1、本科毕业论文（20 届）立式液压绞纲机的设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要立式绞纲机是浙江省沿海渔船使用最广泛的起网绞纲设备。自 50年代起，它是由浙江海洋水产研究所和舟山船厂共同开发的。至今已经有 50来年的历史。与卧式相比，它的来向不受限制，结构简单，操作方便，船上机舱人员都可以自己维修；又因为价格适中，使用寿命长等特点，所以深受广大渔民的欢迎。随着渔业生产的快速发展，渔船的升级。原有的机械式绞纲机已经不能满足现代渔船的需求。它在机械传动中的不稳定性，操作控制上的不方便以及绞纲拉力小和速度慢等缺点也日益暴露出来。由于近年我
2、国基础工业的发展，液压元件的制造技术越来越成熟。在同等功率条件下，液压传动装置比机械传动装置具有体积小，结构紧凑，重量轻，传递功率大，能自动防止过载，可无级变速操作等优点，但是考虑到成本的问题和各方面实际因素，为了能被广大渔民所接受，在本次设计中采取了液压与机械相结合的方法对立式绞纲机的动力传输和控制系统进行了改进。首先用液压控制来代替传统的机械控制。然后对绞纲机的减速系统进行了设计和计算。最后对绞纲机进行三维建模，并对整个装置做一个运动仿真。本次设计涉及面很广，系统地对我大学四年所学的知识进行了检验。相信通过这次毕业设计将更好地帮助我对整个专业知识的复习。关键词：；蜗轮蜗杆； 液压绞纲机；模
3、拟仿真IIAbstractVertical winch is the most widely used winching equipment when fishing along the coast in Zhejiang Province. Since the 50s onwards,it is developed by Zhejiang Marine Fisheries Research Institute and Zhoushan shipyard.It is used 50 years. Compared with the horizontal,it is not restricted
4、 in the direction,and the structure is simple,the operation is easy, the ship crews can repair the winches by themselves;in addition, because the price is moderate,and it has long time to be used,so it is welcomed by the majority of fishermen.With the rapid development of fishing production, the fis
5、hing boats upgrade. The original winch can not content the need of modern fishing boat any more. The disadvantage about instability of mechanical transmission,inconvenience of operation control, small tension and slow speeding is increasingly exposed. In recent years, with the development of basic i
6、ndustries, manufacturing of hydraulic components is more mature.Under the same power conditions, compared with the mechanical transmission, hydraulic transmission has a series of advantages like the volume is small, the structure is compact, weight is light, transmission power is bigger, and it can
7、automatically prevent overload,and it also have the variable speed operation,but taking into account coast issues and the practical factors in all kinds of aspects,in order to be accepted by the majority of fisherman, in this design, combining the hydraulic and mechanical method to improve the power
8、 transmission and control system of vertical winch.First,hydraulic control replace the traditional mechanical transmission.Then designing and calculating the winchdeceleration system. Finally, making the three-dimensional modeling machine, and make a motion simulation to the entire unit .The design
9、involves a wide range, I test the knowledge learned tested in four years of the college,I believe that this design help me review the overall professional knowledge better.Keywords : hydraulic transmission；hydraulic turbine control system；hydraulic steel cutter machine；simulationIII目 录前言 .1第 1章 概论 .
10、2第 2章 国内外液压绞纲机的发展 .32.1国外液压绞纲机的趋势 .32.2国内液压绞纲机的发展 .3第 3章 液压绞纲机的发展趋势 .4第 4章 液压控制系统的设计 .54.1 压力级的选择 .54.2 液压回路的设计 .64.2.1 回路设计方案一 .64.2.2 回路设计方案二 .7第 5章 传动机构的设计 .105.1 传动方案的确定 .105.2油泵和液压马达的选择 .115.2.1 液压马达的选择： .115.2.2 液压泵的选择： .125.3 液压阀的选择 .145.3.1溢流阀的选择 .145.3.2 换向阀的选择 .155.4 传动比的选择以及各轴的参数计算 .155.4
11、.1 计算各轴转速： .155.4.2 各轴的输入功率： .155.4.3 各轴的输出功率计算 .165.4.4 各轴输入转矩计算 .165.4.5运动和动力参数计算结果整理 .16第 6章 蜗轮蜗杆的设计计算 .186.1 蜗杆传动类型和材料的选择 .186.1.1 蜗杆传动类型的确定 .186.1.2 选择材料 .186.2 设计方法的确定 .196.3 蜗杆与蜗轮的主要参数的选择与计算 .216.3.1 蜗杆参数的设计与计算 .216.3.2 蜗轮参数的设计与计算 .216.4 校核齿根弯曲疲劳强度 .23第 7章 轴的设计计算 .247.1 输入轴（轴 I）的设计 .247.1.1 确
12、定输出轴上的功率、速和转距 .247.1.2 求作用在轴上的力： .247.1.3 初步确定轴的最小直径： .247.1.4 轴的结构设计： .257.1.5 轴的校核计算 .267.2 输出轴（轴 II）的设计计算 .287.2.1 确定输出轴上的功率、转速和转距 .287.2.2 求作用在轴上的力： .28IV7.2.3 初步确定轴的最小直径 .287.2.4 轴的结构设计 .297.2.5 轴 II的校核计算 .30第 8章 轴承的校核计算 .328.1 输入轴轴承的设计与校核 .328.1.1 初选单列圆锥滚子轴承 .328.1.2 计算径向力和轴向力 .328.1.3 计算轴向派生力
13、 .328.1.4 计算轴承的轴向载荷 .338.1.5 计算当量载荷 .338.1.6 轴承寿命计算 .338.2 低速级轴承的设计与计算 .348.2.1 初选单列圆锥滚子轴承 .348.2.2 计算径向力和轴向力 .348.2.3 计算轴向派生力 .348.2.4 计算轴承得轴向载荷 .348.2.5 计算当量载荷 .358.2.6 轴承寿命计算 .35第 9章 键的选择与校核 .369.1 键的选择 .369.1.1 根据轴的直径选择键 .369.1.2 校核键的承载能力 .37第 10章 箱体结构的设计计算 .38第 11章 绞纲机的三维立体图 .40小结 .46致谢 .47参考文献
14、 .481前言液压绞纲机是最重要的船舶辅机之一，它的作用是：在船舶像渔船在进行拖网作业时，靠液压动力来绞收钢绳，达到回收渔网。也可以用于绞收缆绳等其他用途。可以提高作业效率，节省劳动力。主要设计研究的是控制传动部分的设计。设计研究的主要内容是：（1）对液压系统的比较选择设计（2）对传动机构的设计；（3）设计关键零部件并进行强度刚度的校核。 （4）对各零部件的二维和三维绘制，并对其进行动态模拟。在此次设计中，主要要完成的是轴、轴承的选择和减速器的设计。在轴的设计中，要对轴的强度和刚度进行校核。在减速器设计中，要选择合适的传动方案，然后再设计各个传动零件，并对蜗轮蜗杆和轴分别进行刚度和强度的校核。
15、在设计轴的尺寸时，轴承也要随之可以确定下来，包括轴承寿命等的验算。确定好齿轮和轴以后，再根据齿轮对的中心矩和轴、轴承的尺寸来确定减速器箱体的尺寸，并画出装配图，接着绘制三维立体图，并进行模拟仿真。各章的具体安排为：第 1 章主要讲述了选题背景；第 2 章主要讲述了国内外液压绞纲机的；第 3 章讲述了液压绞纲机的发展趋势；第 4 章讲述了液压控制系统的设计；第 5 章讲述了传动方案的确定和动力元件的选择；第 6 章讲述了蜗轮蜗杆的设计及计算校核；第 7 章写了转动轴的设计计算及校核；第 8 章介绍轴承的寿命验算。第 9 章讲述了键的选择和校核计算；第 10 章讲述了箱体的主要参数设计。第 11
16、章展示了三维立体的装配图。这次设计是4年大学知识的大练兵，在设计过程中，得到了指导老师张玉莲老师的大力指导，因此能这么胜利的完成这次设计，在此深表感谢。由于我理论水平有限，而且缺乏实践经验，所以在设计过程中，难免有错误和不足之处，还恳请各位老师批评指正。2第 1 章 概论随着我国综合国力的增强，我国的养殖技术水平得到了迅速的提高，在捕捞这块领域也得到了快速的发展。 捕捞渔船在功率、吨位个劳动力上也发生的质的改变，随着捕捞船整1体性能的提高，工作地也由近海向远海转移。绞纲机在渔船上的效用不言而喻，它起到绞收鱼网的作用，比起以前传统的人工捕捞的方法，它可以大大的节省劳动力，提高捕捞的效率，所以向渔
17、船提供技术先进、可靠、效率高的绞纲机对于渔船整体性能的提高起到至关重要的作用。 2目前绞纲机主要是分为两种，一种是机械式的，一种是液压式的，机械式的现今主要还是应用在小型的渔船上，虽然具有很多缺陷和不方便，但是对于小成本投资的渔老大来说，机械式的绞纲机给他们节约了很多资金。相对于过去传统的机械传动装置绞纲机，在同等条件下它具液压绞纲机则有体积小，结果紧凑，重量轻，传递功率大，能自动防止过载，可以无级变速操作等多个优点。因此随着资金的积累，液压元件性价比的提高，采用液压传动来代替机械传动式必然的趋势，在国外的工业发达国家，他们的渔船很早就采用了液压传动来控制渔船的绞纲机、舵机和锚机。 而我国在
18、60 年代开始研制液压绞纲机，到了 80 年代的2国营渔船上才显有他们的影子，而主要的液压元件也是从国外进口的，到了现在不同了，国家在工业领域的不断投入和一些民营企业的崛起，在一定程度上提高液压元件的质量，降低了使用液压元件的门槛，由于在价格上有着明显的优势，也使国内的液压绞纲机越来越多的使用国产的液压设备，所以今后在普通的渔船上使用液压绞纲机来代替传统的机械绞纲机也成为了现实。本次设计就是对原来的立式绞纲机进行液压传动的改进，这里主要是对传动机构进行改进，对于绞纲机本身的一些绞盘、轮毂、箱体等略作形状体积上的改动。 3由于绞纲机的性能的好坏直接关系到捕捞效率，所以在本次设计中，更多地围绕绞纲
19、的工作效率，来制定传动、减速的方案。由于渔船是在海上航行的，而海上的工作环境和多变的天气决定了绞纲机需要很好的性能，所以在本次设计中还对传动轴、齿轮等关键部位进行了受力分析和校核。3第 2 章 国内外液压绞纲机的发展2.1 国外液压绞纲机的趋势在世界渔业杂志中罗列了由船厂提供的个系列不同的甲板机械制造厂商形式和规格，通过这些数据可以发现，除了荷兰和德国外，绞纲机采用液压驱动占主导优势。 部分工程师4提出可以采用噪音低、易于安装、安全可靠地电力驱动。但是，由于是在海上作业，极易遇到不良天气，电气元件容易受潮，损坏，而且它的价格并不比液压驱动便宜。所以总的来说多数的渔船还是采用液压驱动。挪威建造的
20、渔船上大部分是低压系统,采用市场上紧俏的、主要出口的 Brattvaag设备。16艘渔船用了这家公司的低压甲板机械,2 艘渔船是用 Norwinch的低压设备, 也有相当数量的渔船是用挪威的 Rapp Hydema和 Karmoy winch高压设备。 低压系统的优点是简单、容5易安装和修理, 不需要特殊维护, 而高压系统的优点则是管道直径小, 元件尺寸小, 有可能匹配动力滑车和其他专用高压设备。在法国,Bopp 高压设备依然占领着国内市场。2.2 国内液压绞纲机的发展我国渔船上的液压驱动捕捞机械发展的起点是低压系统, 到目前为止已有20多年的历史。70年代到80年代, 低压传动绞纲机在全国大
21、中型渔船上占有统治地位,机械绞纲机逐步被取代。随着科技进步,低压绞纲机也同样会被中高压取代，因为中高压比低压有很多优点。近几年, 由于我国基础工业的发展, 液压元件的质量也越来越过关, 这就为液压系统的发展提供了有利条件, 促进了渔船绞纲机由低压向中高压的大力发展, 尤其是我国南方如宁波、温州等地发展尤为迅速, 基本上到了普及的程度。 但中高压绞纲机在我国北方地区（包括上6海）的发展仍十分缓慢,低压绞纲机仍占有主导地位, 就我们烟台地区而言, 除了几艘进口的渔船和几条围网船外, 大、中型渔船全部使用低压绞纲机。据我们了解, 大连、烟台、青岛等渔轮厂都不同程度地对中高压绞纲机进行了探讨研究, 但
22、由于种种原因而搁浅, 我认为原因主要有两个：首先是用船单位不采用, 因为对中高压的掌握需要具有一定的液压传动知识, 这对于船员素质较差的渔业公司来讲是个困难；另外, 一些渔民已习惯于使用低压绞纲机, 尽管存在不少缺点。再者一些渔业公司算小帐,不愿增加投资。 7第二是船厂乐于采用低压绞纲机。因为这种绞纲机制造成本低廉, 而且一般渔轮厂都有自制能力, “ 肥水不流外人田” 这在船价一定的前提下, 当然希望配套廉价的设备。从世界渔机发展的情况及现代渔业发达国家的情况来看, 在中、小型渔船上中高压渔机占有绝对统治地位。同样, 中高压捕捞机械也应该是我国渔机发展的方向。4第 3 章 液压绞纲机的发展趋势
23、传统的机械式绞纲机的在捕捞行业不断发展的缺陷日益突显，它的两只绞盘不能正、反转向和异步转动，操纵不方便，不能变速，刹车不灵敏，在作业中经常发生事故，所以使用液压绞纲机是必然的趋势，它以其卓越的性能特点，即：绞拉力大，绞收速度快，便于采用无级调速等，深受广大用户的青睐。目前，我国的液压元件已日趋完善，液压马达、液压油泵的性能也日趋稳定。要设计合理的绞纲机，还必须具备以下条件：1、起网的速度逐渐减小时，其力矩就要增大；2、正反转的变化速度要大，并能无级变速；3、当其在超过负载时，能做到自动停止起网或松出拽纲；4、整个绞纲机要结构简单、操作容易、维修方便；5、在工作中要有足够的抗过载能力，安全可靠。
24、从上面的条件看，面对捕捞作业时的种种情况机械和电动绞纲机显然不能或不易。对于如此恶劣的天气情况和海上情况，只有液压绞纲机能担当此任。液压传动与机械和电传动相比，具有以下优点：1、相对于庞大的机械元件，在同样的性能条件下，液压元件重量更轻，体积更小。在整体组装的时候，液压元件使其结构紧凑，使液压系统启动快、工作平稳，而且能做到紧急制动，易于实现快速，无级变速等；2、使用液压元件能够直接控制绞纲机的运转，避免繁复的线路和机构，由于各个液压元件是用管路互相连接的，所以其安装的位置选择性就很多，可以根据船上的整体布局来分布；3、能够做到大幅度的提速和减速，从而得到较大的力或扭矩，实现大范围的调速，具有
25、良好的可控和可操作性；4、液压元件普遍具有标准化、通用化和系列化等特点，能够直接从专业厂家够得，这样既节省了成本，又提高了元件本身的质量，降低了成本；5、液压传动是通过润滑油作为介质的，而且各元件之间又可以进行自行润滑，相比机械的老化和繁复的维修，液压元件使用的寿命更长；6、相比机械传动的不简便，液压系统更为省力，也易于安全保护；7、在与电气设备的配合上，液压控制更是体现出性能好，自动化程度高的特点；通过上述的比较，绞纲机采用液压传动是必然的趋势。5第 4 章 液压控制系统的设计液压系统在绞纲机中无疑是最重要的部分之一，它即是绞纲机的动力来源，也是重要的动力传输部分。它控制着整个绞纲机的全部动
26、作过程。这对作业效率，操作人员、设备的安全都有着最关键的影响。4.1 压力级的选择绞纲机的液压系统按压力的等级可分为低压和高压两种，其中低压一般是 2.5兆帕，中高压是 3-25兆帕，在国外，中高压的绞纲机已经普遍存在了，而在国内存在着两极分化的趋势，主要原因是根据自身的不同经济实力来决定的，那些国有的或是经济财力雄厚的民营企业认为：中高压的绞纲机的拉力大，遇到大风大浪的时候，能够一次性将网袋都拉到甲板上来，而低压就完全吃不上力了，在工作中起网速度快，体积小，重量轻，可根据船上的具体情况，进行摆设，虽然刚开始投入的资金较大，但是从长期的角度来看，减少了维修的成本，增加了捕鱼量，是一种长期的投资
27、手段；相比而言，那些个体的或是小型企业认为：由于顾及到本身资金并不富裕，如果一定要买中高压的绞纲机，只能选择质量较差的类型，这样的绞纲机多存在质量不过关，故障多，操作繁杂的问题，而同样的价钱，如果选择的是低压绞纲机的话，虽然在拉力、扭矩上不能跟中高压相比，但是质量还是可以保证捕捞工作的长期进行。现就以上两种意见，对低压与中高压进行比较。低压优点：1、制造比较容易，而且费用比较低，所使用的原材料性能要求不用很高。2、只需对其粗加工即可，很少用到精加工，部件的组成也不是很多。3、低压耗油较少，而且泄露的也较少。中高压优点：1、体积小，重量轻，可以根据船上的具体情况，进行安装。2、由于是中高压，所以允许接的管子的长度可以比低压来的长。3、工作时启动快、工作平稳、起网的速度快，放拉网的效率也比低压来的高。4、根据不同渔船的需要，可以安装远程控制，实现自动化。根据以上所述，低压的原材料、结构、制造上比中高压的要求低，但是从整体工作的性能来看，低压就不如中高的产品，而且从长期的使用来看，低压绞纲机在日常的维修量上要比中高压的大的多，这在一定的程度上影响了渔船的使用效率。从另一方面来看，随着我国在基础工业上的不断发展，国内液压元件的生产厂家也在不断地提高中高压元件的标准化程度和质量，所以今后渔船将陆续从低压向高压发展。
