500t游艇搬運(yùn)機(jī)液壓卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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。

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