电气工程及其自动化毕业设计：船舶电动液压锚机控制电路的设计.doc

1、 本科 毕业设计 船舶电动液压锚机控制电路的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 船舶在停泊时，会受到风力、水力以及船体摇摆时的惯性力的作用，为了平衡这些力就必须依靠锚机和系缆设备，使船舶安全地停泊在水面或系泊于 码头、浮筒上，此外还要作为船舶靠离码头的辅助设备。 目前，船舶电力拖动设备大多仍以继电器控制为主。而且很多的船舶电气设备由于需要长时间连续工作或频繁操作，所处的工作环境还十分恶劣 (潮湿、盐雾、高温、粉煤尘等），尤其是船舶锚机等船舶甲板机械的电力拖动设备，即使严格按照各项条例对其进行维护保养，也总难免出现较高的故障

2、率。而且现在电动锚机控制复杂，操作不便并且有一定的危险。针对目前电动锚机控制的不足，加入液压控制，设计电动液压锚机的控制电路。 本设计的液压锚机控制电路稳定性、可靠性和安全性高，操作方便，适合中小型船舶的推广使用。 关键词： 锚机；液压锚机；控制电路 II Abstract Ships docked， will be affected by the wind， hydraulic and hull fro the role of inertial force， in order to balance these forces must depend upon the windlass and

3、mooring equipment Make the ship safely on the surface or anchor mooring buoy， in dock， In addition， as the ship from the pier by auxiliary equipment,At present， most of them still ship electric drive equipment to relay control mainly Most of the Marine electrical equipment due to the need for long t

4、ime continuous work or frequent operation， And in place of work environment is very bad (wet， salt fog， high temperature， powder coal-dust， etc ) Especially ships anchor machine such as ship deck machinery power drag equipment， Even in strict accordance with the ordinances of its maintenance，always

5、also appears unavoidably higher failure rate And now electric windlass control complex， operation and a dangerous inconvenience In view of the present electric windlass control insufficiency， join hydraulic control system， design of electric hydraulic windlass control system This design of anchor ma

6、chine control system stability， reliability and high safety， convenient operation， suitable to medium and small-sized shipping popularize the use Keywords： anchor machine； Hydraulic windlass； Control circuit III 目录 摘 要 .I ABSTRACT .II 前言 .1 第 1 章 绪论 .2 1.1 船舶锚机控制技术的国内外现状及发展趋势 .2 1.2 本课题的研究内容和意义 .3 1

7、.2.1 本课题研究的意义 .3 1.2.2 本课题的基本内容 .3 第 2 章 锚、锚链、锚机 .4 2.1 锚的分类和简介 .4 2.2 锚链的介绍 .6 2.3 锚机的分类和介绍 .7 第 3 章 船舶电动液压锚机控制电路 .10 3.1 船舶锚机控制电路的组成 .10 3.1.1 主电路 .10 3.1.2 控制电路 .10 3.2 船舶电动液压锚机控制电路总结构图 .12 3.3 船舶电动液压锚机控制电路的工作原理 .12 3.4 电动锚 机拖动操作要求和控制线路的特点 .14 3.5 电动锚机控制电路的不足 .15 第 4 章 船舶电动液压锚机控制电路设计 .16 4.1 船舶电动

8、液压锚机的构成 .16 4.2 液压锚机的液压控制 .17 4.3 改进的电动液压锚机的电路图设计 .19 4.4 改进的液压控制电路工作原理 .20 4.5 电动机及控制电路元件选型 .21 总结和展望 .24 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .25 1 前言 船舶作为重要的交通工具依然保持着无可替代的地位，尤其是在进入 21 世纪以来，在这个全球经济一体化的发展过程中，船舶更是承担着 90%以 上的国际贸易货运量，船舶行业有着很好的前景。锚机作为船舶必须配备的重要甲板机械，它主要用来使船安全地停泊于锚地或系泊于码头及浮筒。 目前一般中小型的船舶大都采用交流变极变速异步电动机，以双

9、速二绕组或三速二绕组两种类型为主。但是由此组成的电动锚机传动装置体积巨大、重量笨重、过载能力差、调速范围有限。就其这些缺点，随着国际和国内先进的液压控制系统的出现都已改用液压锚机。液压锚机的出现解决了电动锚机的各个缺点，使得锚机的体积变小、重量减轻，防过载能力也大大增强，且可实现一定程度的无级调速。液压锚机的特点是以电力作 为驱动，用液压实现控制，结合了电与液的优点，弥补电动锚机控制的不足。 2 第 1 章 绪论 1.1 船舶锚机控制技术的国内外现状及发展趋势 上个世纪后五十年，可以说是科学技术高速发展突飞猛进的时期 , 科学的发展促进了社会的进步 ,随着全球经济的发展，为了满足世界贸易不断发

10、展的需要 , 远洋运输船舶走向大型化和高速化、进步。船舶作为重要的运输工具依然有着无可代替的地位。 随着船舶自动化程度的不断提高，国外工业化国家在八十年代中期就开始了未来 船舶的研究工作。我国古代船舶在船体结构和动力方面，在世界造船、航运史上创造了不少辉煌的记录，但是近百年来，我国船电工业落后西方较大的距离。 80 年代开始，我国积极从国外引进船用电气设备制造的先进技术，加以消化吸收，并积极开展国际交流和学术交流活动，按IEC 标准修订我国船电设备的标准，以适应船舶向大型化、自动化方向发展的需要。 船舶在抵达港口装卸货物上下旅客、或因避风、等候泊位、接受检疫等，都须在港内或港外可靠的泊位，为了

11、平衡船体所受到的风力、水流力及横摇和纵倾所产生的惯性力以保持船位。这些使船舶可靠停泊、保持 船位的设备即为锚设备和缆设备，统称为系泊设备。 锚设备由锚、锚链、锚链筒、挚链器和锚机等组成。利用锚机收放锚和锚链，即可起锚或抛锚。利用起锚和抛锚还可以帮助船舶安全离靠码头和在紧急情况下使船舶制动。 缆设备由系船缆、带缆桩、导缆孔、缆索卷车和绞缆机等组成。在停泊、移泊位等绞动船舶时使用。 舵机和锚机作为舰艇的重要设备 ,近年来，舵、锚两机在技术上得到了新的发展，尤其是在小型舰艇的甲板机械方面，得到了快速的发展。“ 七五” 、“ 八五”这年中，小型锚机引入了用摆线针轮减速器替代原先的蜗轮减速器，开创了锚机

12、的新结 构，引起造船界的很大关心和兴趣。原先电动起锚绞盘采用蜗轮减速器，后来采用由阿基米德蜗杆发展成球面蜗杆传动，传动效率得到较大提高，承载能力也成倍增加。但是球面付蜗轮蜗杆加工比较困难，尤对锚机言尚属单件生产范畴。随着摆线针轮减速器技术和理论的发展，硬齿面高负荷摆线针轮减速器产品的市场商品化，继而采用摆线针轮减速器的电动起锚绞盘亦就问世。由于摆线针轮减速器传动效率较球面付蜗杆传动效率至少高个百分点，加之尺寸、体积又有减小，重量也随之下降。采用摆线针轮减速器的电动起锚绞盘，功耗一般可节省以上，尺寸也小，重量一般可减 轻。另外由于锚绞盘、减速器、立式电机垂直组装在一起，使得该型锚机在舰艇上的安装

13、非常方便，采用整体式一次吊装而不需拆装重新调试，安装工时只及原来的几分之一。与此同时，相配套的锚机电控部分采用了主令和电控制箱合一的新颖结构，用组合开关和一只接触器代替原先至少五只接触器，使尺寸、成本都有明显下降。经台以上的使用证明，采用组合控制箱、摆线针轮减速器的新型锚机，以其自身的优点将在锚机领域占有重要的一席并不断发展 , 目前已由民用船扩大到军用船舶上使用，规格已向大型锚机发展。 我们在电动起锚绞盘采用新发展的摆线针轮传动的 基础上， 又发展了采用少齿差减速装置和谐波传动装置的新结构， 并均形成产品。这二个装置，除传动效率高以外，少齿差减速装置还可将其放入绞盘头内，使锚机的总高度尺寸有

14、所减小，减速装置的润滑条件，尤其是注油条件更有改善，对小型锚机而言也是一型颇有生命力的新结构采用谐波传动形式的锚机更以尺寸小、重量轻为特色，被誉为超轻系列锚机，特别适用于水翼艇、气垫船。 目前国外的锚机传动中也广泛使用高效率硬齿面传动形式， 日本在绞盘上采用摆线针轮减速，德国、法国等国家也都开始使用摆线针轮或行星减速等传动形式。 纵观国内外锚机的发 展情况，由于高效率传动机构得到了飞快发展与广泛应用，电动锚3 机发展更为迅速，结构日趋简单，维修使用方便，价格便宜。我们已研制成功必的采用摆线针轮减速装置的锚机。更大型的同类结构锚机，在理论上已无问题可言，无疑这将作为锚机的发展方向之一。同时 ,，

15、液压传动的锚机也将采用摆线针轮减速装置。由于有大传动比、高效率、高负荷传动机构，低速液压马达的优越性就黯然失色。因为采用高速液压马达加摆线针轮减速器的话，在重量、价格、尺寸等各方面都将比采用低速液压马达的结构更有特色和优越性，因此也是一个重要的发展方面。特轻、超轻系列锚 机的发展为轻型船舶，如水翼艇、气垫船，采用锚机铺平了道路。对航行于内河的大量小型船只，其上的锚机由于更受价格的限制，因此采用锥形转子的起重电机替代圆盘制动器的船用电机的锚机也将会得到试用，因为二种电机价格相差一倍以上。 世上万物变是绝对的 , 不变是相对的。远洋运输船舶包括机电设备 , 总是要随社会的发展而有所变化与提高。 1

16、.2 本课题的研究内容和意义 1.2.1 本课 题研究的意 义 锚机是船舶中不可缺少的部件 , 锚机电动机能否实现可靠的控制 , 是保证船舶能否安全航行的重要措施。当控制电路发生故障时 , 操作人员应能在第一时间内及时、准确地判断出故障所在 ,并能给予及时维修 。 目前，船舶电力拖动设备大多仍以继电器控制为主。由于大部分船舶电气设备需要长时间连续工作或频繁操作，而且所处的工作环境恶劣 (潮湿、盐雾、高温、粉煤尘等），尤其是船舶起货机、锚机等船舶甲板机械的电力拖动设备，即使严格按照各项条例对其进行维护保养，也总难免出现较高的故障率。能否准确、及时地判断和 排除起货机、锚机等电气设备的故障将直接关

17、系到整个船舶的安全和正常营运。而掌握着一基本技能的基础和前提除了丰富的工作经验外，更需要对船舶电气设备以及控制电路的工作原理有透彻的了解。因此，掌握对继电接触控制电路的有效的分析方法，是一个轮机管理所必备的技能。 起锚 - 系缆装置是船艇上不可缺少的辅助机械之一，是保证船艇在海上和基地内安全停泊，以及由停泊迅速转入航行的重要辅机。三速电动锚机是利用凸轮控制器控制辅电路中接触器、继电器电磁线圈电路，同时利用接触器的常开触头的吸合来控制主电路中电动机的正反、低速、中速和高速 运转。本课题将从辅电路和主电路两方面对锚机控制原理进行分析。 1.2.2 本课题的 基本内容 (1)查相关资料，熟悉目前电动

18、液压锚机的控制电路的发展方向。 (2)熟悉 锚机、了解锚机在船舶中的作用和重要性。 (3)通过已学的基础知识的相互结合，综合运用船舶、机械、电气、控制等技术，对船舶锚机控制系统进行研究设计。 (4)本设计针对电动液压锚机进行设计研究，须在了解国内外科技发展动态的基础上，通过实船锚机的观察及性能比较分析 ，设计制定船舶锚机控制系统的整体方案。 (5)针对设计出来的电动液压锚机控制电路进行分析，了解其工作原理，以及对控制电路里所选的控制器件进行适当的选型。 这里我们主要是对于电动液压锚机的控制电路的设计，通过锚机的工作性质和原理的分析，对控制电路控制器件的选择，设计出一个性能优越的控制电路系统。

19、4 第 2 章 锚、锚链、锚机 2.1 锚的分类和简介 锚就是 具特定形状，在抛入水中后能啮入底土提供抓持力，从而通过锚索把船或其他浮体系留于预 定水域 ， 从船舶或其他浮体上抛入水中后能啮入底土，通过其顶端所系的锚链或缆绳提供抓力，将船舶或其他浮体系留在预定水域的专用器具。 船锚的作用主要就是稳定、固定船 位不让船飘荡 。从以下几个方面来说。 锚要起作用，最基本 就 是在海底等钩住东西 用来固定船的位置 。如果锚链不够长，锚 是不会起作用 的 。 要是 海底是平坦的， 又 或者是锚钩住的东西不是固定的，或者是钩的不太 牢固等 ，如果是风 浪不大 还可以，一但海浪过大， 就会 造成锚钩不住东西

20、， 也就 会使锚失去其作用，这叫 作 “走锚 ”，船 泊 在抛锚 时 ，出现走锚，是非常危险的，因为船 泊 在抛锚 的时候一般主机都停 机 了， 即使 立即开船，需要时间，没有动力的船四处 飘荡 是非常危险的。所以，才有了锚地这个概念，锚地，言外之意，海底下比较粗糙，另外，要能避风。 锚的类型及特点： 锚的 结构形式 种类很多，大致分为无杆锚、有杆锚、大爪力锚及特种锚四大类型， 1、无杆锚 所谓的无杆锚就是指 没有横杆，锚 的 爪可以转动的两爪锚。 这 类锚的特点是，在工作 时两个 锚 爪同时啮入 海里的 土中，稳定性 很 好， 而且 对各种土质的适应性 很 强，收藏 也很 方便。因此 无杆锚

21、发展较快，已 经 由第一代发展到第三代。常用的无杆锚主要有霍尔锚、斯贝克锚、AC- 14 型锚及 DA-1 型锚。 霍尔锚： 作 为第一代现代标准型 得 无杆转爪锚。这种锚简单 的 制作、 十分 方便 的 收藏、而且 抓力较大，抓住性 较 好。是大中型船舶主锚选择的 主要 对象，我国 的船舶就比较 喜欢用这种 霍尔锚 。 图 2.1 霍尔锚图 斯贝克锚： 作为 霍尔锚的改良型，其 最大的 结构特点 就 是 在 锚冠处装有锚冠板及加强肋。因此，这种锚的爪极易转向地面，稳定性更好，而且收藏时不擦伤船外板等。 AC- 14 型锚： 称 为第二代无杆锚。其锚冠很宽，锚爪 也相对 较粗 较 长， 而 且

22、有 纵向棱。这种锚重量 很 大、抓力大 ， 稳定性 很 好。 是 大型集装箱船、汽车运输船及超大型油轮 首选 的主锚， 这类锚也 是欧美诸国及日本常用的锚。 5 DA-1 型锚： DA-1 型锚被称作第三代无杆锚，是目前世界上最稳定、结构最先进的锚。为三棱形 的 端部且锚冠较宽， 锚 爪很长 且 是用两个斜面构成的倒 V 字形，两爪之间的距离很小，这种锚有最合适的啮土角度，啮上面积大、抓力大、抓住性好、稳定性强、收藏方便，由于 DA-1 型锚几乎全部由直斜面组成，起锚时附着泥沙少、冲洗方便，日本造船界认为此种锚是最理想，最有发展前途的锚。 2、有杆锚 所谓有杆锚是 具有横杆的锚。 这 类锚的特

23、点是一个锚爪啮入土中，当锚在海底拖曳时，锚的 横杆能阻止锚爪倾翻，起 道 稳定 德 作用。有杆锚中有海军锚、层洛门锚、单爪锚及日式锚等。 海军锚： 作为 使用时间最悠久的典型有杆锚， 也就是被大家所 称 的 普通锚。 这 种锚 的 抓力 很 大，能 有效的 稳固地抓住各种 类型的 泥土， 不足之处是 收放不 方 便， 在 现代 的 大型船舶上己不用作主锚，只 有 在帆船上和小型内河船上 仍 作主锚， 在 海军的救生船和工程船上，可作作业定位锚使用。 图 2.2 海军锚图 层洛门锚： 是 一种 锚爪可以转动的海军锚。在使用 时 ，当一个爪入土时，另一个爪即能转至锚柄并贴紧。 这 种锚在使用上比海

24、军锚方便，但抓力 不足 海军锚，仅 仅 用一个螺栓连接锚柄，安全性差。故只能用在帆船和内河船上，锚重一般不超过一吨。 单爪锚： 类似海军锚， 但是 只有一个爪， 不过 其尺寸较大。该种锚的爪力比海军锚更大。是 挖泥船 和 多种工程船的定位锚，能确保在挖泥作业时船不移动。 日式锚： 是日本渔船上使用的一种双爪锚，横杆固定在锚冠下面，这样不仅保持了抓力大的优点，而且收藏便利。 3、大抓力锚 大抓力锚 实际上是一种有杆转爪锚，因其具有很大的抓重比，故称为大抓力锚。这类锚的特点是，锚爪的啮土面积大，抓持的底质深而多，抓力特 大 ，但是锚爪易拉坏，收藏不方便。大抓力锚中有马氏锚、丹福尔锚、快艇锚、施得林

25、格锚及斯达托锚等。 4、特种锚 特种锚的形状与用途与普通锚均不同。主要是指供浮筒、囤船、浮船坞等使用的永久性系泊锚；破冰船上所用的冰锚及帆船和小艇上用的浮锚等。 有些船舶除了在船首的两舷侧隔设一只锚外，在船尾还设有一只后锚。后锚常采用重量轻、抓力打的马氏锚。这种锚啮土面积大、抓持底土深，所以其抓力比海军锚更 大。但锚爪6 左右两侧的稳定杆较长使锚收藏不便，锚爪与锚柄间隙较小，容易被卡住，故一般常作为备用尾锚。 2.2 锚链的介绍 锚链是用来连接锚和船体的，它由许多铸造或电焊而成的普通链环及为数不多的特殊环组成。各链节的长度为 27.5mm。节与节之间用可拆式连接链环或连接卸扣连接。按锚链使用时

26、各链节所处的位置区分为锚端链节、中间链节和末端链节。 (1)锚端链节：是一端与链环，另一端与中间链节连接的那节链段。锚端链节有锚端卸扣、末端链环、转环、加大链环 和普通链环组成。在与锚环连接时，锚端卸扣的开口端应朝向锚环，以利收锚时锚杆易进入锚链筒内。 (2)末端链节：是一段与中间链节相连，另一端和锚链舱内的弃链器相连的那节链段。它由普通链环、转环、加大链环和末端链环组成。 (3)中间链节：连接锚端链节和末端链节的中间几节链段统称为中间链节，由普通链环、可拆式连接环或连接卸所组成。 锚链的种类和分类方法很多。按普通链环的结构型式分。锚链可分为有档锚链和无档锚链两种。在链径相等的条件下，有档链的

27、强度比无档链的强度高 50%,并且有较大的刚性，长期使用后不致有过大的永久变形，因而使 用范围较广。 图 2.3 有档锚链图 按制作方法分，锚链按其制造工艺可分为锻造锚链、铸造锚链和电焊锚链三种。锻造锚链因其生产方式陈旧，在国内外基本上已被淘汰。现在国内外均以闪光焊接法和铸造法生存锚链。 按强度等级分，锚链根据其制造所用的钢材的抗拉强度分为 AM1， AM2 和 AM3 三个等级。无档链和舵链不分等级，可采用与 1 级刚相当材质的钢材用闪光对接焊或其他认可的焊接方法制造。 挚链器又称锚链制止器，设置在锚机和锚链筒之间。其主要作用是将锚链夹住，使锚不会自动溜出，同 时也减轻了锚机的负担。挚链器的形式很多，常见的有螺旋止链器、闸刀止链器、偏心止链器、链扣止链器等。 弃链器通常设置在锚链舱的舱壁上或其附近的甲板上，锚链的末端链环平时挂在弃链器上，以防止整根锚链脱落，但在锚泊中遇有紧急情况而又来不及起锚或无法起锚时可以打开弃链器，将锚和锚链抛弃。以保证船舶安全。弃链器的结构与安装，应能保证在锚链舱以外的易于到达的地方迅速解脱。