劉立志 羅利軍 邵宏奎 王大江
摘 要:游艇搬運(yùn)機(jī)的卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)對(duì)于整機(jī)的提升和下降性能起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)500 t游艇搬運(yùn)機(jī)的卷?yè)P(yáng)系統(tǒng),通過(guò)詳細(xì)計(jì)算,得出卷?yè)P(yáng)扭矩。考慮游艇搬運(yùn)機(jī)的額定起升速度,對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),使其滿足最大負(fù)載時(shí)起升的需要,保證游艇搬運(yùn)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)以額定速度正常起吊和下降;同時(shí),使卷?yè)P(yáng)機(jī)起升下降穩(wěn)定,不超速,啟動(dòng)時(shí)游艇不下滑或溜鉤,并在實(shí)際運(yùn)用時(shí)取得了良好效果。
關(guān)鍵詞:游艇搬運(yùn)機(jī);液壓卷?yè)P(yáng);平衡閥
中圖分類號(hào):TH22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
游艇搬運(yùn)機(jī)是游艇起升、下降及短途運(yùn)送游艇的專用特種設(shè)備,游艇制造廠通過(guò)使用游艇搬運(yùn)機(jī)將新游艇吊起,然后運(yùn)送到游艇碼頭,輕輕放下使新游艇下水試航;或者是在游艇碼頭將需要維修的游艇整機(jī)吊起,運(yùn)送到船塢,再將游艇輕輕放下,以便于對(duì)游艇進(jìn)行維修處理工作。
1 游艇搬運(yùn)機(jī)液壓卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)要求
為了保證游艇搬運(yùn)機(jī)起升和下降游艇的正常操作,其卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求:
(1)具有足夠的起升功率。當(dāng)游艇滿足額定載荷500 t時(shí),卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)能夠使游艇以1 m/min的速度起升和下降;
(2)起升和下降速度穩(wěn)定,尤其是當(dāng)游艇下降時(shí),卷?yè)P(yáng)機(jī)不能超速,以保證游艇的安全;
(3)卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊或下降游艇過(guò)程中或結(jié)束后無(wú)論停在任何位置,都能可靠停止游艇,使其不下滑。
2 卷?yè)P(yáng)馬達(dá)、減速機(jī)及液壓泵的參數(shù)計(jì)算及選取
500 t游艇搬運(yùn)機(jī)由8個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)組成起升下降機(jī)構(gòu),其總圖如圖1所示,游艇搬運(yùn)機(jī)吊具繞繩方式如圖2所示。由圖可知,每個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)起升重量62.5 t,通過(guò)吊具繞繩方式可知,有4個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)是8倍率,有4個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)是16倍率。
為了起升速度和功率不受影響,卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩拉力按8倍率算,鋼絲繩速度按16倍率算;鋼絲繩直徑24 mm,卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩3層,卷筒直徑800 mm。
卷筒扭矩等于鋼絲繩拉力乘以卷筒卷滿鋼絲繩時(shí)的最大外圓半徑:T筒=F·R=62500/8×9.8×0.472=36.14 kN?m
我們選布雷維尼PWD3500減速機(jī)用作卷?yè)P(yáng)減速機(jī),減速機(jī)最大扭矩Tmax=45 kN?m,減速比i=105.7,此款減速機(jī)最大扭矩能夠滿足卷筒使用要求
卷?yè)P(yáng)馬達(dá)扭矩等于計(jì)算的卷?yè)P(yáng)減速機(jī)扭矩除以卷?yè)P(yáng)減速機(jī)速比:
T達(dá)=36140/105.7=341.91 N?m
卷?yè)P(yáng)馬達(dá)排量按照經(jīng)典馬達(dá)排量公式計(jì)算:V=2πT達(dá)/(ΔP×10-6)
式中:V—馬達(dá)的排量(mL/r)。
T達(dá)—馬達(dá)扭矩(N?m)。
ΔP—馬達(dá)進(jìn)出口壓差(MPa),取25 MPa。
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得V=85.9 mL/r,選排量90馬達(dá)。
卷?yè)P(yáng)減速機(jī)轉(zhuǎn)速等于卷?yè)P(yáng)減速機(jī)線速度除以卷筒圓周長(zhǎng)度:16m/(π×0.8)=6.37 r/min。
卷?yè)P(yáng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速等于卷?yè)P(yáng)減速機(jī)轉(zhuǎn)速乘以卷?yè)P(yáng)減速機(jī)速比:6.37×105.7=673.3 r/min。
8個(gè)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)需要流量按照馬達(dá)需要流量經(jīng)典公式計(jì)算:q達(dá)=n·V×8×10-3=90×673.3×8 ×10-3=485 L/min。
式中:n—馬達(dá)的排量(mL/r)。
V—馬達(dá)轉(zhuǎn)速(r/min)。
發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接帶泵,發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速2100 r/min。
按照馬達(dá)流量和泵的流量匹配的原則,泵的流量乘以容積效率后等于馬達(dá)流量,泵的排量等于馬達(dá)需要流量除以泵的轉(zhuǎn)速再除以泵的容積效率485×1000/(2100×0.95)=245 cc/r,選2個(gè)排量130泵。
3 液壓卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
我們選用2臺(tái)130負(fù)載敏感泵來(lái)驅(qū)動(dòng)8臺(tái)定量液壓馬達(dá)。為了使游艇搬運(yùn)機(jī)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)起升或下降的控制能夠在駕駛室中順利操作完成,我們選用力士樂(lè)的負(fù)載敏感電比例多路閥—M4閥來(lái)控制卷?yè)P(yáng)馬達(dá)AB口油液的換向及停止供油。
為了保證起升和下降速度穩(wěn)定,尤其是當(dāng)游艇下降時(shí),卷?yè)P(yáng)機(jī)不能超速,我們?cè)诰頁(yè)P(yáng)馬達(dá)AB口增加板式平衡閥。由于卷?yè)P(yáng)機(jī)起升時(shí),沒(méi)有超越負(fù)載,考慮了節(jié)約成本設(shè)計(jì),在馬達(dá)起升時(shí)的出油口沒(méi)有增加平衡閥,我們只在卷?yè)P(yáng)機(jī)下降時(shí)馬達(dá)的出油口增加了平衡閥。馬達(dá)出油口平衡閥的作用就是增加馬達(dá)出油口的背壓,并且使此背壓不至于波動(dòng)太大,保持馬達(dá)出油口壓力值穩(wěn)定;馬達(dá)出油口平衡閥的流量大小選擇是根據(jù)馬達(dá)的起升最大速度流量選擇的,從而保證在游艇下降時(shí)能夠以最大平穩(wěn)速度下降,并且在游艇以最大平穩(wěn)速度下降時(shí),想要使下降減速或停止時(shí),只要平穩(wěn)調(diào)節(jié)比例多路閥的電流來(lái)減少或停止比例多路閥的液壓油流量,游艇就會(huì)平穩(wěn)減速下降或停止運(yùn)動(dòng)。
考慮到卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊、下降游艇以及停在任意位置上時(shí),保證都能任意停止,使其不下滑,選取了帶駐車(chē)制動(dòng)的布雷維尼減速機(jī),同時(shí)在平衡閥內(nèi)部2個(gè)主油路之間增加梭閥,2個(gè)主油路油壓經(jīng)過(guò)梭閥比較后再經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥去解除卷?yè)P(yáng)減速機(jī)駐車(chē)的制動(dòng),即當(dāng)且僅當(dāng)2個(gè)主油路之一有壓力油時(shí),卷?yè)P(yáng)減速機(jī)駐車(chē)的制動(dòng)才能解除,由于2個(gè)主油路之一已經(jīng)有壓力油,馬達(dá)已經(jīng)開(kāi)始出力,這樣在卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)瞬間就不會(huì)出現(xiàn)游艇溜鉤的現(xiàn)象。
在卷?yè)P(yáng)機(jī)吊著游艇停止運(yùn)動(dòng)時(shí),由于卷?yè)P(yáng)多路閥停止供油,卷?yè)P(yáng)平衡閥首先能夠使游艇穩(wěn)穩(wěn)停止運(yùn)動(dòng),由于主油路之一沒(méi)有壓力油,卷?yè)P(yáng)減速機(jī)的駐車(chē)彈簧將駐車(chē)腔油液排出,駐車(chē)抱死,防止卷?yè)P(yáng)平衡閥泄漏出現(xiàn)游艇溜鉤的現(xiàn)象。
為防止卷?yè)P(yáng)馬達(dá)吸空,在冷卻齒輪泵出口加背壓?jiǎn)蜗蜷y,背壓?jiǎn)蜗蜷y和齒輪泵之間引出液壓油給卷?yè)P(yáng)馬達(dá)S1口供油,卷?yè)P(yáng)液壓系統(tǒng)的原理圖如圖3所示。
500 t游艇搬運(yùn)機(jī)在制造完成后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了型式試驗(yàn),其卷?yè)P(yáng)性能能夠滿足上面所提的各種要求和設(shè)計(jì)參數(shù),保證了游艇的正常起升和下降。在交付游艇公司后,優(yōu)異的卷?yè)P(yáng)性能得到了客戶的好評(píng),如圖4所示。
在設(shè)計(jì)游艇搬運(yùn)機(jī)液壓卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)該充分考慮并計(jì)算卷?yè)P(yáng)功率、起升速度等參數(shù),一定注意游艇下降時(shí),卷?yè)P(yáng)機(jī)不能超速;卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)瞬間,游艇不能下滑或溜鉤。
參考文獻(xiàn)
[1]王金祥.鐵路客運(yùn)專線預(yù)制梁輪胎式提梁機(jī)與輪軌式提梁機(jī)[J].鐵道建筑技術(shù),2005(2):51-53,70.
[2]趙靜一.TLMEL900型提梁機(jī)新型液壓控制系統(tǒng)研究[J].液壓與氣動(dòng),2009(12):27-30.
[3]王益華.泵控液壓起升機(jī)構(gòu)二次起升動(dòng)態(tài)特性的仿真研究[J].工程機(jī)械,2006,37(11):8-12.
[4]李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.