400KN液压绞车设计论文说明书

毕业设计说明书（论文）目录前言1第一章 绪论31.1 液压传动系统简介31.1.1 传动类型及液压传动定义31.1.2 液压系统的组成部分31.1.3 液压系统的类型31.1.4 液压技术特点41.2 绞车简介51.2.1 绞车概述51.2.2 绞车功能与结构61.2.3 绞车分类71.2.4 绞车应用81.3 液压绞车发展趋势101.4 课题主要设计内容11第二章 400KN液压绞车设计方案122.1 设计要求122.2 液压传动系统方案122.2.1 液压泵、马达的选择142.2.2 静液压传动方案比较162.2.3 静液压传动的应用172.3 排缆技术方案19第三章 400KN液压绞车液压系统设计223.1 拟定液压系统原理图223.1.1主液压系统223.1.2 补油液压系统233.1.3 循环液压系统233.2 卷筒主要参数的设计与计算243.2.1 钢丝绳243.2.2 卷筒263.2.3 一级开始直齿轮传动比273.3 液压元件计算与选择273.3.1 液压马达273.3.2 液压泵283.3.3 系统工作压力的确定293.3.4 液压阀的选择30第四章 液压站的设计314.1 液压站的组成及类型314.1.1 液压站的组成314.1.2 液压站的类型314.2 液压油箱及其附件324.2.1 油箱的功能324.2.2 油箱的设计324.2.3 油箱附件的选择354.3 液压泵组374.3.1 布置方式374.3.2 连接和安装方式374.3.3液压泵的安装姿态374.3.4 液压泵组的传动底座384.3.5 防振降噪措施384.4 液压站结构总成384.4.1 液压油的选择384.4.2 油箱内壁的加工404.4.3滤油器的选择404.5 油管和管接头的选择414.5.1油管的选择414.5.2 管接头的选择414.6 液压集成块设计424.6.1 结构特征424.6.2 通油孔道直径的确定424.6.3 集成块的材料和主要技术要求434.6.4 本课题集成块44第五章 液压绞车的运转特性455.1 提升455.1.1 启动阶段455.1.2 等速阶段455.1.3 减速阶段455.2 下放465.2.1 启动加速阶段465.2.2 等速阶段465.2.3 减速阶段465.3 调速485.4 液压绞车的运转噪声48第六章 结论50参考文献51致谢52毕业设计说明书（论文）中文摘要本设计是通过对液压绞车工作原理、工作的环境和工作的特点进行分析，并结合实际，在进行细致观察后，对液压绞车的整体结构进行了设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。本绞车由进口液压马达、进口平衡阀、常闭多片式制动器、离合器、卷筒、支承轴和机架等部件组成，还可根据需要设计阀组直接集成于马达配油器上，如带平衡阀、高压梭阀、调速换向阀或其它性能的阀组。在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外型美观等特点，在性能上则具有安全性好、效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点，在提升和下放工作中运转相当平稳，带离合器的绞车可实现自由下放工况，广泛适用于铁道机车和汽车起重机、船舶、油田钻采、地质勘探、煤矿、港口等各种起重设备中。关键词：液压绞车；计算；校核；阀组毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The system of 400KN hydraulic winch (The part of hydraulic system) AbstractThis design is to analyze the working principle，the working environment and the working characteristic of the hydraulic winch，and union reality，after the careful observation，I design the overall construction，and choose，compute and examine the various parts of the hydraulic winch. The winch is made up of the import hydraulic motor，import balancing valve，the brake of many pieces，coupling，reel，supporting axle and rack . Also we may design the valve group for the distributor of the motor，like with balancing valve，high-pressured shuttle valve，velocity modulation cross valve or other performance valve groups. The characteristic of the construction is compact ，small，light，beautiful and so on，the characteristic of the performance is safe，the high efficiency，the big start torque，the best low-speed stability characteristic，the low noise，the reliable operation. The winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation ，The winch with the coupling also may release the things free ，It is popular to the railroad locomotive ，the auto hoist，the ships， the oil field of drills picks，the geological prospecting，the coal mine，the harbor and the each kind of hoisting equipment.Keywords:Hydraulic winch；Computation；Examination；Valve group前言随着液压技术的迅速发展，液压传动已经在各种各样的机械上得到越来越多的应用，代替了许多复杂的机械结构。液压传动具有很多其它传动方式所没有的独特优点：（1）易于获得较大的输出力和力矩。绞车往往需要很大的提升力，故这个优点使液压传动适用于绞车拖动系统。（2）可以实现无级调速，调速范围大，还容易获得极低的转速，并且在低速时工作稳定，使得整个传动系统简化。这对于工作中需要调速的绞车来说是很重要的。（3）体积小、重量轻、功率重量比大。由于体积小、重量轻，因而惯性小，启动、制动迅速，工作平稳，易于实现快速而无冲击的变速和换向。这对于绞车的频繁启动、换向有利。（4）易于获得各种复杂的机械动作，一直接驱动动作装置，故可以用低速大扭矩马达直接驱动绞车滚筒，而不需要减速装置。（5）动力传递很方便。由于用管道传递压力油，所以液压元件和各种机械装置都可以灵活布置，便于液压绞车的远距离控制。（6）易于实现过载保护，能满足绞车安全工作的要求，避免发生事故。（7）液压元件能自动润滑，延长使用寿命。（8）液压元件易于实现标准化、系列化、通用化。便于大批量生产，提高生产效率和质量，降低成本。液压传动也有一些缺点：（1）液压油容易泄漏，外泄漏会污染环境，并造成液压油浪费；内泄漏会降低传动效率，并影响传动的平稳性和准确性。（2）液压油的粘度随温度的变化而变化，容易引起机构工作不稳定。在低温和高温的情况下不宜采用液压传动。（3）液压油容易污染。液压油要保持清洁干净，防止灰尘和杂物混入。（4）液压元件加工精度和质量要求高，加工难度大，成本比较高。（5）液压油易燃，需要注意防火，如用阻燃液压油作为工作介质则可以避免。由于液压传动具有以上许多突出特点，对提高绞车的性能具有很重要的作用，所以绞车广泛采用液压传动。第一章 绪论1.1 液压传动系统简介1.1.1 传动类型及液压传动定义一本完整的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成的。原动机（电动机或内燃机）是机器的动力源；工作机是机器直接对外做功的部分；传动装置是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换和控制，以满足工作机对力（力矩）、工作速度及位置的要求。按照传动件的不同，可分为机械传动、电气传动、流体传动（液体传动和气体传动）及符合传动等。流体传动又包括液力传动和液压传动。液力传动是以动能进行工作的液体传动。液压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控制与分配的液体传动。由于其独特的技术优势，已成为现代机械设备与装置实线传动及控制的重要技术之一。1.1.2 液压系统的组成部分液压传动与控制的机械设备或装置中其液压系统大部分使用具有连续流动性的液压油等作为工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行器（液压缸、液压马达）中，转换为机械能来驱动负载。这样的液压系统一般都是由动力源、执行器、控制器、液压辅件、工作介质等几部分组成。一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，成为液压回路。为了实现对某一机器或装置的工作要求，奖若干特定的基本回路连接或复合而成的总体成为液压系统。1.1.3 液压系统的类型液压系统可以按多种方式进行分类，见表1.1.1表1.1.1 液压系统分类1.1.4 液压技术特点与其他传动控制方式相比较，液压传动与控制技术特点如下：1.优点（1） 单位功率的重量轻；（2） 布局灵活方便；（3） 调速范围大；（4） 工作平稳、快速性好；（5） 易于操纵控制并实现过载保护；（6） 易于自动化和机电一体化；（7） 液压系统设计、使用维护方便。 2.缺点（1） 不能保证定必传动；（2） 传动效率低；（3） 工作稳定性易受温度影响；（4） 造价较高；（5） 故障诊断困难。1.2 绞车简介1.2.1 绞车概述在人类历史上，绞盘(windlass)是第一种用于拖电提升重物的机器，它可使个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式，由用垂直框架支撑的滚筒组成，人通过用手摇动曲柄，使绞盘滚筒绕水平轴转动(见图1.2.1)。中国人在公元前二千年就设计出用曲拐手柄转动的砂轮。图1.2.1 绞盘简图今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它泛指具有一个或几个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机械。图1.2.2所示为一种简易的手动提升绞车；该绞车用手驱动，靠齿轮传动的速比增扭，配有防止卷筒反转的棘轮机构和制动用的带闸。图1.2.2 手动提升绞车1.2.2 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，绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。1.驱动部分：用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动孝几、液压马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设汁中都应包含以下设计准则：（1）无级均匀变速，调速范围宽广；（2）在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高；（3）双向旋转，并且容易改变旋转方向（4）维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感；（5）制动系统工作可靠；（6）设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻；（7）在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起，直接驱动工作装置；对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者问通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很方便。2.工作装置：在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。3.辅助装置：辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分；绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。1.2.3 绞车分类绞车可以采用多种分类方法。按绞车驱动方式分类，绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、液压绞车等几大类。1.机械式驱动绞车（1）驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少；（2）传动系体积尺寸大，总重量重；（3）安装布置复杂，经常需要精密加工的平面和精密的部件定位；（4）难以实现大范围的无级变速；（5）原动机的位置是不可变的；（6）在有负载的情况下，难以取得平稳的反转；（7）通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。2.电机驱动绞车2（1）在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速仁或双速)和双向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速；（2）采用可控硅整流仁SCR)直流调速方式实现无级变速，发展历史悠久，可在低速段提供短时的额定扭矩仁或堵转扭矩)。但是，若无独立冷却系统和专用设计，直流调速方式不能长时间用于堵转工况；（3）采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况下提供100%额定扭矩，调速平稳；（4）设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。3.气动绞车（1）需要配置压缩空气站；（2）气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重；（3）对环境条件敏感，在周围环境温度低的地方，可能有潮气凝结在气动管路和部件里；（4）噪音大，需要噪音消音器。4.液压绞车（1）双向实现从零到最大速度的无级变速控制，易于换向；（2）用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩；（3）输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动；（4）系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩；（5）设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻；（6）易于实现恒速、恒张力控制。按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。滚筒卷扬绞车采用驱动滚筒旋转方式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳;线型绞车采用夹钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒上卷扬容绳。1.2.4 绞车应用绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运输、海洋石油等多领域，可配套多种类型主机设备。绞车具体配套的部分设备如下:1.汽车起重机主吊、辅吊绞车2.塔式起重机主吊绞车3.驳船定位绞车、拉索绞车4.钻探船拔桩绞车5.挖泥船悬挂和斗架绞车、抓斗绞车6.通用船舶锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车7.集装箱船船尾恒张力装料绞车8.码头起重机主起重卷扬机9.海洋石油铺管工作船恒张力移船绞车、张紧器、A/R绞车、起重吊机的负荷绞车等等10.运输铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车11.森林及木材加工机械重木起吊卷扬机、木材车、堆材机12.液压打桩锤配套设备液压管线绞车、电缆及气动管线绞车13.矿山和冶金行业运输绞车、提升绞车以下为中国海洋石油领域绞车的典型应用实例：1.吊机用负荷绞车负荷绞车用于控制起重铺管船主吊机吊钩的稳定，关系海上的作业安全。蓝疆船的负荷绞车采用静液压传动，有双泵双马达和单泵双马达两种匹配方式。液压系统采用丹尼逊金杯系列电比例变量通轴柱塞泵和定量柱塞马达，有手动控制和恒张力控制两种工作模式。在恒张力模式下，可以根据天气、载荷大小等因素自动（或手工）设定恒张力大小，用带有设定拉力的缆绳约束主吊钩，减小晃动幅度，使其能稳定工作。2.铺管船用移船绞车移船绞车用于铺管船的海上作业；8台移船绞车配合，能精确控制铺管船的运动和姿态。当船舶4台绞车手动收缆，控制铺管船前移时，船尾4台绞车恒张力放缆;移船绞车的使用能克服风浪对铺管船运动的影响，使之能精确定位。移船绞车采用静液压传动，采用单泵双马达闭式系统。液压泵采用萨奥公司20系列手动伺服变量泵或90系列电比例伺服变量泵，液压马达采用川崎公司的双速低速大扭矩马达；液压系统具有恒张力功能，用于滨海105船和滨海106船。1.3 液压绞车发展趋势随着液压元件的不断发展、丰富，随着液压控制技术和测试技术的进步，液压绞车的应用范围不断扩大，功率回收、负荷传感、恒张力等多种先进技术已在大型绞车上广泛应用。执行元件（液压马达）的使用更加多样。一方面，大排量液压马达实用性的增加大大改变了许多绞车的面貌；同时，小型、低成本液压马达配套行星减速系统也显现出取代大型马达的趋势，能简化或代替传统的多级开式齿轮组。现有的成熟可编程序控制（PLC）技术和高水平的数字传输技术在绞车精确缠绕控制上成功结合使用，出现了“层补偿输出”技术，可以实现绞车各层缆绳以设定的线速度输出设定的张力。在测量技术上，通过采用接近传感器和光学编码器测试缆绳的线速度和收放距离，采用安装在绞车滑轮轮轴上的应变仪测量缆绳的线张力，通过PC和PLC接收以上信息并应用电比例技术控制液压泵、液压马达的排量与压力。采用远距离无线接收和遥控技术，操控人员可以远程操纵绞车并随时了解绞车的工作状态和发布工作指令。在传统负荷绞车的基础上出现了一种“存储绞车”，用于大量液压管线、电缆（光缆）、气动管线等的存储和动力收放。在德国MENCK公司、荷兰IHC公司和天津市精研公司生产的液压打桩锤液压管线绞车、脐带绞车(电缆和气动管线绞车)上，采用了多通道液压回转接头和电滑环技术，可以在绞车回转收放过程中正常传输液、气、电介质，使打桩锤能在200米以上水深的海底正常、连续使用。在船舶、海洋石油领域的系泊绞车、移船绞车上，采用了一种远程遥控压力限制回路（RVPL）用于恒张力控制功能的实现。在恒张力系泊绞车以设定的速度收缆过程中，当绞车缆绳张力增加到RVPL系统设定点时，液压泵的排量将自动减小以维持设定压力；如果这时张力继续增加，RVPL系统将控制泵的斜盘越过中点，绞车自动放缆以维持张力的恒定。RVPL系统可应用于美国萨奥公司的90系列轴向柱塞变量泵上。基于能量回收和重新利用的二次调节静液压传动技术是德国科学家于1977年首先提出的一种液压传动技术。在二次调节系统中，液压变量马达/泵(称为二次元件)没有节流损失地连接在由恒压变量泵与液压蓄能器组成的恒压网络中，液压蓄能器在网络中不仅起到了吸收压力脉动的作用，而且作为贮能元件，能够回收并重新利用系统的惯性能或重力势能。二次调节技术在国外已经成功应用于矿山、造船、冶金等行业，能显著提高液压系统的效率，对能源紧缺的当今社会具有很大的经济价值和社会价值。国内对于此项技术的研究还仅限于应用基础研究阶段。1.4 课题主要设计内容本次毕业设计课题为400KN液压绞车液压系统设计，对液压绞车工作原理、工作环境和工作特点进行分析，并结合实际，对液压绞车整体结构进行了设计，队组成的各元件进行了选型、计算和校核。绞车要求卷筒需具有储绳功能，采用开式齿轮传动、闭式液压系统、电比例控制。在结构上要求具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点。在性能上，则需要具有安全性好，效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点。第二章 400KN液压绞车设计方案2.1 设计要求400KN液压绞车设计用于船舶甲板起重机，要求对液压绞车工作原理、工作环境和工作特点进行分析，并结合实际，设计此液压绞车液压系统。绞车要求卷筒需具有储绳功能，采用开式齿轮传动、闭式液压系统、电比例控制。在结构上要求具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点。在性能上，则需要具有安全性好，效率高、启动扭矩大、低速稳定性好、噪音低、操作可靠等特点。2.2 液压传动系统方案随着液压元件的丰富和控制方式的多样，随着电子技术的进步和深入应用，绞车液压传动系统也在不断发展进步。绞车液压传动系统可采用开式回路和闭式回路两种型式，这两种回路基本区别在于工作流体流出马达后所取的路径不同。在开式回路中，液压泵从油箱吸油后，将油通过液压方向阀换向后送至液压马达，油流再从马达回到液压油箱，图2.2.1所示为一个典型开式回路。开式系统采用单向液压泵，用液压方向阀控制马达旋转方向，通过变量泵控制方式、变量马达控制方式或比例方向阀控制方式控制绞车的旋转速度，通过平衡阀控制绞车的动力制动。在闭式回路中，液压泵、液压马达进出油口直接联通，形成闭环回路；补油泵从油箱吸油后，向液压泵、液压马达的工作回路内双向补油；图2.2.2所示为一个典型系统美国萨沃-森特公司90系列闭式回路。闭式系统一般采用双向变量液压泵，通过泵的变量改变主油路中油的流量和方向，控制绞车旋转的变速和换向。闭式系统主泵通轴串联一小排量补油泵，用于向主回路补油和控制主泵变量。在常规闭式系统中，主回路溢流阀、限压阀、补油溢流阀均集成于主泵，冲洗冷却阀组集成于马达。绞车的旋转方向和转速由液压泵液流方向和流量决定，即由液压泵的斜盘角度、排量和原动机的转速决定。闭式回路系统在国内通称为“静液压传动”；静液压系统本身具有动力制动功能。静液压传动装置是以液压泵和液压马达为主组成，附加各种变量控制单元和传动元件(减速器或变速箱)，成为一种无级变速的传动装置。它与纯机械传动和液力机械传动相比，具有高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点。合理运用静液压传动装置，则能改善机器性能，提高生产效率，节省能量消耗，使机器的品质上升到一个新的阶段。随着该项技术的发展和所用元件的完善，采用静液压传动装置的工业机械会愈来愈多，市场前景良好。图2.2.1 开式系统原理简图1-制动器 2-液压马达 3-溢流阀 4-外控式平衡阀 5-三位四通电磁换向阀6-溢流阀 7-回油过滤器 8-冷却器 9-定量泵 10-油箱图2.2.2 萨奥-森特公司90系列闭式系统示意图2.2.1 液压泵、马达的选择1.液压泵静液压传动装置用的液压泵是通轴型双向变量斜盘式轴向柱塞泵(以下简称通轴泵)。通轴泵的变量控制方式很多，主要有手动伺服控制、与压力有关的液压控制、与转速有关的液压控制、扭矩控制和电控制(比例控制、二位控制)等等。国外通轴泵产品最早产于50年代，近几年发展得很快，品种规格齐全，变量控制方式多样，技术指标先进，质量稳定，工作可靠;美国萨沃森特公司90系列通轴泵、德国力士乐公司A4VG系列通轴泵等产品已在国内工程机械、船用设备上大量应用。国内通轴泵产品生产起步较晚，目前仅有中美合资上海萨沃液压传动有限公司进行少量规格的组装生产;天津派克特精液压公司、贵州力源液压公司也在小批量生产，但产品的品种规格、产量与国外先进国家相比尚有很大差距。2.液压马达静液压传动装置用的液压马达种类繁多，既有高速轴向柱塞马达，也有低速大扭矩马达。高速轴向柱塞马达又可以分为斜轴式轴向柱塞马达和斜盘式轴向柱塞马达二种。斜盘式轴向柱塞马达与斜轴式轴向柱塞马达相比有如下优点：（1）外形尺寸较小，便于与减速机、制动器等组合成一体，成为“车轮马达”。（2）由于它的结构与通轴泵的结构相似，相同排量元件的零件可以通用，对使用维修带来方便。一般负荷变化比较平稳，变速范围比较小的静液压传动装置，使用斜盘式轴向柱塞马达较多。低速大扭矩马达常用的有两种，一种是多作用径向柱塞马达，例如内曲线马达；另一种是单作用径向柱塞马达，例如曲轴连杆马达和静力平衡马达。低速大扭矩马达的优点是起动效率高、低速稳定性好、不需要中间传动装置，可直接与车轮连接；缺点是变量范围小、一般只能有级变量。目前工程机械静液压传动装置中，使用的低速大扭矩马达大多数从国外进口，主要有法国波克兰公司的内曲线马达和日本川崎公司的“斯他法”马达等。外国公司典型的静液压传动元件见表2.2.1。表2.2.1 外国公司典型静液压传动元件序号公司名称国家典型静液压传动元件1Rextoth德国A4VG+A6VM2Saucr美国90泵+90马达3Denison美国金杯泵+金杯马达4Samhydraulik意大利HCV+H2V5Eaton美国72400+7436Parker美国P2+V127Linde德国HPV-02+HMF-023.液压泵和液压马达（1）高压化和高速化，最高工作压力已达到48Mpa;为了提高转速，要减轻重量，对零件结构进行改进。例如采用摩擦焊柱塞结构，将柱塞做成中空形式，使柱塞重量减轻，从而减小转动惯量，有利于转速提高。（2）对驱动单元和控制单元进行模块化设计，有利于产品系列化、通用化和标准化。（3）改进结构，加大通轴泵的变量范围。例如，德国林德公司已使斜盘最大摆角由18增加到21。（4）采用螺纹式插装阀，使结构更加紧凑，减少泄漏。（5）改善变量调节特性曲线和增加变量控制方式，更能满足工程机械传动发展要求。（6）采用新材料和新工艺，降低制造成本。（7）根据城市环保要求，尽量降低噪音。2.2.2 静液压传动方案比较1.液压系统调节方式（1）变量泵定量马达方案该系统应用广泛，是能够无级控制速度的最简单方案。泵和马达的排量通常是相同的，也可以不同。该系统通过液压泵的变量控制马达的转速，通过回路中高压溢流阀的调定压力设定马达输出扭矩。该系统常用于车辆、园艺拖拉机、联合收割机和建工机械。（2）变量泵变量马达方案该系统有很宽的速度范围，允许使用排量小于马达最大排量的泵，这样可以使系统成本符合或满足某些性能要求。该系统应用范围很广，可以适用从履带拖拉机、起重机到那些要求高速小扭矩和低速大扭矩的工业驱动中。近年来，变量方式采用电比例控制方式的越来越多，通过与微电子技术相结合，实现智能化控制，并根据不同的工况，选择不同的工作模式，更有利于功率合理利用和节约能耗。（3）定量泵变量马达方案该系统通过马达排量的变化来改变输出速度，但在低速范围内受限制，应用于特定工况。2.液压马达形式（1）高速方案，采用高速液压马达和通过最终传动装置仁变速箱、驱动桥或减速机)，使之进一步降低速度，增加扭矩，它是利用中间环节来分担所需的功能，通过选择减(变)速器传动比的方式较方便地对主机参数实现匹配，对马达的承载要求相对较低。在这种方案中，不仅液压泵具有较大的变量范围，液压马达也可以有较大的变量范围，再加上选择合理的速比和设置理想的档位，可以得到一条比较理想的功率输出特性曲线，能满足工程机械的使用要求。其次，高速轴向柱塞马达具有较高的功率/重量比，因此，工程机械静液压传动装置采用高速方案居多。（2）低速方案，采用低速大扭矩马达LSHT液压马达)直接驱动行驶结构。这种方案最合乎以“最少数量的零部件来满足尽可能多的使用要求”的设计原则，一些车轮马达可以直接安装在驱动轮轮惘内而很少占用其它安装空间，更能体现液压传动布局灵活性的优点，为整机设计提供了许多方便，省去了液压马达与驱动轮之间的各种中间传动环节，避免了由它们产生的附加功率损失和机械噪声，也无须专门保养减速器。用低速马达直接传动的方式还显著地降低了驱动轮的转动惯量，有利于提高系统的调节品质和减少冲击负荷。2.2.3 静液压传动的应用静液压传动在工程机械、农用机械、船舶设备及海洋石油设备等领域有着广泛的应用。1.工程机械领域（1）自行式振动压路机自90年代起，在国外压路机中振动压路机已占主导地位，它的行走驱动系统和振动系统都采用静液压传动。自1984年徐州工程机械厂引进了瑞典蒂纳派克公动压路机技术和1986年洛阳建筑机械厂引进了德国宝马公司振动压路机技术后，国内振动压路机产量也日益增长。行走静液压传动装置由液压泵和前、后驱动液压马达组成闭式回路;液压泵采用通轴手动伺服控制变量泵。法国波克兰公司专门为压路机研制了“紧凑型”内曲线马达;当液压马达为高速马达时，则和行星减速器组成“车轮马达直接进行驱动。振动静液压传动装置是由变量通轴泵和定量液压马达组成闭式回路。液压泵的变量控制方式为电气二点变量控制，通过泵的变量实现振动轮的起振、停振和改变振动频率。在静液压传动中，当变量泵的摆角为零时，振动轮的振动能迅速停止，振动轮没有余振。行走驱动和振动驱动都采用静液压传动后，可使二者更好地协调配合，保证了路面压实质量。例如，当行驶方向需要改变时，不会出现由于振动轮长时间的原地激振，而造成路面下沉的缺陷。（2）稳定土摊铺机稳定土摊铺机用于路面稳定土的摊铺、捣实和熨平，使路基具有一定密实度并达到要求的宽度。摊铺机的行走驱动系统和供料系统一般均采用静液压传动。行走静液压驱动由变量通轴泵和液压驱动马达仁定量马达或变量马达)组成，液压马达通过变速箱、差速器、减速箱、链传动驱动车轮。为了克服摊铺过程中，摊铺速度不稳定，一般液压泵采用电比例变量控制，以操作者的指令，对速度进行精确控制。当摊铺速度偏慢时，则增加泵的排量，使摊铺速度提高;当摊铺速度稍快时，则减小泵的排量，使摊铺速度降低。供料静液压传动由变量通轴泵和定量液压马达组成。液压泵的变量方式也是电比例控制变量，液压马达驱动链传动、刮板器、螺旋分料器完成稳定土的接收、供料和分料。（3）稳定土拌合机稳定土拌合机用于公路基础稳定土拌合作业。拌合机的行走驱动和拌合系统均采用由手动伺服控制变量通轴泵和定量液压马达组成闭式回路。（4）轮式装载机在欧洲，中小型轮式装载机的行走系统绝大多数采用静液压传动，比较著名的厂商有德国利勃赫尔公司、蔡特曼公司等。国内鼎盛天工公司引进了德国利勃赫尔公司L551B, L522轮式装载机制造技术。轮式装载机行走驱动负荷变化较大，它的静液压传动装置都由变量泵和变量马达组成闭式回路。而液压泵的变量控制方式为与转速有关的液压控制。（5）推土机静液压传动技术在国外中小功率推土机传动系统中已得到应用和发展，而我国在该方面的研究刚刚起步。2.农用机械领域联合收割机近20年来，静液压驱动技术在联合收割机上的应用非常普遍，与传统机械传动收割机相比，静液压联合收割机有以下优势：(1)行走速度与收割速度同步，其收获量的收获量提高5%左右；(2)辅助作业时间短，比机械无级变速联合收割机提高工效115-210倍；(3)特别适于收割倒伏作物或丰产作物；(4)劳动强度大大减小。3.海洋石油、船舶设备和其它传动方式相比，静液压传动以其具有高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点，确立了在绞车传动和控制领域的优势地位。静液压传动技术和传动元件在国内外的多个行业已有了广泛的应用和发展，针对不同的应用领域和设备具有相应的系统配置和适用元件。2.3 排缆技术方案绞车的一个成功设计指标在于能否将缆绳平滑、整齐地分层缠绕在卷筒上，平滑整齐的绕绳不但能减少缆绳的磨损，而且能增加对缠绕缆绳测量的准确度。排绳器可以帮助人们完成上述工作。通常情况下，如果卷筒中心线到最近的导向滑轮中心线的间距与卷筒宽度的比值大于20，在理论上可以不必使用排绳器而能保证缆绳排列整齐，但在实际的应用中，排绳器往往是绞车不可缺少的组成部分。排绳器一般采用“双向丝杠排绳”、“伺服驱动排绳”等多种形式。1.双向丝杠排绳双向丝杠排绳是传统的机械排绳方法，结构相对简单。双向丝杠也称“花杠”，具有牙形、螺距相同的双向螺旋线，螺纹呈现菱形;双向螺旋线在丝杠的两个设定端点重合封闭，使丝杠上的螺母能在行程的端点自动反向移动。双向丝杠排绳器在卷筒和丝杠间设计了固定传动比的减速装置，当卷筒转动时，卷筒传动经减速机构带动双向螺旋丝杠旋转，带动滑动箱体沿双向丝杠运动。当缆绳在卷筒上缠绕1圈后，滑动箱体带领缆绳相应沿卷筒轴向移动1个缆绳直径步长，实现整齐排缆的目的。排绳器设计有手轮离合器，用于滑动箱体初始位置的人工调整。对于双向丝杠排缆方式，在最多能达到3000圈的排绳过程中仁可能会排绳30层，每层可能绕绳100圈)，高精度的传动比对排缆效果至关重要，而以下因素对传动比有影响：（1）缆绳直径缆绳受张力后，直径会有所变化;变化后的直径数值只能通过实际的测试和试验来得到。（2）缠绕圈间的间隙为防止外层缆绳受张力后陷入里层，引起缆绳损坏，必须要将缆绳排“密”，尽量减少圈与圈间的间隙。（3）缆绳的变化对于设计好的排绳器，它只适用于某种固定尺寸卷筒和固定规格的缆绳。当绞车换用其它规格缆绳时，用户需要改变驱动链轮机构的传动比或重新设计卷筒。（4）双向丝杠的加工精度高精度、长距离的螺旋传动和行程端点螺旋线的高精度重合决定了双向丝杠加工较困难，必须依靠数控设备或由有经验的工人技师完成，生产成本较高。2.伺服驱动排绳伺服驱动排绳理论上可以在同一个卷筒上适用任意规格的缆绳;它的测量传感器能告诉其伺服驱动“缆绳在哪”，然后通过单向螺旋丝杠将缆绳传送到位。伺服驱动排绳可采用多种驱动方式:（1）采用步进伺服电机驱动丝杠旋转带动排绳器移动，采用PLC程序控制，并加装反馈用接近开关或行程传感器。伺服驱动排绳灵活、精确，易于调整，但设计复杂，成本较高。（2）采用变频减速电机驱动丝杠旋转带动排绳器移动，通过变频器人工调整电机转速、旋向，使排绳器的移动速度、方向与卷筒的排绳相协调。在排绳器的两端设置机械式行程开关或光学接近开关，用于控制变频电机反向。该项技术已应用于“国家海洋技术中心液压绞车实验设备”项目。3.液压驱动排绳液压驱动排绳采用电比例液压方向阀驱动液压油缸或液压马达带动排绳机构移动，通过电比例先导控制手柄人工开环控制排绳机构的移动方向和运动速度。该系统可以同时控制多个排绳机构同时运动，并能控制和纠正排绳的偏差。第三章 400KN液压绞车液压系统设计3.1 拟定液压系统原理图液压系统包括主液压系统、补油液压系统、循环液压系统。主液压系统为闭式控制系统，用于绞车机架液压马达的驱动控制；补油液压系统用于液压系统油液的循环、过滤和温度控制；循环系统为辅助温控系统。初步拟定液压系统原理图见图3.1.1。 1-粗过滤器 2-双联齿轮泵3-电动机 4-溢流阀 5-精过滤器 6-电动机 7-伺服变量泵8-单向阀 9-热交换阀 10 -溢流阀 11-高压溢流阀 12-液压马达 13-制动液压缸14-电磁换向阀 15-冷却器16-回油过滤器 17-冷却器 18-回油过滤器图3.1.1 液压系统原理图3.1.1主液压系统主液压系统是典型闭式回路静液压系统，包含主液压泵、主控制阀组、主泵冲洗回路、马达冲洗回路等部分，采用单泵双马达匹配方式。本绞车采用了电液伺服双向变量轴向柱塞泵和定量低速大扭矩液压马达。绞车的旋转方向和转速有液压泵液流方向和流量决定；绞车输出的最大扭矩有主系统高压溢流阀控制；绞车通过冲洗回路对主系统内的热油进行热交换；由液压主泵对绞车滚筒提供动力制动。主泵采用德国力士乐公司的A4VG斜盘式轴向柱塞变量泵，其具体特征如下：斜盘式轴向柱塞变量泵，典型用于闭式回路静液压传动，最大排量250m1/r,最高工作压力40MPa。泵的流量与驱动转速、排量成正比并可无级变量，流量随斜盘摆角可从零值增加到最大量，并且当斜盘摆过中位时液流方向会平稳改变。主泵后部串联辅助泵，用于补充液压油，克服内泄漏并为伺服阀提供油源，通过伺服阀控制主泵变量。辅助泵为内啮合齿轮泵，排量52.5 ml/r，设定补油工作压力Psp=2 MPa。采用伺服变量方式，灵敏可靠。泵的排量和输入电信号成正比。泵的两个高压腔均内置补油溢流阀，既可以分别设定两腔的最高压力，避免系统超载，又有补油阀的功能，补油流量通过该阀向两个高压腔补油。内置压力切断阀。在工作压力达到该阀的设定值后，泵的排量自动调整到零。该阀可在绞车加速和减速时阻止高压溢流阀的开启；采用压力切断功能，可以减少高压溢流阀的开启频率，减少高压溢流阀开启时的通过流量，减少系统发热。3.1.2 补油液压系统包含辅助泵组、冷却阀组和冷却器。辅助泵组选用CBGF1040/1018双联齿轮泵，电动机驱动。前泵排量40m1/r，出口设定压力40bar，一方面用于控制马达制动器，另一方面经过减压后向主系统补油。后泵排量18m1/r，用于通过冷却器辅助冷却液压油。3.1.3 循环液压系统包含循环泵组和冷却器，用于补充补油液压系统冷却效果的不足。3.2 卷筒主要参数的设计与计算3.2.1 钢丝绳长期以来，钢丝绳是按安全系数法选择的。其具体做法是：首先计算出起重机钢丝绳在工作中承受的最大静拉力,将最大静拉力诚意规定的安全系数n，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于钢丝绳，n=4.56.0。这么高的强度安全系数，在一般的零件强度计算中是从未有过的；再加上钢丝绳卷绕构件直径与钢丝绳直径之比不小于某一规定值，因而这种安全系数选择钢丝绳的方法，在一定程度上满足了使用寿命的要求。但是，安全系数在钢丝绳使用寿命方面的考虑是粗糙的，不能令人满意。有些制造商，为了减小钢丝绳直径（从而可缩减整个起重机构测尺寸），力图选择极限度很高的钢丝材料，过高极限强度的钢丝，导致钢丝绳使用寿命降低。为了解决钢丝绳使用寿命问题，有些国家的研究机构对此惊醒了长期的实验研究，积累了许多材料。其中比较有成效的德国斯图加特大学的实验。他们的研究，最终导致于如何选择 钢丝绳以保证有足够的寿命；他们的呃成果已经以计算标准的形式反映在DIN15020中，而国际标准ISO4308（钢丝绳的选择）以及我国标准GB/T3811-2008是在德国标准的基础上略加简化定制的。下面应用ISO4308标准规定的方法计算干死生直径：所选择的钢丝绳，其直径不应小于下式计算的最小直径：式中 C钢丝绳的选择系数S干死生的最大静拉力（N）在ISO4308标准中，系数C的的选择见下表3.2.1和3.2.2。表3-1 C和n值（天然纤维芯钢丝绳）机构工作级别选额系数C值安全系数n钢丝绳公称抗拉强度1470157016701770187019602160运动绳静态绳M10.0860.0830.0810.0780.0760.0750.0713.152.5M20.0890.0860.0830.0810.0790.0770.07733.352.5M30.0910.0880.0860.0830.0810.0790.07753.553M40.0970.0940.0910.0880.0860.0840.08043.5M50.1030.1000.0960.0940.0910.0890.0854.54M60.1150.1110.1080.1050.1020.0990.0955.64.5M70.1290.1250.1210.1180.1150.1120.10795表3-2 C和n值（钢芯钢丝绳）机构工作级别选额系数C值安全系数n钢丝绳公称抗拉强度1470157016701770187019602160运动绳静态绳M10.0820.0790.0770.0750.0730.0710.0683.152.5M20.0850.0820.0790.0770.0750.0730.0703.352.5M30.0870.0840.0820.0790.0770.0750.0723.553M40.0920.0890.0870.0840.0820.0800.07643.5M50.0980.0950.0920.0890.0870.0850.0814.54M60.1090.1060.1030.1000.0970.0950.0905.64.5M70.1230.1190.1160.1120.1090.1070.10295M80.1390.1340.1300.1260.1230.1200.11495工作级别选定M3，采用钢芯钢丝绳和双钩形式，公称抗拉强度取 ，系数取，。将上述数值代入中：验算：式中 钢丝绳的抗拉强度极限钢丝绳中金属丝截面与整个截面积的比值，与钢丝绳结构有关，一般（通常在钢丝绳性能表面上标注）考虑钢丝绳在绕制过程中的损失等因素的损失系数，一般取，代入上式中：安全系数满足要求，钢丝绳直径取d=33mm。3.2.2 卷筒1.卷筒直径当钢丝绳绕入卷筒或绕过滑轮是，钢丝绳中的钢丝将产生附加的弯曲应力，卷绕直径与绳径的比值D/d越小，弯曲应力越大。实验i奥名，钢丝绳的使用寿命随D/d的增大而增加，但当D/d到达极限值（大约为60）后寿命不再增加。实验还表明，在一次升降中钢丝绳通过的弯曲次数越多，其使用寿命也越短，而且与弯曲的形式和次序有关，例如，钢丝绳绕过滑轮的报价小于5是对寿命无影响，绕过滑轮比绕进卷筒对寿命的影响要大一倍，反向绕比正向绕影响要大一倍等。在实际计算中，为了简化，钢丝绳的最小卷绕直径由下式计算：式中 以钢丝绳中心线计算的钢丝绳的卷绕直径钢丝绳直径与起升机构工作级别有关的系数，见下表3.2.3表3.2.3 系数h的规定值机构工作级别卷筒h滑轮hM1M31416M41618M51820M62022.4M722.425M82628取卷筒h=14,代入中：按标准取卷筒直径D=500mm。卷筒机械效率取2.卷筒负载转矩：3.卷筒转速：3.2.3 一级开始直齿轮传动比取一级开始直齿轮传动比i=4.5。3.3 液压元件计算与选择3.3.1 液压马达1.液压马达转矩：式中 卷筒负载转矩液压马达转矩一级开式直齿轮传动比2.液压马达转速：式中 卷筒转速液压马达转速一级开式直齿轮传动比3.液压马达理论排量：式中 液压马达理论排量液压马达转矩液压马达进油口压力液压马达机械效率液压马达机械效率取，进油口压力设定为，代入上式中：根据上述计算，选用两台1QJM61-8型内曲线马达。表3.3.1 1QJM61-8液压马达技术参数型号排量（L/r）压力（MPa）转速范围（r/min）最大输出转矩（Nm）重量（kg）额定最大1QJM61-882031.51633.3.2 液压泵1.主液压泵（1）流量：式中 液压泵最大输出流量液压马达转速1QJM61-8型液压马达排量液压马达容积效率液压马达容积效率取，代入上式：根据需要，液压泵的最大输出流量应大于499.L/min，选用一台力士乐A4VG250伺服变量泵。表3.3.2 力士乐A4VG250伺服变量泵技术参数型号最大排量（mL/r）最大流量（L/min）系统工作压力（MPa）转速范围（r/min）A4VG2502505502480022002.辅助液压泵辅助液压泵选用CBGF1040/1018型双联齿轮泵。表3.3.3 CBGF1040/1018型齿轮泵技术参数型号排量mL/r压力（MPa）转速（r/min）容积效率大于总效率大于驱动功率(kW)额定最高额定最高CBGF1040/1018581417.52000250091%82%33.83.3.3 系统工作压力的确定1.液压马达工作压力液压马达实际工作压力差：式中 液压马达工作压力差（Pa）液压马达转矩（Nm）1QJM61-8型液压马达排量（L/r）液压马达机械效率液压马达机械效率取，代入上式：液压马达实际工作压力：式中 液压马达进油口压力液压马背压工作压力差2.制动系统工作压力3.补油压力3.3.4 液压阀的选择根据液压系统压力、流量选择液压元件，各元件型号如下表：表3.3.4 液压元件选型表名称型号数量高压溢流阀DBDS10P10/202热交换阀3WH6R-60/0F/B101单向阀S10P502溢流阀DBDS20P10/101溢流阀DBDS20P10/51电磁换向阀3WE5B-6.0/0AG24NZ5L粗过滤器XU-J160x1001高压过滤器ZU-H160x5DL1回油过滤器RFA-40x102冷却器GLC1-1.32第四章 液压站的设计 4.1 液压站的组成及类型4.1.1 液压站的组成液压站通常由液压泵组、油箱组