150KN海洋恒张力绞车设计

题目：150KN海洋恒张力绞车设计摘要液压绞车作为主要的一种机械设备，在海洋原油的开采、航运、矿山工程、修建等诸多范畴发挥非常必要的用途。多数的液压绞车都能在很卑劣的情况下，像矿井一样工作，这类情形不但对可靠性要求高对绞车来说，并对绞车缆绳的恒张力的操控要求更高。绞车能动的形式有很多种，其中液压技术相对于另外的其他驱动方式的更加可取之处是，功率高效率也高，其相对紧凑的结构，开启时相对稳定，速度调节容易，驱动力矩较大，可靠性高安全性好，诸如此类的长处还有很多就不一一列举了。当承重发生较大的变化时的情况将有待提高恒张力的控制性能。缆绳张力的控制，不论是闭环控制、开环控制，绞车的运行是否平稳，速度是否稳定都是由其操作的时间与积累的经验说决定的。绞车主要是拖曳牵引时才需要用的。其要完成特定的事情是需要经由缠绕在滚筒上的缆绳来完成，绞车种类有很多，其分类方式也不尽相同。其中滚筒卷扬绞车的工作方式为：采用驱动滚筒旋转方式收放缆绳和拖曳负载，且其容绳是直接在滚筒上进行的，液压绞车不仅可以在恶劣工作环境下作业，还可以应对工作负载大且工况较为复杂的场合，其应用场合广泛，而又随着控制技术的发展以及液压元件性能的提尚，许多工程机械也采用了液压传动系统，液压绞车也在其行列之中，液压绞车的主要功能就是要平稳安全的实现缆绳回收和释放，所以液压绞车在发展的同时，主要在可以无级调速和恒张力控制两个方向上不断地进步，随着科技的不断进步还融合了当代多种先进技术在其中，如：功率回收、负荷传感、恒张力等技术，这使得液压绞车的调速及张力的控制性能越来越好，应用范围也进一步扩大。 关键词：液压绞车；恒张力控制；液压驱动系统；液压控制系统

AbstractAsamajormechanicalequipment,hydraulicwinchplaysaverynecessaryroleintheexploitationofoffshorecrudeoil,shipping,miningengineering,constructionandotherfields.Mosthydraulicwinchesarecapableofworkinglikeamineunderverylowconditions,requiringnotonlyhighreliabilityforthewinch,butalsoconstanttensionhandlingofthewinchcable.Winchdynamicformtherearealotofkinds,includinghydraulictechnologyrelativetootherotherdrivewaymoreredeemingfeatureisthatthehighefficiencyandhighpower,itsrelativelycompactstructure,openingisrelativelystable,speedadjustmenteasy,drivingmomentisbigger,goodreliability,highsecurity,suchasthesestrengthsandtherearemanynotlistonebyone.Whentheloadbearingchangesgreatly,thecontrolperformanceofconstanttensionshouldbeimproved.Thecontrolofcabletension,whetheritisclosed-loopcontrol,open-loopcontrol,winchoperationisstable,whetherthespeedisstableisdeterminedbyitsoperationtimeandaccumulatedexperience.Thewinchismainlyusedfortowing.Therearemanytypesofwinchesandtheyarenotclassifiedinthesameway.Amongthem,theworkingmodeoftherollerwinchisasfollows:Usingrotatingdrivingdrumandthecableanddragload,anditsLongshoremenisdirectlyontheroller,hydraulicwinchnotonlycanworkinharshenvironmentoperation,canalsodealwiththeoccasionofbigworkloadandworkingconditionisrelativelycomplex,itsapplicationsarewidely,andwiththedevelopmentofcontroltechnologyandhydrauliccomponents,itistheperformanceofmanyengineeringmachineryalsoadoptedthehydraulictransmissionsystem,hydraulicwinchisinitsranks,themainfunctionsofthehydraulicwinchistorealizethecableofasmoothandsaferecoveryandrelease,sothedevelopmentofthehydraulicwinchinatthesametime,Mainlyinthecanstemlessspeedregulationandconstanttensioncontrolprogressunceasingly,inbothdirectionsalongwiththeadvanceofscienceandtechnologyinwhichalsoincorporatesavarietyofcontemporaryadvancedtechnology,suchas:powerrecovery,loadsensing,constanttension,suchastechnology,whichmakesthehydraulicwinchspeedcontrolandtensioncontrolperformanceisgettingbetterandbetter,applicationscopealsofurtherexpanded.KeyWords:Hydraulicwinch；Constanttensioncontrol；Hydraulicdrivesystem；Hydrauliccontrolsystem目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 61.1绞车的简介概述 61.2绞车功能与结构 71.2.1驱动部分 71.2.2作业装置 81.3绞车的分类 81.4研究背景及意义 91.5研究现状 101.6本文主要研究内容 11第2章绞车的总体设计方案 132.1绞车结构原理与组成 132.2绞车液压系统设计 142.2.1液压系统的类型 152.2.2液压技术的特点 152.2.3液压动力系统设计 162.3液压控制系统 182.4恒张力控制设计 182.5本章小结 19第3章绞车主要参数的设计 203.1卷筒 203.1.1卷筒直径D 203.1.2卷筒长度L 203.1.3卷筒每层缠绕的圈数 20第4章液压马达及平衡阀的选择 224.1液压马达的选用与验算 224.1.1液压马达的分类及特点 224.1.2液压马达的选用 224.1.3马达的验算 224.2平衡阀的选用与计算 254.2.1平衡阀的简介 254.2.2平衡阀的选用 25第5章轴的设计 275.1轴的材料 275.2轴的工作能力的计算 275.3轴的结构设计 305.3.1拟定轴上零件的装配方案 295.3.2轴上零件的周向定位 315.3.3轴上零件的周向定位 31第6章离合器的设计与选用 326.1离合器的功用、特点与分类 326.1.1对离合器的基本要求 326.1.2影响离合器选择的因素 326.1.3离合器的选择和工作性能参数 326.2圆盘离合器主要性能参数的计算 336.2.1离合器的计算转矩 33第7章制动器的设计与选用 377.1制动器的设计计算 377.1.1制动转矩的计算 377.1.2制动盘的设计选用 377.1.3制动盘有效摩擦直径计算 377.1.4制动器散热的验算 387.1.5全盘式制动器设计计算 407.2圆盘摩擦片的主要尺寸关系 41图7.1圆盘摩擦片尺寸图 417.2.1摩擦式离合器的摩擦转矩 42图7.2摩擦盘尺寸关系 427.2.4圆盘摩擦离合器压力的计算 43致谢 45参考文献 46

第1章绪论1.1绞车的简介概述绞车作为必须的机械设备主要作用是用来拖拽重物的。绞盘(windlass)是最早的现代绞车的原型缩影。它可以托起比人类拖得起好几倍重的物体。当时的名叫绞盘的是由一根轴外套轮相结合组成的，而且滚筒是通过铅锤的框架支撑起来固定的，而我们可以通过徒手摇边上的曲柄，这样就可以让绞车围绕水平轴旋转(图1-1)。在我们中国古代早在公元前两千年就有古人设计了用曲柄手动旋转的砂轮。然而现今被人们广泛使用的所谓的绞车其实就是由绞盘所牵引出来的另一种形式，主要用于提升或拖拽，人力所无法提升的重量负荷的一种动力机械。图1-2绞车可以单纯的徒手驱动，无需任何动力装置。通过齿轮之间的传动比来增大扭矩，而且出于安全考虑，该装备还有相应的，防止卷筒反转的棘轮机构和刹车提高使用该装备的安全指数。绞车是主要的一种动力机械装备，其通过缠绕在卷筒上的缆绳来提升或拖曳载荷重物的。其主要运用于海洋、矿山、码头、冶金、桥梁楼房建设等行业。图1-1绞盘简图图1-1手动提升绞车1.2绞车功能与结构绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、提升、下放负载，绞车一般包括：1.2.1驱动部分包括驱动绞车的工作装置、挤压线圈和释放电缆的电源、传动和控制装置。绞车由发动机、蒸汽机、内燃机、蒸汽机、油压机、燃气发动机等驱动。不论你选用任何一种方式传动，在设计其绞车驱动部件时，都应包含以下设计标准:均匀的无级调速，并且调速范围广泛；有负载时启动特性要好，旋转时特性要低，总效率得高。要易于维护和保养，并且能对周围的工作环境不敏感。要能在承载负荷的情形下，长时间的静止承载而不动，且不会损坏传动系统。1.2.2作业装置在驱动部分的作用下，通过卷筒或直线之间的方式将电缆拉出或导出，完成舰船的运控，包括容器绳索和电缆的材料释放装置。1.2.3辅助装置该装置包括了滑轮组和滑轮，导航装置和速度测试，长度和距离测试，张力测试等装备部件。并且通常是使用卷扬机使用钢丝绳，尼龙绳等多种材质的钢丝绳，1.3绞车的分类绞车的分类方法有各式各样的。但若依据绞车的应用领域和工作条件分类的话，其可分为矿山绞车，施工绞车，船舶绞车，工程机械绞车和专业绞车。根据绞车的工作形态，绞车一般分为两种:有滚筒轮的绞车和直线型绞车。滚筒绞车以驱动滚音机的转动方式接收电缆，牵引荷重，直接接收滚音轨道上的绳索。直线绞车利用固定的直线电缆拉出负荷，然后绕在独立安装的绕道上。根据绞车的传动分类，绞车可分为全手动绞车，电动机传动绞车，气压传动绞车，以及液压传动绞车等。1.3.1机械式驱动绞车1.传动系统的尺寸较大，总质量重;2.安装复杂布局繁琐，通常需要精密加工的平面、精密的部件来定位;3.难以实现大范围的无级变速4.原动机的位置是不可变的;1.3.2绞车电动机驱动(1)绞车和法律连杆绞盘继续保持静止状态也安装发动机,可以旋转,实现功能的双速速和的双向旋转(2)电压调节器纠正高电压稳定的作用,后者的速度调节直流继续使用方式,实现的速度变化,具有悠久的发展传统的,能够提供公称扭矩、低速度的短期停车扭矩。但是，如若缺失独立的冷却系统和特别指定的专用设计，那就不可能长期使用直流速度调节模式。(3)装备相对复杂，对维修及其保养的人员技术水平要求高。1.3.3气动系统绞车在低压力下工作气动发动机尺寸大，气动系统总重量大;1.3.4液压绞车(1)连续变速起动的最高速度是双向的，并且能够简单逆转;(2)限制时有效的双向压力减压阀或清算;(3)输出速度范围非常之广，良好的低速，控制负载(4)系统能够承受的了长时间的负载，限制两个方向不同的扭矩;1.4研究背景及意义绞车在机械设备当中扮演着一个不可或缺的重要角色，其无论是在海洋石油，航运，矿山工程建设等等诸如此类，涉及众多的领域并且发挥着重要作用。随着油压提升器操作恶劣的环境下，相对复杂而广泛应用能够处理的重大负荷的石像和工作条件，随着控制技术的发展，油压电梯的性能被提升到许多工程机械使用米油压传动系统中。液压提升器队列液压提升的主要功能是实现平和安全的缆绳和释放，在发展液压提升器的同时，无极调速在罐头和港口张力控制方面不断进步，随着科学技术的不断进步，其中也有很多当代先进技术课题，如恢复输出、装卸传感器、加载传感器等。张力等技术日益提高油压扬车的速度和张力控制性能，进一步扩大张力的适用范围[1][2][3][4][5][6]，例如，在数据采集和系统控制方面，扭矩传感器可用于测量发动机输出扭矩和计算电缆释放长度。也有可能改变的发动机采用可变电压调节发动机和测量实时流量和控制电缆的电压来控制电缆的电压在一定范围内,这是为运营商更实用、更安全。国外学者对液压、机械绞车的使用寿命进行了研究[7]，并对其进行了进一步的研究在船舶牵引装置张力和液压系统更深入的控制速度等领域，对牵引绞车等产品的负载试验进行了深入的研究，取得了良好的效果。然而，对液压牵引绞车在动载荷作用下的恒张力控制的研究还不够深入，对牵引绞车液压张力控制模型的研究成果有限。研究闭环控制系统的研究已经很深入,但紧张的开环控制系统电压的还不是很多并没有为基础研制的张力控制系统。1.5研究现状绞车的主要功能是通过滚筒电缆释放和回收拖曳载荷。与传统绞车比较，它具备以下优点：具有高效率、无序平滑等功能的实际能力。由于上述优点，恒压控制系统得到了很大的发展空间，广泛应用于同步加速器线圈、钢线圈、机床电极线等工业领域。国内外学者和研究机构都在积极研究恒压控制系统，海上绞车也经常在海上使用。1.5.1国内研究现状为了抑制缆绳上的张力波动，学者赵曾厚曾通过位置控制系统，来对拖船升沉的位移，进行了跟踪。其位置控制系统的构成是采用闭式容积调速回路，利用采集到的位移信号去抑制张力的波动，设计了主动型式的一种张力抑制绞车[9]，其控制原理如图所示，拖船升沉的位移信号，是通过安装在船尾上的加速度传感器，采集到的信号再经过两次积分所得，根据拖船升沉位移，实时计算出目标的位移是多少。同时再通过，正反馈和负反馈共同控制的方案实现对目标的跟踪。西北工业大学冯杰等人详细分析了线绳张力变化的各种因素的基础上，提出了一种双重控制方法实现对传动带成型机缆绳的张力恒定，在分析了成型机中线绳恒张力的数学模型后，再通过模糊控制法相结合，由此设计出了一种误差增量控制与自校正模糊控制相结合的恒张力控制器[10]。上海海洋大学的王永鼎在研宄PDF恒张力绞车控制系统的基础上，采用二阶PDF控制系统，如图示所，通过液压马达出口比例阀两油腔的压力差设定缆绳最大拉力，设计出了一种，液压绞车恒张力控制系统，其使用PLC作为控制器，实现了对液压系统的伪微分反馈控制，使得缆绳张力恒定[11]。浙江大学王庆丰、钟天宇、刘昊天等人设计研发了一种电液张力绞车，再研究比例溢流阀的基础上提出了综合式的拖曳张力波动抑制液压系统，这种液压绞车应用于海洋方面，对于海上作业尤其是针对海洋波动影响的负载可以实现很好的自适应性控制性能[12]。另外张超是海洋绞车液压控制及抑制张力波动的研究，并提出了基于比例溢流阀的综合式张力波动抑制液压系统，其工作时被动张力波动抑制系统，可以作为该系统能稳定工作，内层矫正内和外和主动系统主控制器配合工作式张力波动抑制作为统工作，可取得显著的张力波动的抑制性能[13]。国外现状国外方面，加拿大贝德福德海洋研宄所在1992年提出一种简单恒张力拖曳绞车，其应用于BIONESS(BedfordInstituteofOceanographyNetandEnvironmentSamplingSystem），其工作原理如图所示，该恒张力绞车的控制主要是通过虚线框内马达两腔并联的溢流阀来实现的，虚线框外为系统回路再其收放缆绳和拖曳负载调速时，在进行恒张力的控制的时候，就只需要把稳态负载对应的恒定值设定为先导控制溢流阀的压力就行了。其只是通过实验验证了该系统的张力抑制的性能，但是缺乏了相应的理论分析[14]。加拿大国家科研委员会海洋动力学研究所R.E.Baddour和Ｗ．Raman－Nair提出了一套海洋拖缆绞车模型的缆线控制系统，并相应的设计了一种，绞车的恒张力控制器，使其最大限度地减小了其在峰值时的张力（在研宄海下平台对滚筒运动的影响时）。就会被认定为，缆线和重物就是只会，沿着缆线纵向，这么一个方向振动了，同时也实现了对海洋拖缆绞车的数学建模，拖曳系统性能得到改善[15]。贵金属矿床地质勘探中心研究所V.S.Innovation和V.I.Glebe针对打捞深海沉船的滑轮组的纵向摆动进行了数值化建模仿真，并且提出了最大纵向振动的数学模型，同时相应的针对了，打捞深海沉船的滑轮组的，纵向摆动进行了数值化的模型进行建模仿真，并指出了，打捞速度控制的选择，一定的程度上先决于海洋绞车4的操作性能[16]1.6本文主要研究内容(1)简要概述了液压绞车的结构组成、分类、及其功能等相关，同时也对国内外液压绞车的研究现状情况进行了概述。(2)通过对液压绞车的驱动原理及性能特点进行分析，同时也对比了国外同种类型绞车的结构形式，从而确定下来绞车的设计方案，并对绞车整体结构进行了设计。(3)完成绞车主要结构尺寸的设计，确定绞车整体参数。对绞车的主要组成部分，轴、离合器等的技术参数进行了设计，并进行了校核。(4)基于液压控制系统的恒张力控制的设计。(5)对绞车各主要转轴进行强度分析，校核看是否满足强度安全需求，从而确保主要轴承强度。第2章绞车的总体设计方案2.1绞车结构原理与组成尽管各型绞车在结构上有所差异，但都具有类似的功能机构和部件。绞车基本结构如图2-1，其主要是由以下几部分构成：图2-1绞车结构原理图（1）滚筒、滚筒轴总成:绞车的执行机构，都是通过旋转滚筒轴，将滚筒上的钢丝绳进行缠绕。使传动系统，能够进行上下运动。滚筒及滚筒轴作为绞车的核心部件，电缆槽参数、轧辊长度和结构强度直接影响绞车的性能和可靠性。(2)制动系统：通常包括一个主制动系统和一个辅助制动系统。带直流电机和带动绞盘变换器的柴油机的链式传动，主制动器为油盘制动器，辅助制动器为电磁涡流制动器或多盘制动器。往复式绞车可作为电动主制动器使用，也可作为油盘制动器或多盘气动制动器的辅助制动器使用。(3)传动系统：传输系统的功能是输入功率和传输。大多数齿轮系统都有内部换挡机构。链传动式绞车，除去进口轴、变速中轴、滚子轴之外，还包括了链条、齿轮、轴系等。绞车的一部分还包括一个用于驱动转向的底盘。绞车是一种由齿轮驱动的交流绞车，通常是一组减速机，结构相对简单。(4)控制系统：差不多标准钻机基本上都采用气动控制。控制系统主要由气动轮胎离合器、钻机控制台、控制阀门等相关部件组成，通常都是钻机控制系统的组成部分。(5)润滑系统：润滑系统包含了，润滑脂润滑，以及油滴润滑和密封传动过程中的飞溅，或强制润滑。绞车的大多数轴承都是用润滑脂润滑的，链条、齿轮等都是采取强制的方式润滑的。(6)支撑系统——绞车架：选用焊接框架式支架，给主要传动部件支持提供支持力。2.2绞车液压系统设计机械液压传动和控制范围内,几乎所有的连续流动的自己的液压系统液压油的存储介质,通过两种液体泵泵的机械能转换为动机、消除压力、流量、阀门等,发送到应用(液压缸、液压和机械液压),转换成机械发动机的负荷。这种液压系统通常由动力能源、执行机构、控制阀、液压附部件及其液压工作环境的介质等部件组成的。通常说来，能够具有特定功能并加以实现的液压元件组合，称之为液压回路。为了满足设备或装置运行的要求，由多个特定单元电路的连接或组成组成的系统称为油压系统。液压绞车主要由液压驱动系统提供动力和液压控制系统进行控制及绞车的机架三部分组成。如图2-2所示图2-2液压绞车液压系统机构图2.2.1液压系统的类型液压系统分类方式多种多样，以下为较全所有类别如图2-3所示。图2-3液压系统的分类2.2.2液压技术的特点与别的方式传动控制对比，液压传动、控制技术的优缺点如下。（1）优点1）、单位功率的重量轻。2）、布局简便轻巧便捷。3）、变速范围宽广。4）、工作稳定性好比较平稳、快速5）、操纵控制相对简单，同时还可以实现过载保护。（2）缺点1）、不可以确保定比的传动。2）、传动的效率恒低。3）、工作的稳定性，容易被温度所干扰。4）、造价非常之高。5）、诊断排除故障困难。2.2.3液压动力系统设计在过去几年里,液压绞车经历了迅速的发展。由于液压技术的不断发展,并调节其模式已逐渐发展成两种:车速控制车速的阀门和泵控制速度的。开式阀控制液压绞车更容易在取绳和拖货过程中，在多个执行机构之间共享油源。它们用于安装泵源的空间有限且系统执行机构数量众多的情况。另一方面，泵的控制系统根据油循环的方式分为开环和闭环。开环如图2-4所示，其中液压泵提供的高压油首先通过一个开关阀，然后通过一个驱动元件，驱动元件的回流由一个控制阀调节，并返回到容器中。工作液被冷却，取出并沉淀到容器中，然后重新引入循环系统。图2-5的封闭系统,其双重作用的变量液压泵油路倾斜方向的流量变化和泵的旋转方向和排放法规,当油路发动机、液压控制速度和方向(参数)与系统的控制下,对比系统的开启、关闭真空泵油进入村庄:马达出入口,设置在开放闭环。当绞车充电负荷条件下解放出来,以确保必要的安全条件良好,释放负责发动机排气背压腔,如果泵的闭环系统,因为本身或蝴蝶,所以背靠液压泵自动构建负载平衡和负荷条件下解放,也就是说，在自动负载平衡电路中不再需要特殊的方法。但基本上是一个闭环控制系统的体积、速度及体系很难满足这个条件当油源分为多个执行机构,因此,在大多数情况下,油电路驱动发动机仍然是开放的。图2-4开闭回路系统原理图液压动力系统，又称之为液压站，是整个液压系统具有一定压力和一定流量的高压油源。前面的分析表明，恒张力绞车的负载在不同的场合下是不同的，相同的负载可以有很大的变化，这就提出了非常高的要求对系统的散热来说。开放式液压系统不仅响应快速、还有散热快和过滤的优点。图2-6为绞车液压系统动态部分示意图。可变液压头盔通过改变阀瓣的倾角来改变发动机的流量。电磁开关阀可以改变液压油的电路，从而改变液压马达的方向。该绞车系统配有一系列对负载敏感的液压泵，其流量可由比例节流阀控制。图2-5液压绞车系统动力系统原理图2.3液压控制系统恒压液压绞车有两种主要的操作条件:松开电缆和回收。此时,液压系统提供着高压电机和发动机的液压油。从图2-8可以看出，滚筒转速的方向与负载扭矩的方向相反，即绞车处于电缆解锁状态，液压马达处于泵送状态。在负载变化的情况下，电缆的张力受到影响，导致系统不稳定，张力和运行都不能保证绞车的安全、正确运行。恒压控制首先要求系统根据电缆张力的变化调整绞车电机的流量。在回收过程中，如果钢丝绳张力降低，则应调整制动或转向阀，以增加发动机流量;因此，滚筒转速加快，钢丝绳张力达到预期值。另一方面,就需要控制马达回油路的溢流阀输入电信号调整马达进出油口的压差,同时希望可以快速准确的达到这一标定拉力,这就是恒张力绞车，所要达到的张力控制要求。图2-6缆绳回收与释放工况2.4恒张力控制设计绞车的液压控制系统由缆绳张力控制部分和马达的调速控制两部分组成。图2-7缆绳张力控制闭环控制结构图两方面,一方面是一个电压闭环控制图2-7、不管绞车哪一种工况。首先确定缆绳的张力值,根据负载大小、电缆的电压传感器可以探测传感器所提供的数值,比较真实值的变化和不同价值观的订单,然后补差价的控制器,通过优化控制算法,介绍输入电压电液比例溢流阀设定值的调节输出的电液比例溢流阀的压力使得这场变革的发动机扭矩,相应地改变了电缆的电压信号,直至0值,系统稳定性、恒张力闭环控制是实现,但如果无法控制的因素还是很多干扰系统,闭环系统变得更加复杂，甚至无法满足所需的设计要求。开环控制图2-10、闭环控制方式,无需任何反馈输出电压电液比例控制系统相对简单,只在价值上绞车之压力溢流阀来控制液压发动机扭矩,从而收集电缆、液压绞车牵引恒电压和负载。但是，电缆张力的开环控制必须考虑几个因素:图2-10缆绳张力控制开环控制结构图（1）缆绳张力大小和卷筒实际半径，Ｒ的关系。滚筒半径滚筒亦可视为真实半径,因为缆绳的张力值范围是经绕组和绳子放松在工作期间在变化,当输出扭矩是恒定的,半径增大，张力就减小（2）张力的控制与液压马达总效率的关系。马达在开环控制系统,具有直接影响钢丝绳张力控制效载变化,任何变化都会引起马达效率也在改变,当负载或条件发生变化时,发动机输出扭矩控制油压不是线性关系,那么就需要进的更深入的分析。2.5本章小结本章介绍了恒压液压绞车整体液压系统的分析与设计，绘制了液压系统示意图，系统主要部件的计算与选择。绞车的控制电压基本上是由电液比例控制技术，其中介绍，相对于其他控制相比，其具备有良好的速度控制特性，输出功率高、易于自动化，具有过载保护和轻松对张力进行控制。第3章绞车主要参数的设计3.1卷筒3.1.1卷筒直径D从《石油钻井机械》可知，卷筒的直径Ｄ为：滚筒的直径应足以容纳尽可能多的缆绳。然而，直径的选择也考虑了它对绞车传动系统设计的影响。直径越大，在相同的吊钩载荷下，绞车所需扭矩越大，绞车的传动负荷越大，传动链的安全系数越低。考虑到滚筒的直径必须是钢丝绳直径的20倍，最好是大于该直径，根据快速钢丝绳的张力和钢丝绳的断裂张力来选择钢丝绳的直径:d=30mm。如果用系数20计算滚筒直径，则得到:3.1.2卷筒长度L从《石油钻井机械》可知，卷筒的长度L为：其中：D卷筒的直径；由式前面结果得所以，取3.1.3卷筒缠绕的每层圈数在缆绳绕圈时，因该防止间隙过大、过于密集，如果间隙大了，高层电缆就会与底层混在一起就交缠了，就会造成电缆缠绕的不均匀使缠绕半径变化。所以在缠绕时，由于保持在同一层相邻两周的间隔，鼓的每一层绳索缠绕数Z，其中：L——卷筒有效长度(mm)D——缆绳直径(ｍｍ)（1）缆绳绕圈的总层数绳的总层数n＝8（2）缆绳每一层的额定张力缆绳每一层的额定张力：其中：--第n层的张力，KN;--减速机额定输出扭矩，；i--减速机传动比，取221；--减速机机械效率，取0.95。(3)卷筒每层最高绳速影响卷筒各层最高绳速的变量有:泵排量、泵的容积效率、马达的容积效率、马达的排量、发动机转速、卷筒直径以及缆绳直径。卷筒各层最高绳速可由下式得出：其中:--卷筒第n层缆绳的最高速度，m/min;发动机最高转速，r/min，取其值为2200r/min；卷筒的直径，mm；为第n层缆绳，mm；液压主回路中变量泵的排量，ml/r，取其值为250mL/r;液压主回路中变量泵的容积效率，其值取为0.95;液压主回路中液压马达的容积效率，其值取为0.95;马达的排量，ml/r，取其值为380mL/r（4）卷筒各层的容绳量卷筒各层的容绳量L。与卷筒的每层缆绳的缠绕圈数Z、钢丝绳的直径d,缆绳缠绕的总层数n、卷筒的直径D有关，其值由下式得出:第4章液压马达及平衡阀的选择4.1液压马达的选用与验算4.1.1液压马达的分类及特点起重机当中经常用的油压马达可分为：高速油压马达和低速油压马达。高速性能的油压马达的主要优点就是负重轻，扭矩小，体积轻，机构传动必须与对应配对的减速器搭配使用，以及其与其他机构相适应的低速重载需求，以及其他同类泵应用较多的波浪齿轮驱动马达轴方向的活塞马达。低速液体马达转矩很大，转速低，稳定性好，可以直接用一级减速器机驱动，但体积和重量就相对大了。内曲线直径的链柱或口盖，轴盖是比较常用的形式。液压马达并不是泵的逆向运转，而是其效率较高，转速范围更广，能够正向反向旋转长期经受频繁的撞击，有时还承担较大的反直径负荷。因此，应根据液压马达的载重量，速度，配置及工作条件，选择液压马达的构造型和规格，连接形态等。4.1.2液压马达的选用依据已知的液压马达的工作压力。已知为16MP，总排量520ml/r，初步选择，液压马达的型号。为JMQ—23型低速大扭矩叶片马达，其参数见（表4—1）。表4-1YM630型叶片马达参数型号排量（ml/r）压力（Mp）转速（r/min）效率转矩（N/m）JMQ—23604额定最高额定最高容积效率总效率14401620754000.950.854.1.3马达的验算满载的液压马达输出功率（kw）式中——载荷动载系数一般取=1.15~1.3；——额定起升载荷（N）——物品起升速度（m/s)——机械总效率，初步计算时，取0.8~0.85。额定起升载荷根据下式计算式中——钢丝绳自由端拉力（N）；——滑轮组倍率。根据已知=10787.7N。一般当起升载荷时，滑轮组倍率宜取2，时，倍率取3~6，载荷量更大时，倍率可取8以上。因此，。把数值代入到式子中得：=21575.4N物品提升速度按下式计算式中——钢丝绳线速度（m/min）由已知得=60m/min，把数值代入得：=0.5m/s根据需要选取=1.3，机械总效率取=0.85，卷筒机械效率=0.97，=0.5m/s，=21575.4N，把数据代入式中得：=17.009kw满载起升时液压马达输出扭矩式中——减速器传动比；——缆绳缠绕层数。已知，马达为大排量，则选用低速方案。所以不用减速器，所以=1。又由已知卷筒钢丝绳卷绕三层，故=3。把所有数值代入式子中得：=1004.845所选用的马达的额定转矩为=1440，因为，所以选用的马达转矩符合要求。计算液压马达的转速和输入油量根据式中各符号同以前的式子。把数值代入式中得：=176.43r/min计算马达的输入油量用下式式中——液压马达的排量（ml/r）；——液压马达容积效率。马达的排量根据已知得=520ml/r，根据下式计算：式中——液压马达总效率；——液压马达机械效率。根据表查得取0.85，取0.9。把数代入式中得：=0.95把所计算的数据代入式中得：=选用的液压马达转速范围为r/min，由于计算得=88.5r/min，所以马达的转速符合要求。4.2平衡阀的选用与计算4.2.1平衡阀的简介平衡阀也属于液压系统不过是作用于液压执行部件承受物体重力用的。物体降落时,重力是动力的阻力相当于负载,并形成逆驱动液压执行元件向重力的方向或重力所形成的扭矩的方向运动,并根据平衡腔排出执行元件的制造足够的背压的发生,或者刹车刹车力矩量的形成,使执行元件等速运动,防止负荷的加速坠落。4.2.2平衡阀的选用根据已知马达的排气量、工作压力和计算得到的泵流量来选择型平衡阀门，观察代表性意义和阀门的外形结构(图4-1)和(图4-2)。图4-1型号所代表的意义图4-2平衡阀的外型结构1—控制阀门；2—监测阀门；3—紧定螺钉；4—板盖；5—可选择的B孔；6—标牌；7—O型圈第5章轴的设计轴与其他部件的设计差不多。同样涵盖材料的选择，计算工作能力，设计结构并校核强度是否合格等几个方面的内容5.1轴的材料由于合金钢要比碳钢价钱昂贵，同时也对应力集中的敏感性较高，可以选择运用热处理的方法、或者化学热处理的方法，来提高轴材料的耐磨性和抗疲劳强度，然而用碳钢材料制作的轴比较宽，因此轴的材料选用45号钢，采用正火处理。5.2轴的工作能力的计算计算轴的工作能力就是对强度、刚度和振动稳定性的计算。在普遍状况下，轴强度决定了轴的工作能力。轴必须进行强度的计算，从而防止轴破裂及发生塑性变形。须为轴的刚度(树轮等)和轴距加长的力量很重要,有必要进行计算的刚度,以免引起弹性变形过大,由于轴的高速旋转。会发生共振断裂,因此有必要进行振动稳定性的计算。1、求出轴上的转速和转矩由于轴通过联轴器和马达直接相连，故，式中——马达的额定转矩（）；——马达的额定转速（）。把数值代入式中得：5.2.1求作用在轴上的各作用力轴联动轴器、集线器、离合器旋转方案(图5-1),因此只对轴扭矩是自我重力作用,轴和轴上各部件的压力外,径方向的力的作用,因此轴受到径方向力量是可以忽视。图5-1本设计轴的装配方案图5-2轴的载荷分析5.2.2初步确定轴的最小直径根据式子式中——扭转切应力（）；——轴所受的扭矩（）——轴的抗扭截面系数（）；——轴的转速（r/min）；——轴传递的功率（）；——计算截面处轴的直径（mm）；——许用扭转切应力（）。由上式得轴的直径=根据轴的选用材料查表得=，把数据代入式中得=52.47mm在轴截面上开有键槽的情况下，考虑到键槽的强度降低而使轴径变大，对直径轴有多个键槽的情况下，使其变大，设为=59.63mm。输出轴的最小直径，明显就是按照离合器位置处的相同直径安装的。为了让所选择的轴的直径，离合器的孔径、油压马达的轴径能够保持一致，以及选择离合器的型号等，最终决定选择d=60mm。5.2.3验算轴的强度由下面的式子计算式中——轴的计算应力（）；M——轴所受的弯矩（）；T——轴所受的扭矩（）；W——轴的抗弯截面系数（）；——折合系数；——轴的许用弯曲应力。因为轴只受扭矩。因此，由下式计算：图5-3弯、扭截面图轴的抗弯截面系数依照（图5-3）按下式计算：把数带入式中计算得：其中b=18，t=5.6=折合系数当扭转切应力为静应力时，把计算的值和已知的值代入式中得：根据轴的材料按表选=255。因此，故合格。5.3轴的结构设计轴结构设计，是依据据轴零部件的安装和定位要求以及车轴制造技术来设计的，从而确定出轴的合理形状和整体结构的尺寸。5.3.1依据轴向定位来定轴的每段直径及长度(1)计算轴的扭矩及计算轴的最小轴径，选择60mm的多片摩擦离合器，与此同时设定最小轴径=60mm，轴对的集线器孔长度=70mm，因此设定为=153mm。(2)初选滚动轴承，要让轴承都要受到轴向力和动径向力的作用，那么就选取角接触球轴承，依据轴径、轴承的标准规定，应从设计手册重初选731c，由于其尺寸为：d×B×d=65×33×140，故为=65mm、=32mm。(3)集线器的宽度及轴承的定位需要轴肩，=84mm，=47mm。另外，集线器的宽度和集线器的宽度分别为=92mm、=136mm、=84mm、=45mm。(4)根据所选择的多盘式摩擦制动器及底盘上的设置位置，选择=80mm、=166mm。(5)基础轴承=65mm，=34mm。由此，基本上定下了轴每段的直径大小及其长度。5.3.2轴上零件的周向定位制动器、轮毂、离合器和轴定位全部使用了平键相连。但因为联合制动器、滚筒轮毂和离合器轴。都是在同样的条件下工作，因此使用的键类型是同样的。关键对于轮毂的设计手册、机加工、平键滚轮,密钥的密钥,密钥的长度切割的研究(32毫米标准长度的密钥),公差控制车轮和车轴h8后桥/f7,离合器和接线盒,键盘的平板18毫米×11×63毫米,h8/f7,键盘22毫米×12×70毫米的扁平、刹车和车轴h8/f7。轴承和轴的圆周定位是通过一个跳跃来保证的，轴的直径公差为7。第6章离合器的设计与选用6.1离合器的功用、特点与分类离合器是一种主动移动的零部件，通过各种能力与同轴线交换功率，从而具备连接和分离的功能。离合器的用途各不相同，根据发动机和工作期间的机械零件或工作需要，离合器能控制相对启动、停止，传动件的工作状态可以改变。离合器作为安全离合器，还可以控制启动或超速行驶的动力。根据离合器接合零件的传送启动原理，可以分为马赛克离合器和摩擦离合器，或者动作也可以根据启动过程分为控制和自我控制。根据离合器可分为机器、空气压缩、油压、电子等，并根据结构可分为各种形态。6.1.1离合器基本要求分离、结合合迅速敏捷，并且没有冲击，平稳性很好，要分离就分离的非常之彻底，除此之外还有动作准确可靠。构造非常简单质量小，相应的惯性就小，外形尺寸跟是如此小，工作安全，效率更高。接合的元件耐磨性颇高，耐用寿命长，散热快。操作起来省力方便，而且制造容易，不仅如此调整维修更是方便。6.1.2影响离合器选择的因素原动机的启动性能离合器负载性能离合部件的性能操纵的方法条件环境6.1.3离合器的选择和工作性能参数离合器的样式离合器工作容量摩擦了做功和温度的提升接触元件的使用寿命离合器的转速和性能6.2离合器主要参数计算6.2.1离合器转矩摩擦离合器式中——离合器的计算转矩————离合器转矩 K——正常工作时的状况——离合器接合频率系数；——滑动速度系数。根据以前求得=1004.85，按表取，=1，=1.35，把数值代入式中得：.=930.4127图6-1圆盘摩擦片尺寸图摩擦片内径套装式干式湿式式中——为轴的直径（mm）。由已知得=60mm，代入式中得=110mm摩擦面外径把数据代入式中得=220mm摩擦片数目式中——摩擦面修正系数，——摩擦系数；——摩擦面的压力；按表取0.91，按表查得=0.2，=，把以前计算的各值代入式中得：=5.45取z=6。6.2.2摩擦离合器的摩擦转矩离合器上摩擦面的摩擦转矩如（图6-2）所示图6-2摩擦盘尺寸关系根据前面计算=92mm，=136mm，=15，把数值代入式中得：==82.5mm按表查得=0.2，=，把取的数据和计算的数据代入式中得：离合器的计算转矩通过计算得，由上式计算得摩擦转矩。，所以，选用的数据合格。6.2.3摩擦离合器压力计算a．摩擦面的压紧力式中m——摩擦面对数，（为摩擦片数）。其他符号见以前式子。按前面计算得，=82.5mm，=0.2，m=6-1=5，把数据代入到式子中得：=b．摩擦工作面的平均压力式中——摩擦面的宽度mm，。经计算得，把各项数值代入式中得：0.32根据，因为，所以校验合格。第7章制动器的设计与选用7.1制动器的设计计算7.1.1制动转矩的计算制动转距应满足以下要求：式中——制动器制动转矩;——制动安全系数。——卷筒卷绕直径（mm）。——机械效率；其他各符号同以前的式子。按表查得1.75，根据计算得=208mm，把各数值代入到式子中得：=1430.95由此可得制动器转矩要大于1430.95。7.1.2制动盘的设计选用选标准制动盘根据主机的具体要求和盘式制动器的类型按表选标准直径和结构形式的制动盘。选取型号为：——型直线通风道制动盘220——外径（mm）30——厚度（mm）80——轴孔直径（mm）50——轮毂长度（mm）7.1.3制动盘有效摩擦直径计算依据负载所需制动的转矩，来校核制动盘，有效摩擦直径：式中——制动盘的，有效的摩擦直径（mm）；——制动块的，数目只有一对时才取2；A——一片制动块的设计面积（mm）；[p]——制动衬块（片）的，许用应力；——动摩擦力的系数，这是依据摩擦材料来做选择；K——制动安全系数。依据工作状况来，选用摩擦材料为了，油浸石棉带、脂润滑，按表选取=0.1，[p]=0.6，K取1.5，因为制动块的数目有6对，因此Z取12，制动片的计算面积按下式来计算：式中——摩擦盘外径（mm）；——摩擦盘内径（mm）。按照选取的标准尺寸把数据代入得=0.013。把所有数据代入，得：=90.76mm7.1.4制动器散热的验算当制动摩擦面温度过高时，摩擦系数下降，摩擦衬套加速磨损，不再保持稳定，需要制动力矩。制动器的热校核计算是检查制动器在最高允许温度下放出的热量是否大于制动器产生的热量，即式中——制动器每个小时，所散发的热量（J）；——制动器每小时，所产生的热量（J）。1、制动器每小时，所散热量式中——制动轮表面辐射系数；——制动轮表面以外辐射系数，；——制动轮表面积扣去衬片的面积；——去除制动轮之外的表面积；——制动衬片的，许用温度（）；——周围的环境温度，一般选，高温车间取；——自然对流的，散热系数，；——去除制动衬片，遮盖后的制动盘后露出的面积；——机构的接电持续率；、、、——制动轮（盘）各部分的表面积，的强迫散热系数，与各部件的圆周速度有关，；、、、——相对应的制动轮（盘）表面积；——各部分散热面积的圆周速度（m/s）。制动器每小时的发热量起升机构停止式制动器每小时制动的发热量在爬升制动的情况下，制动器的热值很低，通常可以忽略不计，因为物体和弹簧的重量起着制动的作用。在跌落制动的情况下，机构的所有动能(包括旋转和直线运动的质量)和物品弹力器减少的势能应转换为制动的热量:式中——等价算出到制动轮轴的，机部件转动惯量；——制动轮轴，在刹车开始的角速度；P——平均起升重量（N）；S——下降制动距离（m）；——机构传动效率；——机部件每小时下降，的刹车次数；——热功当量。把已知各量和从表中查得的各量代入式中，最后得：=170.435=156.768>验证发热量合格。图7-1盘式制动器制动盘受力图7.1.5全盘式制动器设计计算根据公式：轴向推力摩擦盘有效面直径当时，可取图7-1圆盘摩擦片尺寸图式中——计算制动转矩；、——摩擦部分的内、外半径。取；——轴向推力；——摩擦副数目；——摩擦系数。根据前面的计算=84mm，=56mm，，所以取==7.47cm把数值代入前式得：=8.5KN根据所计算的轴向推力来取制动所用的电磁铁和弹簧7.2圆盘摩擦片的主要尺寸关系

摩擦片内径套公式干式湿式式中——为轴的直径（mm）。由已知得=60mm，代入式中得=110mm摩擦面外径把数据代入式中得=220mm摩擦片数目式中——摩擦部分，的数修正系数，对于每60分钟接合次数小于50次，的干式和湿式离合器取，对每60分钟接合次数，超过了50次的湿式离合器，按表查。——摩擦系数；——摩擦面的压力；按表取0.91，按表查得=0.2，=，把以前计算的各值代入式中得：=5.45取z=6。7.2.1摩擦式离合器的摩擦转矩离合器摩擦面上的摩擦转矩对（图7.2）所示的摩擦盘为式中A——摩擦式离合器的全部摩擦面积。；——摩擦面数；、——摩擦盘，所正常工作面的内、外半径mm；——当量摩擦半径mm图7-2摩擦盘尺寸关系根据前面计算=92mm，=136mm，=15，把数值代入式中得：==82.5mm按表查得=0.2，=，把选取的数据、计算得出的数据代入式子：离合器的计算转矩通过计算得，由上式计算得摩擦转矩。，因此，数据选用的合格。7.2.2圆盘摩擦离合器压力的计算a．摩擦面的压紧力式子当中m——摩擦面的对数，。（为摩擦片数）。其他符号见以前的式子