艦船液壓跳板裝置的設(shè)計(jì)

摘 要 現(xiàn)實(shí)當(dāng)中我們看到的 登船梯給我們的感覺(jué)是很笨重，不方便，如果用于游船是可行的，但是如果用于航母或軍艦的話(huà)，那肯定不能符合使用要求了（一旦碼頭情況不允許那就會(huì)帶來(lái)麻煩），所以必須研制出一種既輕巧方便又安全能適應(yīng)軍用的登船梯系統(tǒng)，這就是我的課題所要做達(dá)到的要求。 我所設(shè)計(jì)的跳板裝置不僅設(shè)計(jì)了一些機(jī)械傳動(dòng)，還在原有的基礎(chǔ)上采用了液壓傳動(dòng)。采用液壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：易于實(shí)現(xiàn)頻繁的起動(dòng)、換向和變速，且對(duì)船舶電站的影響較??；慣性小、位置控制精度較高；輸出的力和轉(zhuǎn)矩可以很大，但線速度和轉(zhuǎn)速可以很低，體積和 重量卻很?。徽{(diào)速范圍廣。因此，液壓傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類(lèi)船舶上。 本課題是我國(guó)首艘航母上液壓登船梯的設(shè)計(jì)。跳板（登船梯）主要用于軍艦與碼頭之間人員及限重物資通過(guò)或遷移。 本登船梯系統(tǒng)即可電動(dòng)也可手動(dòng)，手動(dòng)是通過(guò)手搖泵來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手搖泵的運(yùn)用是為了防止斷電情況下登船梯不能使用而設(shè)計(jì)的。 關(guān)鍵詞 ：登船梯；液壓傳動(dòng)；手搖泵 Abstract Reality we have seen boarding ladder gives us the feeling is very heavy, inconvenient for cruise ships is feasible, but if for aircraft carriers or warships, it certainly does not meet the requirements (once the pier is notit will cause trouble), it is necessary to develop a lightweight and convenient and safe to be able to adapt to a military boarding ladder system, this is my topic have to do to achieve the requirements. I designed a springboard device not only designed a number of mechanical transmission, hydraulic transmission still in the original basis. With hydraulic drive of the outstanding advantages: easy to implement frequent starting, commutation and variable speed, and less impact on the ships power plant； inertia, high precision position control； force and torque of the output can be large, but the line speed and the speed can be very low, very small size and weight； wide speed range. Therefore, the hydraulic drive is now widely used in all types of vessels. The issue is Chinas first aircraft carrier, the hydraulic design of the boarding ladder. Springboard (boarding ladder) is mainly used for warships to the pier and weight limit supplies through or migrate. The boarding ladder system to the electric can also be manually manually by hand pump, the use of the hand pump is designed to prevent the boarding ladder in case of power failure can not be used. Keywords: boarding ladder； hydraulic transmission； hand pump 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1國(guó)內(nèi)登船梯的概況和發(fā)展趨勢(shì) . 1 1.2課題的提出與意義 . 2 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 4 2總體方案的確定 . 5 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) . 5 2.2確定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 . 5 2.3確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 . 5 3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其校核 . 6 3.1 概述 . 6 3.2設(shè)計(jì)依據(jù) . 6 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 . 6 3.3.1 基架設(shè)計(jì)及校核 . 6 3.3.2 回轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì) . 8 3.3.3 登船梯的設(shè)計(jì) . 9 3.3.4 油缸的設(shè)計(jì) . 10 3.3.5 確定執(zhí)行元件的設(shè)計(jì) . 10 3.3.6主回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算 . 20 4液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其校核 . 21 4.1液壓系 統(tǒng)的組成 . 21 4.2液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn) . 21 4.2.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) . 21 4.2.2 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) . 21 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 22 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) . 22 4.3.2液壓能源裝置設(shè)計(jì) . 24 4.3.3液壓閥的選擇 . 24 4.3.4液壓輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇 . 25 4.3.5 液壓控制說(shuō)明 . 30 5 CATIA有限元分析方法 . 31 5.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介 . 31 5.2進(jìn)行有限元分析的目地和意義 . 31 5.3活塞桿的受力變形情況進(jìn)行分析 . 32 5.3.1 分析步驟 . 32 6 結(jié)論與展望 . 34 6.1結(jié)論 . 34 6.2 展望 . 34 致 謝 . 35 參考文獻(xiàn) . 36 1 緒論 1.1 國(guó)內(nèi)登船梯的概況和發(fā)展趨勢(shì) 登船梯屬于非標(biāo)產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)計(jì)算在國(guó)內(nèi)至今尚無(wú)規(guī)范可遵循，但可依據(jù)海洋工程、船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè)計(jì)。主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平臺(tái)之間人員及限重物資通過(guò)和遷移。為考慮使用時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采用了液壓傳動(dòng)的全回轉(zhuǎn)、可升降的動(dòng)作方案。 國(guó)內(nèi)主要有三種登船梯結(jié)構(gòu)形式： (1)SS-1 型登船梯 上海石化總廠海運(yùn)碼頭二期擴(kuò)建工程系采用的型號(hào)。該型登船梯適用于工作行程在工作平臺(tái)以下的碼頭 ，但是，其回轉(zhuǎn)跑梯式提伸架提升質(zhì)量大，電機(jī)功率消耗較大，有待于進(jìn)一步完善。 (2)SS-5型登船梯 該型登船梯適用于鎮(zhèn)海煉化股份有限公司算山泊碼頭 25萬(wàn)噸級(jí)泊位工程。該梯合理地運(yùn)用了曳引機(jī)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，使其整體結(jié)構(gòu)緊湊明了，旋轉(zhuǎn)、伸縮的載荷小，由于選用的油缸尺寸較小，與卷?yè)P(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相比，造價(jià)增加不大。 (3)SS-6型登船梯 該梯使用于舟山興中石油轉(zhuǎn)運(yùn)有限公司，該梯運(yùn)用了液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)，是舷梯浮動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，小變幅機(jī)構(gòu)增加了舷梯的工作幅度，使舷梯上仰時(shí)也能工作，降低了梯架的提升高 度。 2007年 9月 8日，香港“寶瓶星”號(hào)國(guó)際豪華油輪平穩(wěn)?？吭趶B門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅游碼頭，搭乘該輪近 2000 名來(lái)自世界各地的游客下船時(shí)，登上了新近投入使用的我國(guó)首個(gè)油輪登船系統(tǒng)。 2006年 8月，交通部水運(yùn)科學(xué)研究所受廈門(mén)港委托簽訂了登船系統(tǒng)的研制合同。水科院經(jīng)過(guò)一年多的技術(shù)設(shè)計(jì)、方案審查、施工設(shè)計(jì)、制造安裝、試車(chē)運(yùn)行，登船系統(tǒng)已于 2007年 7月經(jīng)過(guò)了專(zhuān)家用戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)后，正式交付使用了。經(jīng)過(guò)了近 2個(gè)月的試運(yùn)行，廈門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅游碼頭，已接運(yùn)了“寶瓶星”號(hào)四個(gè)航次的?？?，近 8000 人次旅客安全使用了登船系 統(tǒng)。有關(guān)專(zhuān)家一致認(rèn)為，登船系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造新穎，性能先進(jìn)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 登船系統(tǒng)的使用避免了廈門(mén)東渡國(guó)際客運(yùn)旅游碼頭旅客露天上下 游輪 ，為旅客提供了一個(gè)舒適便捷、環(huán)境優(yōu)雅的上下 游 輪通道，海關(guān)人員可以直接在候船聯(lián)檢大樓辦公。豪華游 輪旅客登船系統(tǒng)的使用，改變了動(dòng)用吊車(chē)、叉車(chē)調(diào)運(yùn)旅客旋梯與 游 輪對(duì)接的傳統(tǒng)操作模式，實(shí)現(xiàn)了接船作業(yè)的全自動(dòng)化，提高了游客上下游輪的安全性和旅客的通關(guān)速度，節(jié)省了旅客的上下游輪時(shí)間。出入的旅客贊嘆道，登船就像登機(jī)一樣方便。 交通部水運(yùn)科學(xué)研究院接手這難題后，根據(jù)基本設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)了由一臺(tái) 移動(dòng)升降式登船機(jī)和一臺(tái)旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋兩部分組成的登船系統(tǒng)。移動(dòng)升降式登船機(jī)安裝在碼頭前沿原有的集裝箱岸橋軌道上，旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋通道頭部的接機(jī)口與登船機(jī)尾部旅客通道口對(duì)接。登船系統(tǒng)的首尾分別連接游輪和大樓候船聯(lián)檢大廳。而且，沒(méi)有客輪到岸時(shí)，登船設(shè)備可以分離、移走，碼頭用于集裝箱裝卸作業(yè)，滿(mǎn)足碼頭多功能作業(yè)的要求。 首次采用移動(dòng)升降式登船機(jī)與旋轉(zhuǎn)伸縮式登機(jī)橋組合形式的登船系統(tǒng)，滿(mǎn)足了接船高度和跨度范圍大的特殊要求，接船跨度達(dá) 50米。創(chuàng)下接船高度范圍達(dá) 1.07米至 11.44米， 旅客登船橋接船高度超過(guò) 9米兩項(xiàng)世 界之最，是國(guó)內(nèi)接船高度差和跨度最大的國(guó)際豪華游輪登船系統(tǒng)。 這是我國(guó)完全獨(dú)立研發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。 圖 1.1 在廈門(mén)投用的我國(guó)首個(gè)登船系統(tǒng) 1.2 課題的提出與意義 隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，陸地可開(kāi)放資源日漸枯竭，世界各國(guó)逐漸將目光轉(zhuǎn)向海洋，海洋資源的開(kāi)放及利用對(duì)各國(guó)的發(fā)展起到了越來(lái)越重要的作用。由此引起的國(guó)家及地區(qū)間爭(zhēng)端、摩擦不斷。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著海洋島礁及資源爭(zhēng)奪的加劇，海上運(yùn)輸線安全形勢(shì)日趨惡化，海上利益爭(zhēng)奪的形勢(shì)將更加嚴(yán)峻，尤其是美、日、俄、印等國(guó)家，為壯大海軍采取多種措施，已出現(xiàn)群雄 爭(zhēng)鋒的局面。在全面實(shí)施海洋開(kāi)放的時(shí)代背景條件下，海軍肩負(fù)著維護(hù)國(guó)家安全，捍衛(wèi)主權(quán)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益的神圣使命。 同時(shí)由于我們國(guó)家日益發(fā)展的經(jīng)濟(jì)情況還有我們?nèi)找鎻?qiáng)大的軍事技術(shù)，我們和外界的聯(lián)系也漸漸的緊密起來(lái)了。但是由于我國(guó)有著較為寬廣的港口領(lǐng)域，所以海上交通便是我們和外界取得聯(lián)系的最好方式。但是海上交通就一定會(huì)用到輪船，而與陸地取得聯(lián)系就一定要用到跳板了，所以我便對(duì)這種跳板裝置進(jìn)行了一些設(shè) 計(jì)。跳板作為自行輪船重要的組成部分，可以在輪船靠近岸邊時(shí)，可以作為被保障裝備通行的橋梁。 未來(lái)幾年將是我國(guó) 海洋事業(yè)發(fā)展 的黃金時(shí)期，海洋石油工程也迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。 圖 1.2 登船梯 圖 1.3 登船梯 以上是已有的登船梯系統(tǒng)，這兩種登船梯 給我們的感覺(jué)是很笨重，不方便，如果用于游船是可行的，但是如果用于航母或軍艦的話(huà)，那肯定不能符合使用要求了（ 一旦碼頭情況不允許那就會(huì)帶來(lái)麻煩），所以必須研制出一種既輕巧方便 又 能安全 適應(yīng)軍用的登船梯系統(tǒng)，這就是我的課題所要做達(dá)到的要求。 由此我便想到了液壓系統(tǒng)。液壓件是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中重要的基礎(chǔ)件，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、能源、冶金、交通等諸多領(lǐng)域，對(duì)于提高機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平和質(zhì)量，提高自動(dòng)化應(yīng)用應(yīng)用程度都有十分重要的意義。 本課題是完成全回轉(zhuǎn)式 登船梯裝置的總體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中還須設(shè)計(jì)液壓 原理 ，完成回轉(zhuǎn)支架、登船梯等結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)以及油缸中重要零件的 設(shè)計(jì)并做出必要的有限元分析。本課題 使我在設(shè)計(jì)過(guò)程中，能掌握較強(qiáng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，完成從設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行調(diào)試的整個(gè)過(guò)程，這樣 我熟悉了液壓系統(tǒng)的運(yùn)用 ， 也 提高解決實(shí)際工作問(wèn)題的能力，為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。 1.3 本課題 應(yīng) 達(dá)到的要求 我所設(shè)計(jì)的跳板裝置不僅設(shè)計(jì)了一些機(jī)械傳動(dòng)，還在原有的基礎(chǔ)上采用了液壓傳動(dòng)。采用液壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：易于實(shí)現(xiàn)頻繁的起動(dòng)、換向和變速，且對(duì)船舶電站的影響較??；慣性小、位置控制精度較高；輸出的力和轉(zhuǎn)矩可以很大，但線速度和轉(zhuǎn)速可以很低，體積和重量卻很?。徽{(diào)速范圍廣 。因此，液壓傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在各類(lèi)船舶上。 具體要求如下 : (1)能夠通過(guò) 油缸伸出和縮回分別引起過(guò)橋的上傾和下放，過(guò)橋變幅的幅度為上傾極限 30 、 下放 30。 (2)能夠通過(guò)與回轉(zhuǎn)齒輪的嚙合實(shí)現(xiàn)跳板裝置的左右搖擺，角度為 180。 (3)上下六十度轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能夠隨時(shí)停在某個(gè) 位置 。 (4)登船梯在 180度轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能隨時(shí)停在某個(gè)位置 。 (5)登 船梯擱在碼頭上能隨風(fēng)浪波動(dòng) 。 (6)登船梯 左右擺動(dòng)碰到碼頭時(shí)，能夠自動(dòng)讓位，以免船梯與碼頭硬碰硬碰撞而損壞船體和登船梯 。 根據(jù)技術(shù)要求，我們需要在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正式圖紙繪制。在設(shè)計(jì)中還需對(duì)現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，如充分利用 CATIA 和 LINGO等軟件進(jìn)行有限元應(yīng)力分析、運(yùn)動(dòng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。我還要設(shè)計(jì)液壓原理圖、主機(jī)等部件。 2 總體方案的確定 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) (1)本套設(shè)備依據(jù)海洋工程 、船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè)計(jì)。 (2)本套設(shè)備以滿(mǎn)足相關(guān)海事部門(mén)管理要求設(shè)計(jì)。 (3)本套設(shè)備以符合 SOLAS（ safety of life at sea）及相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 (4)本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿(mǎn)足相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范為前提并取得相關(guān)船級(jí)社的證書(shū)。 2.2 確定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 登船梯主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平臺(tái)之間人員及限重物資通過(guò)或遷移。為考慮使用時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采用了液壓傳動(dòng)的全回轉(zhuǎn)、可升降的動(dòng)作方案，并具備照明、報(bào)警、應(yīng)急功能。 本登 船梯主要由過(guò)橋、回轉(zhuǎn)上承臺(tái)、回轉(zhuǎn)裝置、升降油缸、配電與照明系統(tǒng)等部份構(gòu)成。登船梯設(shè)計(jì)規(guī)格暫定工作長(zhǎng)度 9.6m。 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本液壓系統(tǒng)是針對(duì)軍艦而設(shè)計(jì)的全回轉(zhuǎn)式登船梯裝置機(jī)、制造的專(zhuān)用液壓傳動(dòng)設(shè)備。該系統(tǒng)精選了國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件中的各項(xiàng)技術(shù)要求。 本液壓系統(tǒng)由于采用了封閉式油箱結(jié)構(gòu)，所以允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作，但使用時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓 系統(tǒng)具有良好的散熱性 9 。 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊，便于維修的特點(diǎn)。 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征：具有吸油濾油器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率 ,延長(zhǎng)系統(tǒng)各元、附件的使用壽命。 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其校核 3.1 概述 全回轉(zhuǎn)伸縮式登船梯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)登船梯）主要用于海洋鉆井平臺(tái)與平臺(tái)之間人員及限重物資通過(guò)或遷移。為考慮使用時(shí)方便、安全、可靠、實(shí)用，設(shè)計(jì)上采用了液壓傳動(dòng)的全回轉(zhuǎn)、可升降 的動(dòng)作方案，并具備照明、報(bào)警、應(yīng)急功能。 本登船梯主要由鋼質(zhì)基架、回轉(zhuǎn)支架、登船梯、升降油缸、伸縮系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、配電與照明系統(tǒng)等部份構(gòu)成。登船梯設(shè)計(jì)規(guī)格暫定工作長(zhǎng)度 9.6m，在此基礎(chǔ)上增加 0.51m。 3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) (1)本套設(shè)備依據(jù)海洋工程、船用甲板起重機(jī)、港口工程起重機(jī)、船用舷梯等特性設(shè)計(jì)。 (2)本套設(shè)備以滿(mǎn)足相關(guān)海事部門(mén)管理要求設(shè)計(jì)。 (3)本套設(shè)備以符合 SOLAS及相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 (4)本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿(mǎn)足相關(guān)船級(jí)社的規(guī)范為前提并取得相關(guān)船級(jí)社的證書(shū)。 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 本套設(shè)備設(shè)計(jì)的范圍如前述組成部份（見(jiàn)所附布置圖），其間還包含了較多的項(xiàng)目。由于各部件的尺寸、重量均較大，因此所有的超大零件上均安裝吊環(huán)以便于安全起吊和安裝，這些吊環(huán)在裝船之前均需進(jìn)行無(wú)損壞試驗(yàn)。 下面按各部件分述如下： 3.3.1 基架設(shè)計(jì)及校核 基架以鋼質(zhì)筒體為主體，其外形直徑根據(jù)要求約為 506mm 左右，高度初步確定在205mm 左右，基架的上端設(shè)置平型法蘭用于和上部回轉(zhuǎn)支架螺栓聯(lián)接。 再用倆個(gè)連接齒輪和回轉(zhuǎn)齒輪連接帶動(dòng)登船梯擺動(dòng) 5 。 圖 3.1 基架及回轉(zhuǎn)部分三維圖 模型： 圖 3.2 整體 模型圖 現(xiàn)在計(jì)算各個(gè)工作部件對(duì)基架的作用力和作用力矩 1 。 (1)計(jì)算登船梯跳板梯部分對(duì)基架的作用力和作用力矩： 登船梯 質(zhì)量 m=576kg 重力 G=mg=576kg 9.8m=5644.8N 所以對(duì)于基架的作用力 F1=5644.8N 質(zhì)心距離基架中心軸的距離 1d =3982.184mm+253mm=4235.184mm 所以對(duì)于基架的作用力矩 M1=F1 d1=23905.728N m (2)計(jì)算馬達(dá)對(duì)基架的作用力和作用力矩： 馬達(dá)的質(zhì)量 m 2=54 2=108Kg 重力 G=mg=108 9.8=2920.4N 所以對(duì)于基架的作用力 F2=1054N 質(zhì)心距離基架中心軸的距離 d2=203.5mm 所以對(duì)于基架的作用力矩 M4=F2 d2=2144.89N m (3)整個(gè)回轉(zhuǎn)裝置及回轉(zhuǎn)上承臺(tái)及其上零部件對(duì)基架的作用力 經(jīng)差算整個(gè)回轉(zhuǎn)裝置及回轉(zhuǎn)上承臺(tái)及其上零部件 總重量約為 1200kg 所以 F3=10084.2N 由于上承臺(tái)及回轉(zhuǎn)裝置對(duì)基架的作用力主要是重力而不是力矩，所以上承臺(tái)及回轉(zhuǎn)裝置對(duì)基架的力矩忽略不計(jì)即 M3=0 (4)計(jì)算基架本身的作用力和作用力矩： 基架本身的質(zhì)量 m=43Kg 重力 G=mg=421.4N 不過(guò)，質(zhì)心距離基架中心軸的距離 d4=0mm 所以作用力矩 M4=0 因此，所有部件對(duì)基架的作用力 F=F1+F2+F3 +F4=5644.8N+1054N+10084.2N+421.4=17204.4N 所有部件對(duì)支架的作用力力矩 M=M1+M2+M3+M4=239057.28N m+2144.89N m+0+0=241202.17N m 現(xiàn)在先設(shè)取基架的壁厚 h=20mm 所以基架的橫截面積 A=( /4)*(0.5562-0.512)=0.049036m Iz = ( /64)*(0.5564-0.514) =0.027913 =AF +ZYIM=0 2 7 9 1 3.0 17.2 4 1 2 0 20 4 9 0 3 6.0 4.1 7 2 0 4 =89MPa bs b sQ 2 3 5 3 7 5 M P an 4 / n 3 7 5 / 4 9 3 . 7 5 M P a 基 架 材 料 選 用 ， 抗 拉 強(qiáng) 度選 取 安 全 系 數(shù) ， 所 以 【 】 = 可見(jiàn) 略小于 【 】，為安全起見(jiàn)，增加壁厚至 h=25mm 此時(shí)基架的橫截面積 A=( /4)*(0.561 2-0.512)=0.05462m Iz = ( /64)*(0.5614-0.514) =0.031397297 =AF +ZYIM=0 3 1 3 9 7 2 9 7.0 17.2 4 1 2 0 20 5 4 6 2.0 4.1 7 2 0 4 =79Mpa 相差有點(diǎn)遠(yuǎn)，所以 安全 。 3.3.2 回轉(zhuǎn)支架的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)支架是本設(shè)備極其重要的組成部份，它分別由上承臺(tái)、回轉(zhuǎn)齒輪、液壓馬達(dá)、減速箱、支架等部件組成。回轉(zhuǎn)支架分別與基架及其 登船梯 相聯(lián)接 。 3.3.2.1 回轉(zhuǎn)支架由高扭矩低轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)通過(guò)四個(gè)主動(dòng)齒輪帶動(dòng)固定于上承臺(tái)的回轉(zhuǎn)齒輪來(lái)旋轉(zhuǎn)整個(gè)支架。 回轉(zhuǎn)齒輪是登船梯上的一個(gè)重要部件，選用無(wú)錫立達(dá)齒輪制造有限公司的產(chǎn)品。參考資料為 公司的齒輪樣本。 回轉(zhuǎn)齒輪選型計(jì)算流程圖： (1)確定回轉(zhuǎn)齒輪保持靜態(tài)時(shí)所承受的最大載荷 根據(jù)上述計(jì)算：可知軸向載荷 Fa=17204.4N，傾覆力矩 M=241202.17N m (2)根據(jù)主機(jī)類(lèi)型（應(yīng)用場(chǎng)合）確定靜態(tài)安全系數(shù) fs，見(jiàn)表 1。 選取靜態(tài)系數(shù) fs 為 1.25 (3)初步確定選用何種類(lèi)型的回轉(zhuǎn)齒輪，并根據(jù)其計(jì)算 Fa和 M。 Fa=fs Fa=1.25 17204.4N =21505.5N M=fs M=1.25 241202.17N m =301502.5N m 初步確定使用 13-三排滾柱式回轉(zhuǎn) 齒輪。 (4)在曲線表中查找能滿(mǎn)足要求的回轉(zhuǎn)齒輪型號(hào)，在曲線圖中標(biāo)出 Fa和 M的坐標(biāo)點(diǎn)。 找到型號(hào)為 131.50.3150 回轉(zhuǎn)齒輪能滿(mǎn)足要求。 (5)經(jīng)過(guò)核對(duì)， Fa和 M在靜態(tài)承載曲線和螺栓極限曲線的下方。 (6)完成回轉(zhuǎn)齒輪初步選型。 圖 3.3 回轉(zhuǎn)齒輪 圖 3.4 回轉(zhuǎn)齒輪二維圖 支架的下端與基架上端用法蘭方式聯(lián)接。 3.3.3 登船梯的設(shè)計(jì) 登船梯主要由跳板梯部分、回轉(zhuǎn)支架和回轉(zhuǎn)部分三 大部份組成，材料為 鋼材 。 登船梯的 回轉(zhuǎn)支架下 端 與回轉(zhuǎn)部通過(guò)螺栓連接 ， 回轉(zhuǎn)部分再與基架艦體連接（通過(guò)法蘭連接） 。 跳板部分一端 上部通過(guò)油缸與回轉(zhuǎn)支架的支撐聯(lián)接用于 登船梯的上下升降之用，下部與支架 連接 。 回轉(zhuǎn)部分主要由液壓馬達(dá)、一對(duì)齒輪等組成，液壓馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪圍繞大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 登船梯 的主要設(shè)計(jì)參數(shù)： (1)跳板部分長(zhǎng)約 9.6m，寬約 1.2m； (2)最大上翹角度 +30 ； (3)最大下傾角度 30 ； (4)登船梯 內(nèi)側(cè)凈寬 1m； (5)登船梯跳板部分 高度 約為 0.2m； (6)具體見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙 。 3.3.4 油缸的設(shè)計(jì) 油缸位于在固定 登船梯 的兩側(cè)與回轉(zhuǎn)支架上的支撐相連，主要用于 登船梯 的 上升和下降。油缸的設(shè)計(jì)依據(jù) 登船梯 的載荷及其油路壓力而確定，本項(xiàng)在詳細(xì)設(shè)計(jì) 之后再 給出具體規(guī)格。 在 液壓油缸 中使用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，那么液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，有何有缺點(diǎn)呢？ (1)在相同的功率工作的機(jī)械的重量指標(biāo)上，采用液壓傳動(dòng)要比采用機(jī)械傳動(dòng)的輕三分之一，在外形尺寸上也減小了近三分之一，最好的例子就是起重機(jī)了，起重機(jī)都是用液壓傳動(dòng)的，這樣可以保證起重機(jī)自身重量輕，機(jī)身又可以小一些 7 。 (2)實(shí)際工作時(shí)液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)工作機(jī)構(gòu)。這里可以看看液壓千斤頂?shù)?，外力施加給液壓油，液壓油指直接推動(dòng)液壓活動(dòng)件向上頂。通過(guò)液壓閥門(mén)控制施壓和放壓。 (3)易于實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的安全保護(hù)。液壓傳動(dòng)比機(jī)械傳動(dòng)操控起來(lái)更簡(jiǎn)單而且省力，可提高液壓機(jī)械的勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。 (4)液壓傳動(dòng)不需逐級(jí)調(diào)速，調(diào)速通用范圍比較大，可在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，工作平穩(wěn)性比較好，易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) 。 (5)液壓元件容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于組織專(zhuān)業(yè)化大批量生產(chǎn)，有利于提高生產(chǎn)效率進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低 成本。 (6)液壓傳動(dòng)中的的液壓油本身是可以當(dāng)做潤(rùn)滑油，降溫劑的，這樣可以延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命，減輕液壓傳動(dòng)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)的力度。 3.3.5 確定執(zhí)行元件的設(shè)計(jì) 執(zhí)行元件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 (1)本套液壓 系統(tǒng)選擇液壓油缸作為執(zhí)行元件，油缸設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括油缸內(nèi)徑、活塞桿直徑、行程。油缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 在保證所獲得的速度和推力下，應(yīng)盡可能使液壓缸的各部分結(jié)構(gòu)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，盡量做到液壓缸的結(jié)構(gòu)緊湊，加工，裝配和維修方便。 盡量使活塞桿在承受最大負(fù)載時(shí)處于受拉狀態(tài)，若受壓應(yīng)具有良好 的縱向穩(wěn)定性，長(zhǎng)行程的活塞桿伸出時(shí)，還應(yīng)加輔助支撐，避免活塞桿下垂。 液壓缸熱脹冷縮時(shí)應(yīng)不受阻礙，所以液壓缸在安裝，固定時(shí)，液壓缸只能一端 定位。 根據(jù)液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩沖，排氣和防塵裝置。 (2)油缸設(shè)計(jì)過(guò)程及校核計(jì)算 登船梯運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要有兩個(gè)動(dòng)作過(guò)程即登船梯升降和左右回轉(zhuǎn)，分別用兩個(gè)油缸和液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件。由于工作環(huán)境比較復(fù)雜，考慮到風(fēng)浪帶來(lái)的影響等，所以油缸的承受能力需要分析和校核。 油缸主要幾何尺寸的計(jì)算 根據(jù) 要求，壓緊油缸壓緊時(shí)最大壓緊力為 12噸的力，現(xiàn)進(jìn)行計(jì)算確定執(zhí) 行元件油缸的主要參數(shù)：