绞吸式挖泥船定位桩液压系统设计毕业论文(编辑修改稿)

绞吸式挖泥船定位桩液压系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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、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； 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； 横移力也受外界自然条件的影响，如风、水流及波浪等。 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 4~6m 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。 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 7 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 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 8 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。 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 9 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： 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 10 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 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 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。 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 11 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） 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 12 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 是 完成一个挖泥周期 图 31 系统工况流程图 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 13 二、负载分析 工作负载主要来于两个方面： 行走油缸带动定位桩做快进、工进操作时的阻力 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。 ① 水流阻力： TLVCFcc 221  C—— 流力系数 ，根据流向角、水深吃水比及船艏形状 取： C= c —— 水密度（ kN/s2*m4）； 水温 20℃时， c = cV —— 船舶吃水范围内的平均流速 （ m/s），这里取： cV = T—— 平均吃水（ m），根据天狮号的设计，吃 水取： T= L—— 船体长度（ m）， L=108m 则： 水流阻力 F1=1/2***（ ） 2 **108=320kN ② 风压阻力：由于受风面积较小。 故风压阻力可忽略不计。 ③ 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： Gf  查表得  =， G 根据经验取：（ 67000+5000） *=7056kN ,则 f=*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 1． 6 m，桩长 42 m，壁厚沿桩长的分布如表 31 所示： 表 31 定位桩壁厚沿桩长的分布（ mm） 桩段长度 9000 4000 3500 3500 8000 4000 8000 壁厚 25 30 40 50 60 40 25 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 RP— l 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 )。 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 14 图 32 总摩擦 力 随 RP— 1 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， maxF = 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+ maxF =l 由此可以得出液压缸在各个工作阶段的负载如表 32 示： 表 32 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= 0 F0= 快进 0 Q=1343kN F0=1343kN 挖泥 0 0 F0=0 工进 0 Q=1343kN F0=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 33 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 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 15 快进行程为 6m，故选择柱塞缸；拔桩同前者。 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 34）， 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 Mv ）有关。 先选定执行元件的形式及其工作压力 p ， 再按最大负载和预估的执行元件机械效率求出 A 或 Mv ，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 maxq 来。 表 34 按负载选择执行元件工作压力 负载 F/kN 5 510 1020 2030 3050 50 工作压力 p/MPa 34 45 57 （液压缸机械效率 m =） ① 提升 油缸： 最大负载 ： F1 / m =1530N，根据表 34，结合实际取 p1=25MPa； 由推力式： mpApAF )( 2211 。