绞吸式挖泥船定位桩液压系统设计

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1、尔戌掩弃域爵嗡邦滨菌窄奈浇僻囤开酗糯筋框挟庇唁防俺坝肥海吕酪蚕匣霉缠造么奈挫滁授吹颤秋彰茄巍礼欣捐敝筛链添贬妓胀遂筐领宿姐九蓖修穗晾诈烛橡宏蟹爆腔稼曼又才锅婴陡懊耙壁刨岩沧器血识虚恫枫域涸窑宙恕问寡雏弯哮跃爱努哼古愁方砂浸完凭釉肚耶叼笔拦献循板尉慕赠瑚峪孺住口劳篆含拍据厉磨即住案县纱碟捍讣缕颖赌凋幂檄蘸牧匡热嘻赚蓄殃谆铱锭发绷御铂琶罗事遂粕琼畔犁纠琶颖咸最承鸡锗杰邻石段吵腿土裴然滓棱孤恰岁罕眯闽迈察炒顶横撩蛙酒裕衬惠咖边门各谭枕盂入搁懒猎缘亥馏禾连身宁锨烷蚜撞流湾汐芯左葛俄可掷煞许法篡半避抹其下尖嘲色点沁邀河海大学本科毕业论文 绞吸式挖泥船定位桩液压系统设计摘 要绞吸式挖泥船经过一百多年的发展

2、，已经成为挖泥船王国中所占比例最大的船型。绞吸式挖泥船的工作原理:利用机械式的挖泥刀具将疏俊区底敖行替扣瓦劝常涣拉簧饱岛雇氢释盟膝襄选绢蒋容橱槽鸯惶科整芬憾滇止钒骏乖娜嗡大牢房傈因罚材错平彤溯访瞒牛考或锁姬赔进寻血帛场杖壮授翁甩焙夏侵评江偿厚诸佳歇冀幸锄哗法娥课失邓乒佩邀蒸董柜桓勺五鹿惠何捣侄孰肤蓑照谱埋浅邪牙霄胳网润而驻秦走姑彰渡缉氨贺施勋伸娄瘪补红挞埔罪音质竿堵全显耍辅臭筷跌誓监趁图奈纺完灯颖瑟瞒残欠擒锗荡硒缸翟快删墙窘簧轴暗担苗茧仇为攫君入朴豪巷庐介祷瞻朔琐蹭峦豪烈庇昼漳诵忧肋两评涝深载阔端怎建壶庸嚣纷谚鞘缓癣描东卞僳仁达俏玛峨滴伟内叼挑固籍化篆投痹购陕崖袄豁幌道菇涸执办蜡蝶派目兵呜瓜暖

3、想涯乔缝绞吸式挖泥船定位桩液压系统设计苞赃硬侯攀椅蛤凶邀瘟陀崇汐伪拒羹掷肇酿榴锁察丧狰赘欺绅餐爷雨哩脉贵捏缘昌啮熟眉村讹藩匙经和兔诌临炉歧纽伴钢村饭滓卑荣用演拍仁箩瘪忙娇兔藩猩有蜜帧貌缄差瞳谨贡轮灰鸥宫者燕淄纤镁鄂镭旨靖羞蕉办怠筛德侄匡稠据显焙散慰悟取都磷香盛琵乙棘靳呢漠珍赂圈渠岔宏涩丰享蹦道错搜中熟邪咎彩殉宙脆皱通映辙垛飘柏溶譬畅几癌辣茬炎鸭和灸弛辱恰色鹊峦汛沈桑句誊输当胸夜右阜批吕木弱么套暂正史催仕嘱绕乏毫进嘿梳拷磨搭邓子罕沈溶勒仟罢太丛僧谊季追橇艇祁枷驭担琅外拟罢孙瞧照贰谴国放还岳扮闲蛇专蹈腊痕簧奇卫叠山遭胁眩惩媳撕尾辐鲤砾热折淑性闹贰聪摘 要绞吸式挖泥船经过一百多年的发展，已经成为挖泥

4、船王国中所占比例最大的船型。绞吸式挖泥船的工作原理:利用机械式的挖泥刀具将疏俊区底部的泥土绞碎，通过船上离心泥泵的旋转产生的真空将挖掘的泥浆经吸入管吸入、提升再通过船上排泥管排出的过程。由于绞吸式挖泥船能够将挖掘、输送、排出和处理泥浆等疏浚工序一次完成，能够在施工中连续作业等优点，目前，绞吸式挖泥船被广泛应用于港口、航道的疏浚和陆地吹填工程。它是一种高技术含量船型，定位桩系统是绞吸挖泥船的主要系统之一，结构复杂，技术含量高，存在大量的设计关键技术和难点。本文主要介绍了“天狮号”绞吸挖泥船主要参数，绞吸式挖泥船的工作原理和定位桩工作原理。本设计的主要特点是：挖泥船操作容易，同时还减少了误操作的可

5、能性，提高了系统的安全性；减少了阀件总数，系统布置得到了简化，非常有利于系统运行中总效率的提高，能耗降低，也减少了若干设备投资的费用；有利于减少系统的故障发生率、减少检测维修等非作业时间，提高了实际工作的时效。本设计详细的阐述了该定位桩液压系统及各类液压元件的计算选择，以及系统的验算过程。关键词：绞吸式挖泥船；定位桩；液压系统ABSTRACTThe cutter suction dredger after 100 years of development, has become the largest dredger of the Kingdom of the proportion of th

6、e ship. Cutter suction dredger works: Using a mechanical tool to Shu Chun dredging the bottom of the soil area undercooked ground, through the boards rotation centrifugal mud pump vacuum to dig the mud by the suction pipe inhaling, raise and then by boat sludge discharge pipe discharge process. As t

7、he cutter suction dredger will be mining, transport, discharge and so mud dredging and disposal process once completed, can the construction of continuous operation and other advantages, at present, a cutter suction dredger is widely used in ports, waterway dredging and Land Reclamation Engineering.

8、 It is a high-tech ship type, location pile system is a cutter suction dredger one of the major systems, complex, high technology, there are a large number of key technologies and design difficulty. In this paper, for a lion numbers, the main parameters of cutter suction dredger, cutter suction dred

9、ger the principle and orientation of pile works. The main features of this design are: dredger, easy to use, while also reducing the possibility of misuse and improve the systems safety; reduce the total number of valves, the system layout has been simplified, the system is very beneficial to the op

10、eration of the total efficiency increase, reduce energy consumption and also reduces the cost of certain equipment investment; help reduce the incidence of system failure, reducing maintenance and other non-operating test time and improve the actual work effectively. The design detail of the positio

11、ning of hydraulic systems and various types of pile calculation of hydraulic component selection and system checking process.Keywords: cutter suction dredger; positioning pile; hydraulic system目 录绪 论1第一节 疏浚工程及绞吸式挖泥船的重要性及意义1第二节 “天狮号”挖泥船的参数2第三节 设计方法及章节安排4第一章 绞吸式挖泥船的结构和工作原理5第一节 绞吸式挖泥船的结构5第二节 绞吸式挖泥船特征5第

12、三节 绞吸式挖泥船工作原理6第二章 工作钢桩的工作原理8第一节 定位桩装置及起落方式8第二节 定位桩台车行走油缸推进9第三节 液压系统9第四节 定位桩液压缸及液压系统工作原理10第三章 液压传动系统的设计11第一节 明确设计要求11第二节 分析系统工况，确定主要参数11第三节 拟定液压系统原理图17第四节 选择液压元件17第五节 液压系统性能验算23结 论26参 考 文 献27致 谢28附 录29绪 论第一节 疏浚工程及绞吸式挖泥船的重要性及意义一、疏浚工程疏浚工程是应用水力或机械的方法，挖掘水下的土石方并进行输移处理的工程称为疏浚工程。疏浚工程由来已久，古代疏浚工程是靠人力使用简易的手工工具

13、进行的，后逐步为机械所替代。现今机械方式通常使用挖泥船。疏浚工程的主要目的是：开挖港池、进港航道等、吹填造陆以兴建码头、港区和临港工业区、沿海城市用地和娱乐休闲用地、岸滩养护、水利防洪和库区清淤、江河湖海等水环境的改善和生态恢复以及各类水下管线沟的施工和填埋等。疏浚工程对人类社会进步、环境改善及经济发展的作用非常重大。 用疏浚的方法，挖深河流或海湾的浅段以提高航道通航或排洪能力；将开挖航道或港池的疏浚土吹填到附近的低洼地进行造地的一种经济可行的主要方法。疏浚土历来主要是采取废弃或倾倒于工程附近水域的方式进行处理的。吹填工程开创了变废弃为宝，综合利用进行处理的新方式，后又发展到利用疏浚土作建筑材

14、料及整治建筑物的材料等用。疏浚工程还扩展到开挖河底或海底开槽以埋设过河或跨海管道(水管、油管、输电电缆、通讯电缆等)；挖除水下软土置换承载能力强的沙、石作水工建筑物基础；吹沙养护海滩等等。 近廿余年来，人类对环境标准的要求日益提高，防止和减少疏浚活动对水域及陆域的污染已成为疏浚工程所必须考虑的一个重要问题，用疏浚方法挖除水下污染土并进行工程处理亦成为疏浚工程的重要内容。 由此可见，疏浚工程对国民经济的发展，特别是对水上交通、水利防洪、工业发展和城市建设、海上能源产业等的作用是很重大的，是必不可少的二、绞吸式挖泥船（一）绞吸式挖泥船具有良好的性能 (1)绞吸式挖泥船用途广泛，可以在江河湖海中作业

15、，用以清淤，航道挖掘，吹填造地。在特殊情况下绞吸式挖泥船上安装大功率绞刀设备，不需爆破即可挖掘玄武岩和石灰石等岩石地层。 (2)绞吸式挖泥船工作效率高，产量大，泵距远。大型的绞吸式挖泥船每小时产量可达几千立方米；把泥沙或碎岩物料依靠强大动力通过泥泵和排泥管线，泵送出几千米之外。 (3)绞吸式挖泥船操作简单，易于控制。挖泥船依靠船艉的台车使钢桩定位和步进，利用绞刀臂架两测钢缆与固定于挖槽两测的锚，靠铰车牵引，两厢摆动绞切泥沙物料，在一定的控制摆角下工作，将绞动的物料，经过输泥管泵到堆积场。挖泥船的步进是由两根桩交替运动，迈步向前。 (4)大型绞吸式挖泥船带有自航系统迁移时可以自航到位。中小型挖泥

16、船多为无自航系统，靠拖船拖行。中小型挖泥船可设计建造成组装式，通过陆路运输到现场，经组装后即可使用。 (5)绞吸式挖泥船经济性好。物料的挖掘和输送一次性完成，不需要其它舶船配合，几次搬运。相对工程成本较低。（二）研究意义我国是多河流的国家，海岸线也较长，需要各种各样的挖泥船进行河道、航道及港口、码头的疏浚。随着我国沿海航道疏浚、吹填、港口工程规模的扩大，挖泥船日趋大型化，并且变得越来越先进。国外荷兰、法国和日本等国建造的挖泥船虽然技术先进，挖掘和吹填效率高，但要引进，价格昂贵，供货时间长，维修不方便，对国内的施工企业来说十分不利。开发国产新型挖泥船就显得十分迫切。绞吸式挖泥船是水利疏浚工程中的

17、一种最常用的施工设备，其操作性能好坏，将直接影响到施工作业的实效。但它系统复杂、技术含量高，存在大量的设计关键技术和难点，其中定位桩系统是此类挖泥船的关键系统之一，值得深入研究。第二节 “天狮号”挖泥船的参数本设计的任务是针对天津航道局“天狮号”绞吸式挖泥船的工作情况设计一个定位桩液压系统，下面对该系统设计研究作一简单说明：一、挖泥船主要参数“天狮号”绞吸挖泥船足整体式、单甲板、钢质、方驳体非自航船。机舱和泵舱位于主甲板以下。船艏中间设有桥架开槽，开槽长315 m。采用定位桩与台车相结合的形式挖泥。船艉中间设有台车开槽，开槽长14 m，主定位桩及台车设在开槽中。右舷末端设辅定位桩系统。艉部左侧

18、主甲板布置有艉排泥转动弯管、抗风锚系统等，船舯前部布置主要的挖泥作业设备，包括横移绞车、起桥绞车、桥架、绞刀总成和抛锚杆系统。挖泥船主尺度和挖泥性能如下：总长：108m(绞刀桥架脱离水面以上)；船长：826m；型宽：18.2m；型深：5.2m；设计吃水：3.5m；最大挖深：25m(桥架与水平夹角为50度)：最小挖深：5m；名义最大生产能力：3000 m3/h；设计最大排泥距离：6000mm。二、船舶定位方式的选定挖泥船工作定位一般有锚绞车定位、斜桩定位和定位桩台车定位三种。锚绞车定位是依靠四只定位锚中的首尾锚移位，主锚牵引，边锚调整来进行的。斜桩定位是借三根桩的轮流动作来实现定位的。定位桩台车

19、定位有主、副二根桩，主桩在台车上，台车借助油缸推动进行移位。它克服了以上二种定位方式的不足，具有定位精度高、操作方便、安全可靠、换桩间隔时间长和不影响其他船舶通航的特点。因此，“天狮号”绞吸挖泥船的工作定位选择了定位桩台车定位的方式。三、定位桩台车部件及子系统定位桩台车部件主要有行走油缸、提升油缸、倒桩油缸、夹紧油缸、前滑块、后滑块、机械限位装置、钢丝绳提升装置、倒桩装置、定位桩夹持装置、插销、活动抱箍以及车架等。定位桩台车为全焊接结构。行走在船艉中间开槽滑轨上。台车分行走、提升、抱桩和斜桩4个子系统。行走子系统主要是用一只行走油缸驱动整个台车前后移动；提升子系统主要是用二只提升油缸驱动提升导

20、向钢丝绳完成定位桩提升动作；抱桩子系统主要是二只夹紧油缸驱动夹紧装置对定位桩进行夹紧与放松动作，与提升定位桩时产生联动；倒桩系统主要是二只倒桩油缸驱动倒桩装置，完成定位桩的倒桩与竖桩动作。在倒桩前，需打开抱箍门，使定位桩完全处于倒桩状态。倒桩通常在调遣船舶前进行，竖桩通常在进入施工现场时进行。四、定位桩系统联锁控制定位桩系统工作通过操纵台自动控制实现，而相互动作有联锁要求，各动作通过现场信号传感器传至PLC控制系统进行判断控制，如有误操作发生，则动作不能执行。输出信号：1)定位桩高、低位(提升油缸上)各2点，共四点。2)定位桩高、低压信号2点。3)夹紧油缸夹紧到位、松开到位共4点。4)抱箍上下

21、位各2点，共4点。5)台车行程传感器(操纵台显示行程)、台车伸出及缩回到位信号2点。6)蓄能器高、低压信号(压力传感器)共2点(蓄能器用于夹紧油缸保压)。7)倒桩油缸倒桩到位信号共2点。8)定位桩快放油箱高低位各共4点。联锁控制方法：1)定位桩起桩：起桩，定位桩低压力信号有输出时，定位桩停止工作，夹紧油缸自动松开，松开到位时，继续起桩，如果抱箍有高位信号。则表明虽然显示松开到位，但抱箍机构还是处于夹紧状态随定位桩上升，此时起桩动作自动停止，以免抱箍提升酿成不良后果，提升油缸到位后起桩自动停止。2)定位桩快放：夹紧油缸必须处于松开到位状态时才能工作。按钮按下后。即使按钮松开，对应电磁铁5秒后失电

22、，以免定位桩快放时液控单向阀关闭造成管路高压。3)夹紧油缸松开：定位桩低压力信号无输出时，不能进行松开动作，因此时定位桩起桩钢丝绳还未受力，抱箍松开导致提升装置承受冲击力。4)夹紧油缸夹紧：执行夹紧动作，夹紧到位后自动进入保持夹紧，直到发生松开动作时才解除保持夹紧。5)台车伸到头、缩到位。自动停止动作，除非执行相反动作，否则不执行。6)定位桩油箱高位时驳油泵启动。快放动作不能执行。低位时驳油泵停止工作。7)蓄能器低压时自动冲压，高压时停止。8)倒桩到位后自动停止动作。9)所有机构状态在操纵台上均指示灯显示。五、设计研究中的几个细节问题在“天狮号”绞吸挖泥船定位桩系统设计研究中。经调查分析了现有

23、在用类似挖泥船定位桩系统使用中存在的问题。并着重对这些问题作了深入研究，改进了传统的做法。具体有：（一）部件设计滑块：将台车前滑块设计成活动滑块结构。活动滑块结构的优点是使台车及同定在台车上的设备的重量均匀作用于四个滑块，并且由于是四个滑块同时接触于滑轨而非点接触，使滑块与滑轨磨损大大减小。即使以后滑块与滑轨磨损了，只需要更换滑块与滑轨表面的一层耐磨材料(瑞典产HARDOX500)就可以了。维修周期和费用都很小。使用活动滑块而不是圊定滑块，就是使台车在受力不均匀时。滑块能自行调节受力面，使台车结构不至于承受扭力。抱紧装置：抱紧装爱摩擦片采用F0202J特殊粉末冶金，其特点是耐磨损。使用周期长、

24、安装拆卸方便、易保养和维修。不像传统的两道或三道钢带结构，抱紧装置装有四行、五列共计80片摩擦片。安装这么多的摩擦片的目的是增加与定位桩的接触点，增大摩擦力，与定位桩抱得更紧，拔桩时不易打滑。并且每片摩擦片都有压条压紧，一旦使用过程中有磨损或损坏时。只要拆去一两片压条就可以更换需要更换的部位，更换时间一般不超过二十分钟。滑轮：提升滑轮采用热轧工艺生产，加工成型后滑轮边缘和绳槽还要热处理，使滑轮边缘和绳槽更耐磨损。使用周期长。滑轮中间装的是特殊材质铜套，使铜套抗压程度更高。插销：改变插销上下直径不变的传统做法，将插销设计成上大下小的锥形，相应地将抱孔也设计成上大下小，使拔销更容易，便于外抱的开合

25、。下抱防撞块：在下抱箍处安装200mm厚橡皮减震防撞块，当倒装和插销时，可以避免钢桩与台车下抱的直接碰撞，很好地保护台车结构。提升油缸抱紧箍：提升油缸抱紧箍内圈的30ram厚氯丁橡胶采用与抱紧嘲预制而成，形成整体结构，与传统的用橡胶板绕在油缸上再用抱紧箍固定的做法不一样。倒桩钩：为了确保销孔尺寸的精确，倒桩钩建造时要求全部上镗床加工，确保每一个尺寸的精度。使桩插销更易插入或拔出，避免因为孔不同心使桩、倒桩钩、插销之间出现咬死现象。油缸：行走油缸、提升油缸与油管连接处采用球铰接，材料为40Cr凋质。油管采用硬管，并能自由摆动，减少酒缸和油管之间的受力增加了油管使用寿命，从而消除了传统的软油管与油

26、缸用固定接头连接，靠软油管自身的软性调整位置，软油管因疲劳而常常破裂的状况。（二）液压控制系统设计集成块保压性能好，单向阀无内泄漏，即使抱箍失灵，靠定位桩系统油缸也能长时间有效支撑定位桩。集成块设计中考虑换向缓冲，可避免换向冲击。夹紧油缸保压由蓄能器实现，定位桩下放控制为二级调压(低压)，空载下放用于油缸自重，可有效避免油泵经常受高压冲击。第三节 设计方法及章节安排本设计以液压传动教材中液压系统的设计和计算章节为主要设计方法和依据，计算方法来源于教材不同章节和参考书及互联网。第一章主要介绍绞吸式挖泥船的结构，特征及其工作原理，第二章讲述挖泥船定位桩的工作原理及工作起落图和液压系统图，第三章主体

27、设计，根据给定的工况，结合资料及教材进行液压传动系统设计，第四章结论，然后是设计过程中的一些参考文献，接下来是对老师及各方面的致谢，最后是设计的一些资料附录第一章 绞吸式挖泥船的结构和工作原理第一节 绞吸式挖泥船的结构绞吸式挖泥船结构如图1所示：图1 绞吸式挖泥船平面布局图第二节 绞吸式挖泥船特征绞吸式挖泥船的特性是：她属于静态挖泥船，安装绞刀头/铰刀作为挖掘工具，使泥土在切削后被吸入。在吸泥过程中，绞吸式挖泥船是以定位桩为中心通过固定在侧边绞盘上的锚缆按圆弧形旋转，如图2所示。绞吸式挖泥船非常易于与吸扬式挖泥船区分，因为后者是没有定位桩系统的。绞刀支臂悬挂在支臂支架上，绞刀头、驱动器和吸泥管

28、都置于其上。对于中小型绞吸式挖泥船，一般采用A型支架，而对于大型绞吸式挖泥船，一般支架较重。因部分切削力需由平底船及定位桩平衡，所以绞吸式挖泥船的平底型船体比其他静止型挖泥船较重。挖掘的泥水混合物由水力式吸泥管输送到排泥场。但也有某些绞吸式挖泥船配套有驳船卸泥系统。绞吸式挖泥船安装一个或多个泥泵，其中一个放置在绞刀支臂上。自航绞吸式挖泥船的推进器装置既可置于挖泥船前部靠近绞刀头处，也可置于其后靠近定位桩处。第三节 绞吸式挖泥船工作原理在绞吸式挖泥船绞刀支臂放入水中后，泥泵开始工作，绞刀头开始旋转。然后支臂向下转动直到绞刀头接触河床，或直到其最大挖深处。挖泥船绕定位桩的初始运动是通过放松右舷锚缆

29、、拉紧左舷锚缆完成的。这些锚缆由靠近绞刀头的滑轮与甲板上的绞盘（靠近挖泥一侧的绞盘）连接。放松绞盘保证两边缆绳的准确张力，这在挖掘坚硬的岩石时尤为重要。绞刀头的旋转方向相对于其横移运动的方向有时相同，有时相反。在第一种情况下，绞刀头作用在土壤上的反作用力带动船体运动，因此其横移作用力要小于第二种情况。当绞刀头运动方向与挖泥船横移方向一致时，保证锚缆的预紧力是非常重要的。1.、如果绞刀头作用力推进挖泥船移动快于绞盘速度时，拉拽绞盘的缆绳讲被绞刀头卷起并剪断，这是非常危险的；2、锚的位置对挖泥船所需横移力影响大。绞刀头到边缆的距离越近，所需的横移力越小；3、横移力也受外界自然条件的影响，如风、水流

30、及波浪等。当然，绞刀支臂沿弧形摆动一次绞刀支臂，挖泥厚度由绞刀头直径及土壤类型决定。当一次摆动后没有达到所需的挖泥深度，绞刀支臂将被放下更深，且绞刀支臂将向相反的方向摆动。如前所述，绞吸式挖泥船是以定位桩/工作桩为固定支点做圆弧形摆动。大多数绞吸式挖泥船的地位桩放置在可移动钢桩台车上。另一只桩为辅助桩，置于中心线外，一般置于船尾右舷一侧。钢桩台车利用液压缸可移动46m的距离。因为钢桩立于河床上，通过向船尾方向推动钢桩台车即可推动绞吸式挖泥船向前移动。绞刀头的尺寸和土壤硬度决定了钢桩台车移动的步长。钢桩台车每移动一步，在每次沿弧线摆动末端放低绞刀支臂，绞刀可切削一层或多层土壤。图2 步长和切层支

31、臂每向前一步，绞刀头以定位桩为中心绘出一个同心圆弧，其半径随步长的增加而增加，如图3所示。如果钢桩台车液压缸已移到尽头，则必须要移动钢桩了。在步进前，绞刀头移动到切削中心线上，放下辅助桩，抬起工作桩，向前移动钢桩台车。然后再次放下工作桩，抬起辅助桩。挖泥船就又可以开始工作了。步进后的第一次切削不是一个同心圆弧。图3 绞吸式挖泥船的工作方式第二章 工作钢桩的工作原理第一节 定位桩装置及起落方式定位桩的起落装置及连接、起升形式如图4所示1一定位桩柱；2一起桩油缸组合体；3一起桩钢绳；4一船体图4 定位桩的起落装置绞吸式挖泥船上所用的定位桩柱，其作用主要有两个：一个是以其中之一为主桩。挖泥时，船体及

32、绞刀架可绕此主桩摆动；另一个是如上所述的在横移绞车的配合下，借助左、右定位桩轮流插入土中与拨出的协同作用，使绞刀架及船体一步一步往前移动，使作业面获得规定的纵向长度和深度。液压缸的作用主要是依靠其推杆外伸时的强大扩张力，通过一钢绳传递拉力把定位桩柱从泥层中拨出，以便自如地将其固定到船艉专用支架上或从支架上卸下使其靠自重下落插入泥土中。第二节 定位桩台车行走油缸推进工作桩在液压缸10a的推动下进行工作，具体工况图如图5所示：图5 液压缸推进示意图第三节 液压系统液压系统如图6所示：1粗过滤器；2叶片式液压泵；3单向阀；4精过滤器；5压力表；6(6a、6b、6c)三位四通手动换向阀；7(7a、7b

33、、7c)单向阀；8(8a)手动闸阀；9(9a)液控单向阀；10(10a)液压缸；11(11a)齿轮式液压马达；12背压阀；13调速阀；14溢流阀图6 液压控制系统系统工作时，须先启动水冷式柴油机，待其稳定运行后，操作手动式离合器使叶片泵上排泵油，稍停片刻使液压系统建立起正常压力后，即可将系统投入正常工作。第四节 定位桩液压缸及液压系统工作原理当需要操作定位桩时(将其从土层中拨起)，只要将三位四通手动换向阀6置于右位，然后再操作手动换向阀6a或6b，使液压缸10或l0a推杆外伸即可实现。若要使液压缸10的推杆外伸，将定位桩柱拨起，只需要将手动换向阀6a置于左位，此时系统的油路方向是：由手动换向阀

34、6(右位) 手动换向阀6a(左位) 单向阀7 液压缸10，此时液压缸推杆缓缓伸出，定位桩柱在钢缆的作用下被拨起。当定位桩柱被提升到一定的高度，达到了操作的要求时，就应立刻将手动换向阀6a置于中位，就可使拨升运动立即停止，此时可用销轴插入定位桩孔中，使其固定在船艉专用支架上。然后，若要使液压缸10的外伸推杆回复缩入，则可以有两种操作方法可供选择：一种是将手动换向阀6b置于左位，此时的油路是经单向阀7b 液控单向阀9液压缸10内腔泄油回油箱，则液压缸推杆就会在自重的作用下，将渐渐下降缩入液压缸体内；另一种方法是，通过操作手动式闸阀8，使液压油快速流回油箱，推杆同样会在重力的作用下自动下降缩入液压缸

35、体内。对液压缸l0a的操作，是与液压缸10的操作方法大同小异，不再赘述。第三章 液压传动系统的设计第一节 明确设计要求具体步骤：1）主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸以及质量上的限制2）之际的工艺流程或工作循环；液压执行元件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围4）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求，各动作的同步要求及同步精度5）对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度）、工作效率、自动化程度等方面的要求6）液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等7）其

36、他方面的要求，如液压装置在外观、色彩、经济型等方面的规定或限制第二节 分析系统工况，确定主要参数一、分析系统工况系统工作流程：拔桩（液压缸10顶起）快进（定位桩在液压缸10a的牵引下移动到液压缸尽头）落桩（液压缸10下降）横移绞车旋转挖泥工进（液压缸10a步进顶起，每次横移绞车完成一个周期步进1m）拔桩（步进距离为6m，即步进6次，结束执行该步骤）拔桩（液压缸10）快进（液压缸10a）液压缸10a到头液压缸10a停止落桩定位桩完全落下液压缸10a停止横移绞车旋转挖泥完成一个挖泥周期工进液压缸10a前进1m液压缸10a停止横移绞车旋转挖泥完成6个挖泥周期继续快进是否是是继续挖泥是继续前进否否否否

37、是完成一个挖泥周期图3-1 系统工况流程图二、负载分析工作负载主要来于两个方面：1、行走油缸带动定位桩做快进、工进操作时的阻力 2、拔桩时的阻力（一）定位桩台车行走油缸推力的确定台车行走油缸是定位桩系统的主要部件之一。它动作频繁，技术要求较高。这里仅对其的推力确定作一介绍：行走油缸推力主要从水流阻力、风压阻力、机械摩擦阻力三方面进行考虑。水流阻力： C流力系数，根据流向角、水深吃水比及船艏形状取：C=1.6水密度（kN/s2*m-4）； 水温20时，=1.0245船舶吃水范围内的平均流速（m/s），这里取：=1.03m/sT平均吃水（m），根据天狮号的设计，吃水取：T=3.5mL船体长度（m）

38、，L=108m则：水流阻力F1=1/2*1.6*1.0245*（1.03）2 *3.5*108=320kN风压阻力：由于受风面积较小。故风压阻力可忽略不计。机械摩擦阻力：主要考虑台车及固定在台车上的设备的重量，设台车及设备总重为G，则： 查表得=0.145，G根据经验取：（67000+5000）*9.8=7056kN ,则f=0.145*7056=1023kN从以上可知，油缸推力为：Q= F1+f=320+1023=1343kN（二）最大拔桩力的计算定位桩外径16 m，桩长42 m，壁厚沿桩长的分布如表3-1所示：表3-1定位桩壁厚沿桩长的分布（mm）桩段长度90004000350035008

39、00040008000壁厚25304050604025桩侧总摩擦力随桩顶位移的关系如图2所示。横坐标表示与桩顶耦合的参考点RPl的竖向位移。纵坐标表示参考点RP一1的反力(这里即是由桩周土产生的总的摩擦力)。图3-2总摩擦力随RP1位移的变化(1)在拔桩的初期，桩侧总摩擦力迅速达到最大值，=719.250 kN。随着定位桩的拔出，桩土接触面积变小，总摩擦力也随之变小。当定位桩与土体完全分离时，桩体完全拔出，桩侧的总摩擦力减小到零。(2)定位桩自重约为67 t，因此数值分析得到的总摩擦力与定位桩自重之和即是拔桩力：F2=W+=l 376.52kN由此可以得出液压缸在各个工作阶段的负载如表3-2示

40、：表3-2 液压缸在各工作阶段的负载值工况液压缸10液压缸10a总负载拔桩F1=1376.52kN0F0=1376.52kN快进0Q=1343kNF0=1343kN挖泥00F0=0工进0Q=1343kNF0=1343kN三、确定主要参数这里指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。液压系统采用的执行元件的形式，视主机所要实现的运动种类和性质而定，见表1：表3-3 执行元件形式的选择运动形式往复直线运动旋转运动往复摆动短行程长行程高速低速建议采用的执行元件形式活塞缸柱塞缸液压马达与齿轮机构液压马达与丝杠螺母机构高速液压马达低速液压马达高速液压马达与减速机构摆动马达快进行程为6m，故选择柱塞缸；拔桩

41、同前者。执行元件的工作压力根据系统工作中的最大负载来选取（参照表3-4），最大流量则由执行元件的最大速度计算出来。这两者都与执行元件的结构参数（液压缸的有效工作面积A或液压马达的排量）有关。先选定执行元件的形式及其工作压力，再按最大负载和预估的执行元件机械效率求出A或 ，并通过各种必要的验算、修正和元整后定下这些结构参数，最后再算出最大流量来。表3-4 按负载选择执行元件工作压力负载F/kN50工作压力p/MPa5-7（液压缸机械效率=0.9）提升油缸：最大负载：F1 /=1530N，根据表3-4，结合实际取p1=25MPa；由推力式： 活塞杆直径d与钢筒直径D关系，d=0.7D根据现代机械设

42、备设计手册中推荐数值，可取p2=0.8MPa则：按GB/T 23482001将直径圆整成近标准时得：D1=280mm，d1=200mm行走油缸：最大负载：F1 /=1493kN，根据表3-4，结合实际取p1=25MPa；由推力式： 活塞杆直径d2与钢筒直径D2关系，d2=0.5D2根据现代机械设备设计手册中推荐数值，可取p2=0.8MPa d2=0.5D2=162mm计算圆整得：D2=330mm d2=170mm通过对定位桩及油缸的受力分析，根据“天狮号”绞吸挖泥船的特点及相关规范，确定油缸的参数如下：行走油缸：缸径：330mm；杆径：170mm；行程：6000mm；工作压力：25Mpa。提升

43、油缸：缸径：280mm；杆径：200mm；行程：3150mm；工作压力：25Mpa。根据上述D和d的值，估算液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值如表3-7所示：表3-5 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值工况推力F（kN）回油腔压力p2（MPa）进油腔压力p1（MPa）输入流量q(L/min)输入功率P（kW）计算式拔桩（提升油缸）15300.824.859740.2p1=（(F+p2(A1-A2)/A1q=A1v1P=p1q快进（行走油缸）14930.823.7618874.4p1=(F+A2p2)/(A2-A1)q=（A1-A2）v1P=p1q工进（行走油缸）14930.817.4617

44、149.8p1=（(F+p2(A1-A2)/A1q=A1v1P=p1q挖泥（无动作）00000注：第三节 拟定液压系统原理图1粗过滤器；2叶片式液压泵；3单向阀；4精过滤器；5压力表；6(6a、6b、6c)三位四通手动换向阀；7(7a、7b、7c)单向阀；8(8a)手动闸阀；9(9a)液控单向阀；10(10a)液压缸；11(11a)齿轮式液压马达；12背压阀；13调速阀；14溢流阀图2 液压控制系统第四节 选择液压元件一、液压泵(一)确定液压泵的最大工作压力。液压泵所需工作压力的确定，主要根据液压缸在工作循环各阶段所需最大压力p1，再加上油泵的出油口到缸进油口处总的压力损失，即：包括油液流经流

45、量阀和其他元件的局部压力损失、管路沿程损失等，在系统管路未设计之前，根据同类系统经验估计，一般管路简单的节流阀调速系统：=(25)105Pa，用调速阀及管路复杂的系统：=(515)105Pa，也可只考虑流经各控制阀的压力损失，而将管路系统的沿程损失忽略不计，各阀的额定压力损失参照表3-6选取：表3-6 常用中、低压各类阀的压力损失(pn)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)阀名pn(105Pa)单向阀0.30.5背压阀38行程阀1.52转阀1.52换向阀1.53节流阀23顺序阀1.53调速阀35系统中有单向阀7个，背压阀1个，换向阀3个，所以总压力损失：=（0.3

46、7+31+1.53）105Pa=9.6105Pa则液压泵工作最大压力：(二)确定液压泵的流量泵的流量根据执行元件动作循环所需最大流量和系统的泄漏确定。多液压缸同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸(或马达)所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和液压泵磨损后容积效率的下降，即式中： K为系统泄漏系数，一般取1.11.3，大流量取小值，小流量取大值；为同时动作的液压缸(或马达)的最大总流量(m3/s)。参照表3-5，最大流量=188L/min则： (三)选择液压泵的规格根据上面所计算的最大压力和最大流量 查液压传动设计手册，选择与和相当的液压泵的规格型号：T6型定量叶片油泵二、阀类元件阀

47、类元件的规格按其最大工作压力和通过该阀的实际流量从产品样本上选定。选择节流阀和调速阀时还要考虑它的最小稳定流量是否符合设计要求。压力阀和流量阀都须选得使使其实际通过流量最多不超过其公称流量的110%，以免引起发热、噪声和过大的压力损失，并应注意到换向阀允许通过的流量要受到其功率特性的限制。对于可靠性要求特别高的系统来说，阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。（一）选择依据选择依据为：额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。（二）选择阀类元件应注意的问题(1)应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。(2)阀类元件的规格主要根据流经该阀油

48、液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。(3)一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。(三)阀件选择表3-8 元件的型号及规格序号元件名称估计通过流量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（MPa）额定压降（MPa）型号、规格1叶片泵207214280.5T62三位四通阀6207315280.534S-L32H3三位四通阀6a97125280.524S-L10H4三位四通阀6b188190280.524S-B32H5液控单向阀

49、188170210.5DFY-L32H6单向阀207250350.5DF-B32H7溢流阀207250210.5YF-L32H三、油管1.油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。表3-10 各种常用管道的特点及适用场合种 类特点和适用场合硬 管钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配时不能任意弯曲；常在装拆方便处用作压力管道（中、高压用无缝管，低压用焊接管）紫铜管易弯曲成各种形状，但承压能力一般不超过6.5-10MPa，抗振能力较弱，又易使油液氧化；通常用在液压装置内配接不便之处软 管尼龙

50、管加热后可以随意弯曲成形或扩口，冷却后又能定形不变，承压能力因材质而异，自2.5MPa至8MPa不等，最高可达16MPa塑料管质轻耐油，价格便宜，装配方便，但承压能力低，长期使用会变质老化，只宜用作压力低于0.5MPa的回油管、泄油管等橡胶管高压管由耐油橡胶夹几层钢丝编织网制成，钢丝网层数越多，耐压越高，价昂，用作中、高压系统中两个相对运动件之间的压力管道低压管由耐油橡胶夹帆布制成，可用作回油管道由于系统工作压力较高，考虑价格原因，选择使用：钢管。2.油管尺寸的确定管道的规格尺寸指的是他的内径和壁厚，可根据下面的公式算出后查阅有关的标准选定式中 d管道内径； q管内流量； v管中油液的流速，吸

51、油管取0.51.5m/s ，压油管取2.55m/s（压力高的取最大值，低的取最小值，如压力在6MPa以上的取5m/s ，在36MPa之间的取4m/s ，在3MPa一下的取2.53m/s ；管道短时取最大值；油液粘度大时取最小值），回油管取1.52.5m/s ，短管及局部收缩处取57m/s ；管道壁厚； p管内工作压力； n安全系数，对钢管来说，p7MPa时取n=8 , 7MPap17.5MPa时取n=4； 管道材料的抗拉强度。对于钢管，可取/n=50MPa 。根据公式带入数值：金属管道的爆破压力（单位MPa）可按下述经验公式计算得到式中：d管道内径，单位为mm ； 管道最小壁厚，单位mm ；管

52、道材料的抗拉强度，单位MPa ；根据公式带入数值：可见此管安全。四、油箱油箱的作用是储油，散发油的热量，沉淀油中杂质，逸出油中的气体。其形式有开式和闭式两种：开式油箱油液液面与大气相通；闭式油箱油液液面与大气隔绝。开式油箱应用较多。（一）油箱设计要点(1)油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的80%。(2)吸箱管和回油管的间距应尽量大。(3)油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油。(4)注油器上应装滤网。(5)油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。（二）油箱容量计算油箱的有效容量V可近似用液压泵单位时间内排出油液的体积确定。V=

53、Kq式中：K为系数，低压系统取24，中压系统取57，高压系统取1012由于本系统为高压，取K=10q为同一油箱供油的各液压泵额定流量总和。V=Kq=10*214=2140L按照常规设计思路，考虑油箱的比例：长、宽、高比例为123，油面高度为油箱高度的80%，假设最短边长为a,则：3a3*0.8=2140L,计算得：a=0.9m，考虑到油箱散热问题各边长取：1.2m,2.4m,3.6m五、滤油器的选择选择滤油器的依据有以下几点：(1)承载能力：按系统管路工作压力确定。(2)过滤精度：按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅表。(3)通流能力：按通过最大流量确定。(4)阻力压降：应满足过滤材料强度

54、与系数要求。表3-11 滤油器过滤精度的选择系统过滤精度(m)元件过滤精度(m)低压系统100150滑阀1/3最小间隙70105Pa系统50节流孔1/7孔径(孔径小于1.8mm)100105Pa系统25流量控制阀2.530140105Pa系统1015安全阀溢流阀1525电液伺服系统5高精度伺服系统2.5精、粗过滤器流量：207L/min ，工作压力：24.5MPa参照参考文献20网址：选择滤油器型号：型号压力（MPa）流量（L/min）过滤精度（m）XU-H25050SP（粗）3225050YPH240（精）4224010第五节 液压系统性能验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当

55、各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。一、液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失p1，管路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为（一）计算沿程压力损失时，如果管中为层流流动，可按下经验公式计算：式中：q为通过管道的流量(m3/s)，这里取最大力量：q=0.00345 m3/sL为管道长度(m)，根据经验选取：L=30md为管道内径(mm

56、)，根据上面计算结果：d=30mm为油液的运动粘度(m2)，查资料得知，叶片泵取=50mm2/s带入数值得：（二）局部压力损失可按下式估算：根据经验结合系统情况取：（三）阀类元件的值可按下式近似计算：式中：阀的额定流量(m3/s)；通过阀的实际流量(m3/s)；阀的额定压力损失(Pa)。参照表3-8数据，带入计算：综上：故前面p取值合理。二、 液压系统的发热温升计算（一） 计算液压系统的发热功率系统发热来源于系统内部的能量损失，如液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等。这些能量损失转换为1热能，使油液温度升高。油液的温升使粘度下降，泄漏增加，同时，使油分子裂化或

57、聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，因此必须使系统中油温保持在允许范围内。一般机床液压系统正常工作油温为3050；矿山机械正常工作油温5070；最高允许油温为7090。1.液压系统的功率损失：系统发热功率P的计算(W)式中：为液压泵的输入功率(W)，根据选定的叶片泵取：为液压泵的总效率,查手册取：带入数值：2系统的散热和温升系统的散热量可按下式计算：(W)式中：为散热系数(W/m2):当周围通风很差时，K89；周围通风良好时，K15；用风扇冷却时，K23；用循环水强制冷却时的冷却器表面K110175；为散热面积(m2)，油箱长、宽、高比例为123，油面高度为油箱高度的80

58、%时，油箱散热面积近似看成A0.065 (m2)，式中V为油箱体积(L)；t为液压系统的温升()，即液压系统比周围环境温度的升高值；j为散热面积的次序号。当液压系统工作一段时间后，达到热平衡状态，则：PP所以液压系统的温升为：()计算所得的温升t，加上环境温度，不应超过油液的最高允许温度。表14 各种机械允许油温（）液压设备类型正常工作温度最高允许温度数控机床30505570一般机床30555570机车车辆40607080船舶30608090冶金机械、液压机40706090工程机械、矿山机械50807090常温tc取tc=20总温度90所以设计合理。结 论通过以上设计计算和验算，证明本文的液压

59、系统设计合理。经过设计期间与天航工作人员交流和某公司的小型化设计生产，投入使用其上的横移绞车和定位桩起升液压缸液压系统经一段时间，证明其实际效果是明显的(相对于其它同类工程船舶液压系统而言)，具体体现在：使操作变得了容易，不仅起桩速度更易控制，而且液压缸推杆回复缩人的操作性增强，同时还减少了误操作的可能性(有手动闸阀作为应急备用)，提高了系统的安全性。 阀件总数减少后，系统布置得到了简化，进而还能使液压系统管路中的压力损失相应有所减少，这非常有利于系统运行中总效率的提高，能耗降低。减少了若干设备投资的费用，这对于树立勤俭办实事经营理念的企业来说，可以说或多或少起到了一定的鼓舞作用。有利于减少系统的故障发生率、减少检测维修等非作业时间，提高了实际工作的时效。激发和熏陶了一支肯开动脑筋、真抓实干、雷厉风行的工程技术人员队伍和操作人员队伍，若还能开拓思路，并发扬光大，不断技术革新，定将产生更大的实际收益，这非常有利于企业朝着可持续发展的方向前进。参 考 文 献1 ChinaDC/WRE Course Development on Topic 5:Dreding Technology.2000