试件和记录纸。

27、4.结束试验，检查试验记录，并将试验设备工具复原，清理试验场地。最后整理试验数据，完成试验报告。 拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标等物理机械性能。强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象称为屈服。产生屈服时的应力，叫做屈服点或者物理屈服强度，用s表示。工程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产生的残余塑性变形为 0.2%时的应力值作为屈服强度，叫做条件屈服极限或条件屈服强度，用0.2表示。材料在断裂前达到的最大应力值，叫做抗拉强度或强度极限，用b表示。 经拉伸试验结果来看，本文所采用的S

28、US304不锈钢材料的机械物理性能与数据基本吻合，材料符合工作要求。4.液压缸的选择本设计要利用到一个简单可行的液压系统，其中主要是液压缸的选择。液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情 况出发，充分发挥液压传动的优点，能够设计出结构简单、成本低、效率高、工作可靠、操作简便、维修方便的液压传动系统。液压系统的设计原则有：u 满足主机功能和性能要求u 重量轻u 体积小u 成本低u 结构简单u 工作可靠u 使用维护方便u 国产元件优先选用液压系统的设计步骤：液压系统的设计步骤没有十分严格的顺序，各个步骤间往往要相互联系地进行。一般来讲在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行

29、：u 确定液压执行元件的形式u 进行受力分析确定系统的主要参数u 制定基本方案，设计液压系统原理图u 选择液压元件u 液压系统的性能测试u 编制工作图 明确设计要求：工件的设计要求是进行设计的基本依据。在制定基本方案并进行液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。u 主机的用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等u 液压系统要完成哪些动作，动作顺序以及彼此的关系u 液压驱动机构的运动形式，运动速度u 各个动作机构的载荷大小及性质u 对性能方面的要求u 对操作控制方式的要求u 对防尘、防爆、噪声、安全可靠性的要求u 对效率、成本等方面的要求4.1计算确定液压

30、系统的主要参数通过受力分析，可以看出液压执行元件的工作过程中速度和载荷变化的情况，为确定系统和执行元件的参数提供基本依据。液压系统的主要参数是压力和流量，他们是选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。n 液压缸的载荷组成与计算如下图所示表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图，各个有关参数标注在图上，其中是作用在活塞杆上的外部载荷，是活塞与缸壁以及活塞杆之间的密封阻力。图4.1 液压系统计算简图作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷以及导轨的摩擦力其中导轨的摩擦力可由下面求得 对于水平导轨式中：G-运动部件所受的重力（N） -外载荷作用于导轨上的

31、正压力（N） -摩擦系数有关导轨的摩擦系数可见下表一：表一 不同导轨的摩擦系统参考值导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导轨铸铁对铸铁起动时0.150.20低速（v0.16m/s）0.050.08滚动导轨铸铁对滚柱0.0050.02淬火钢导轨对滚柱0.0030.006静压导轨铸铁0.005从表中可得导轨的摩擦系数 这里我们取除了外部载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种液压缸的密封材料和密封形式不同，密封阻力就难以进行精确的计算，一般估算为式中-液压缸的机械效率，一般取，其中 ， 。n 计算液压缸的主要结构尺寸首先要初选系统工作压力压力的选择要根据载荷大小进行确定，

32、还要考虑执行元件的装配空间、经济条件等情况的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，那么就要加大执行元件的尺寸，对某些工件而言，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选的太高，对泵、液压缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，那么就会导致设备成本大幅度提高。一般来说，对于尺寸要求不高的设备，压力可以选的低一些，行走机械重载设备压力要选得高一些，具体选择如下图二所示：表二 按载荷选择工作压力载荷/KN5510102020303050505005001000工作压力/MPa1122334455101020其次要计算液压缸的主要结构尺寸液压缸的主要设计参数图如下所示，图为活塞杆工作

33、在受拉状态。 图4.2 活塞工作受拉状态则活塞受拉时式中 -液压缸的工作腔压力（MPa） -活塞总面积 -活塞杆的直径由此可得需要事先确定活塞杆直径d与活塞直径D的关系，令杆径比，其比值可按下表选取表三 按工作压力选择尺寸工作压力/MPad/D5.05.0 7.07.00.7另外，如果执行元件安装尺寸受到限制，液压缸的直径以及活塞杆的直径需要事先确定时，可按载荷的要求和液压缸的结构尺寸来确定系统的压力。一般来说液压缸直径D和活塞杆的直径d的计算值要按国际规定的液压缸的有关标准进行圆整。如果与标准液压缸的参数比较相近，那么最好选用国产标准液压缸，这样可以免于自行设计加工。常用液压缸内径以及活塞杆

34、直径见下表：表四 常用液压缸内径常用液压缸内径D（mm）4012550140631608018090200100220110250表五 活塞杆直径d(mm)速比缸径40506380901001101.462228354550556324550607080速比缸径1251401601802002202501.46708090100110125140290100110125140 综上所述，再联系自动解脱装置的设计要求，这里选取主要参数如下n 活塞杆直径n 活塞直径n 正常工作的时候锚绳对解脱体的拉力n 当遇见紧急情况需要快速解脱的时候，液压系统提供压力活塞杆产生的力达到，即总拉力达到的时候，连接

35、螺栓拉断。n 除了外部载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力：5.设计及计算5.1断裂点的计算与分析如上所述选择的材料是SUS304不锈钢材料，即我国的0Cr18Ni9，则取抗拉强度b =620MPa，当遇见紧急情况需要快速解脱的时候，液压系统提供压力活塞杆产生的力达到，即总拉力达的时候，连接螺栓拉断，设预定断裂截面面积为A即求得因此可选取M12螺栓，在其上制作的断裂截面。因为除了外部载荷外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力：所以活塞杆产生的力由于代入数据得：求得即液压系统提供的高压油可以达到工作条件。设计出来的断裂螺栓以及其断裂截面三维造型图如下所示：图5.

36、1 连接螺栓的三维效果图5.2强度的校核当液压系统提供的高压油时，活塞杆产生的力那么均分在法兰盘上的4个螺栓和中间的吊环螺钉的力为，即当达到工作极限的时候，M10螺栓与M10吊环螺钉承受的力均为8800N。螺栓与吊环螺钉的强度若要校核，就要校核他们的抗拉强度。而螺栓的许用拉应力与螺栓材料的屈服极限和安全系数有关，查表的SUS304不锈钢材料的屈服极限，安全系数。则螺栓材料的许用拉应力，而 当连接螺栓断裂的时候：法兰盘上的M10螺栓与M10吊环螺钉承受的拉应力为 ：，因为，即法兰盘上的M10螺栓与M10吊环螺钉承受的拉应力，因此M10螺栓与M10吊环螺栓符合强度要求。前盖上的4个M10螺栓与M1

37、0吊环螺钉与法兰盘上的M10螺栓与M10吊环螺钉材料尺寸完全一样，因此拉应力，符合强度要求。5.3解脱装置设计的整体三维效果图和二维图 图5.3.1 法兰盘的俯视图图中法兰盘通过4个M10螺栓与解脱体进行连接。下图是自动快速解脱装置的三维整体效果图，由主体，前盖，活塞，解脱体，法兰盘等部件通过螺栓进行紧密连接。图5.3.2 整体图图5.3.3 装配二维图6.锚泊系统的快速解脱方案与分析在工程实践中，锚泊系统快速解脱装置的安装位置通常有两种：分别是在海底锚的附近底端和船体甲板导缆孔附近的顶端，将快速解脱装置安装在锚绳顶端的优势是便于快速进行解脱释放，在紧急海况下，涉及人身生命安全的时候时间是十分

38、宝贵的，而且将快速解脱装置安装在顶端与本篇设计的自动快速解脱装置结构与工作条件也十分相符，因此选择将快速解脱装置安装在甲板导缆孔附近的顶端。 由于多功能船作业时，所处海域环境复杂，因此其所需锚泊比较长，约900m。锚泊线采用分散对称的布置方式。如下图所示： 图6 锚泊解脱方案经过材料搜索所选择的释放方案为：采用一条拖船来释放，其中4#和8#锚缆都不安装自动快速解脱装置。具体释放顺序为：开始先正常起锚8#，并且用拖船代替8#锚缆，然后用自动快速解脱装置同时释放2#、3#、6#和7#锚缆，然后再用自动快速解脱装置同时释放1#和5#锚缆，最后拖船拖至4#锚缆附近起锚。这样设计的优点是只用一条拖船就能

39、实现快速解脱与释放，而且释放过程中还可以避免相邻锚缆纠缠在一起，并且可以同时对4条锚缆进行收缆，从而提高效率，节省释放时间。7.结论 整个自动快速解脱装置设计的主要出发点是对解脱方式的一种探索，目前为止初步研究成型的快速解脱装置主要有声控式、机械式、爆炸式，而应用最多且研究比较深入的是声控式自动快速解脱装置，因为声控式的装置具有可远程遥控、可重复使用的优点。因此本文侧重于从其他方面来探索自动快速解脱装置的方案，从而选用了机械式自动快速解脱装置，利用液压油的高压驱动活塞杆产生一定的力来拉断螺栓断裂截面的方式，并结合已有的海况环境分析，加上设计的自动快速解脱装置，研究出一套比较合理且省时的锚泊快速

40、解脱方案。但是本设计为小型的模拟设计，放在实际情况中还有很多需要考虑的因素，因而实用性尚且不足，主要是为了今后在自动快速解脱装置这一方面研究进行一个初步的探索设计，基本目标是实现其主要功能即可。自动快速解脱装置的功能实现难点主要是螺栓断裂截面的尺寸设计，和螺栓的材料选择，这也是整个设计的主要核心，特别是螺栓材料的选择，基于本设计的原理和要求，因此对螺栓材料的选择是十分严格的，在指导老师的支持和帮助下，并对各方面的资料进行反复查阅，最后选定了高耐腐蚀性且强度相对稳定的SUS304不锈钢材料，即我国的0Cr18Ni9 ，能够保证快速解脱装置的载荷达到最大时，断裂截面随之断开。经过此次的设计得到的基本结构参数，如下表所示：名称结构参数总体结构尺寸240mm*120mm*120mm油缸尺寸活塞D=80mm , 活塞杆 d=50mm断裂截面尺寸连接螺栓的尺寸M12六角头螺栓液压油压力14.37MPa总