起網(wǎng)起錨機(jī)設(shè)計(jì)及虛擬樣機(jī)建模

劉明　何洋　覃創(chuàng)業(yè)　劉桉彤　張梓昱

【摘 要】針對(duì)中小漁船捕魚機(jī)械配套難的問(wèn)題，研發(fā)了新型的起網(wǎng)起錨機(jī)。分析并確定了摩擦鼓輪載荷的形式和計(jì)算方法，利用Pro/e和ADAMS建立了該機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，為進(jìn)一步分析該機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】起網(wǎng)起錨機(jī)；虛擬樣機(jī)；ADAMS

中圖分類號(hào)： S972.68 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）26-0027-002

Starting Windlass Design and Virtual Prototyping Modeling

LIU Ming HE Yang TAN Chuang-ye LIU An-tong ZHANG Zi-yu

（School of Engineering，Bohai University，Jinzhou 121000，Liaoning Province，China）

【Abstract】In view of the difficulty of supporting small and medium-sized fishing boats fishing equipment， a new type of wind-up windlass has been developed. The forms and calculation methods of friction drum load were analyzed and determined. The virtual prototype model of the aircraft was established by Pro / e and ADAMS， which laid the foundation for further analysis of the dynamic characteristics of the aircraft.

【Key words】Net anchor winch； Virtual prototype； ADAMS

0 引言

近年來(lái)，隨著捕魚技術(shù)裝備的日新月異，我國(guó)的漁業(yè)捕撈裝備發(fā)展迅速。目前，在我國(guó)多數(shù)沿海地區(qū)，現(xiàn)有的漁船起錨機(jī)與捕魚起網(wǎng)機(jī)不相關(guān)聯(lián)，起錨機(jī)和起網(wǎng)機(jī)獨(dú)立工作，這樣無(wú)形中增加了設(shè)備購(gòu)置成本和人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了作業(yè)效率[1-3]。因此，研制中小漁船起網(wǎng)起錨設(shè)備，對(duì)提高生產(chǎn)安全性和捕撈效率具有重要意義。

針對(duì)以上問(wèn)題，研發(fā)了一種新型的起網(wǎng)起錨機(jī)，該機(jī)被固定安裝在船體甲板上，通過(guò)船體上的液壓系統(tǒng)控制馬達(dá)工作，通過(guò)改變馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)向，起網(wǎng)、起錨工作一人可完成操作，節(jié)約資金成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地空間小。

1 起網(wǎng)起錨機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

起網(wǎng)起錨是由箱體、齒輪、軸、摩擦轂輪、起錨鼓輪、連接盤、底座座等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1（a）、（b）所示。

（a）正視圖

（b）側(cè)視圖

起網(wǎng)起錨機(jī)的馬達(dá)輸出軸與變速箱內(nèi)的輸入軸連接配合并帶動(dòng)輸入軸上的齒輪（Z1）與Z2、Z3兩齒輪嚙合，同時(shí)齒輪（Z1）帶動(dòng)介輪（Z4）分別與Z5、Z6兩齒輪相嚙合，最后由與Z2、Z3、Z5、Z6齒輪相配合的輸出軸帶動(dòng)纏繞在摩擦轂輪的網(wǎng)綱，將網(wǎng)具平穩(wěn)的收起。起錨時(shí)，將纜繩纏繞在起錨鼓輪，啟動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)二個(gè)起錨轂輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)起錨。

2 摩擦鼓輪載荷模型

2.1 摩擦鼓輪摩擦力

該機(jī)起網(wǎng)過(guò)程中摩擦鼓輪的受力情況圖如2所示。摩擦鼓輪主要承受網(wǎng)綱拉力F、摩擦力f以及拉力FT，以輸出軸Ⅰ的摩擦鼓輪為研究對(duì)象確定摩擦鼓輪的摩擦力，其它摩擦鼓輪可采用同樣方法計(jì)算。

設(shè)網(wǎng)綱圓弧AMB段兩邊所受拉力為F和F1，將圓弧AMB分為n等份，每小段網(wǎng)綱長(zhǎng)設(shè)為△l，當(dāng)n→∞時(shí)，△l受摩擦力幾乎為零，每小段網(wǎng)綱兩端的拉力可視為相等，即F=F1，每小段網(wǎng)綱上的各點(diǎn)所受壓力均勻分布，則總壓力N為

N= krcosθdθ=2krsin =2Fsin （1）

式中：α1—包角（rad），k—壓力密度（N/m3），r—摩擦鼓輪半徑（m）。

由上式得單位長(zhǎng)度摩擦鼓輪的壓力為

k=F/r（2）

考慮摩擦力的影響，單位長(zhǎng)度網(wǎng)綱的摩擦力為

f=kμ=Fμ/r（3）

式中：μ—摩擦系數(shù)。

設(shè)圓弧AMB中任意一段（第i段）網(wǎng)綱兩邊的拉力及其摩擦力分別為Fi，F(xiàn)i+1，fi，有

Fi+1≈Fi+fi=Fi+△lkμ=Fi+ μ=Fi（1+ ）（4）

得 =1+ （5）

由上式可得

F= F （1+ ） =F e =F e （6）

同理，可確定F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)T

F =F/e F =F/e F =F/e F =F/e （7）

當(dāng)網(wǎng)綱纏繞摩擦鼓輪的圈數(shù)較多時(shí)，設(shè)等效摩擦力為fi，有fi'= e μdl=F （e -1）（8）

式中：m—纏繞圈數(shù)。

3 虛擬樣機(jī)建模

基于Pro/e的變量化設(shè)計(jì)和實(shí)體造型技術(shù)，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)完成各零件的建模以及裝配，建立起網(wǎng)起錨三維實(shí)體模型如圖3所示。

利用Mechanism/pro接口軟件，將模型導(dǎo)入Adams/view中。根據(jù)前述摩擦鼓輪負(fù)載計(jì)算方法相關(guān)參數(shù)對(duì)虛擬樣機(jī)模型添加載荷及驅(qū)動(dòng)，定義各零部件的材料屬性等，完成Adams/view軟件操作環(huán)境和虛擬樣機(jī)分析的前處理階段。

4 結(jié)論

研發(fā)了新型的起網(wǎng)起錨機(jī)，該機(jī)具有操作簡(jiǎn)單，安全，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。利用Pro/e和ADAMS建立該機(jī)的虛擬樣機(jī)模型，為進(jìn)一步改進(jìn)其設(shè)計(jì)參數(shù)，減少人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高捕撈效率，具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]農(nóng)業(yè)部漁業(yè)政管理局.中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2016.endprint