1、本科毕业论文（20 届）节能型船用液压起货机设计所在学院 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 本科毕业论文II摘 要随着能源的日益紧缺，节能无疑具有十分重要的现实意义。因此，在设计液压系统时，应该将节能技术应用到液压系统的每个环节。现在较广泛使用的节能措施有电动机能量回收（如变频调速技术）和蓄能器蓄能等方法。在货物上升的过程中泵输出做功，而在下行的过程中，系统是不做功的，货物完全是在自身的重力作用下实现下行的，仅仅是由阀对其进行速度的控制，在这个过程中势能和动能几乎完全转化为热能的损失，不仅加高了系统的油温，还使油更容易变质，对这部分能量进行回收，
2、并在负载上行时加以释放利用(例如作为辅助的动力源)，不仅是解决液压起货机能量消耗严重问题的重要技术手段，而且可以减小主动力元件的功率要求和能耗。所以，对起货机下行时的节能研究是十分必要的对起货机下行时的节能研究是十分必要的。各章的具体安排为：第 1章介绍国内国外的节能型液压起货机的研究现状。第 2 章是对船舶液压起货机的选用和选型。第 3章是对船舶液压起货升降机构的设计和计算。第 4 章第是对节能型液压升降系统设计。第 5 章 开式液压起升系统液压元件的计算与选择。第 6 章 起货机使用及维护、保养。关键词：液压开式回路；液压闭式回路 ；液压升降系统：节能 ；起货机 本科毕业论文IIIAbst
3、ractWith the increasing shortage of energy，energy-saving is undoubtedly of great practical significance。So，energy-saving technology should be applied to the hydraulic system of each session. Now energy-saving measures electrical energy recycling (such as frequency conversion technology) and the accu
4、mulator storage and other methods are more widely used。 Increase in cargo pump output acting process, and in the downstream process, the system is not doing work, and goods exclusively in its own gravity to achieve downlink, only the valve control its speed, in the process the potential energy and k
5、inetic energy almost entirely into heat loss, not only heightening the system, oil temperature, but also to make the oil more easily degenerate, the energy for recycling these points, and the release of the load on the row to be used (such as auxiliary power source ), is not only a hydraulic crane t
6、o solve the serious problems of energy consumption of an important technical means, and can reduce the active force component of the power requirements and energy consumption. Therefore, Crane saving of down time is necessary.The specific arrangements for each chapter: The first chapter describes th
7、e type of energy saving at home and abroad Research Status hydraulic crane, the second chapter is the selection of hydraulic crane ship and selection, the third chapter is on the ship hydraulic crane lifting body design and calculation, the forth chapter the design of energy-saving hydraulic lift sy
8、stem.the fifth chapter is design of energy-saving Hydraulic lifting system， the sixth chapter is the calculation and selection of Energy-saving hydraulic components about opening lifting system.Key Words: Hydraulic open loop system；Hydraulic closed loop system；Hydraulic crane Lifting；energy-saving ；
9、winch本科毕业论文IV目 录前言 .1第 1 章 船舶节能液压起货机研究的意义 .21.1 国内船舶节能型液压起货机研发现状 .21.2 国外船舶节能型液压起货机研发现状 .31.3 本课题的研究内容 .4第 2 章 船舶液压起货机及液压系统简介 .52.1 液压起货机简介: .52.2 液压起货机的选用 .52.3 液压起货机的结构及性能参数制定 .6第 3 章 液压起货机升降系统机械结构设计 .83.1 钢丝绳的设计计算 .83.2 滑轮的设计计算 .93. 3 吊钩装置构造设计 .103.4 减速器的计算及选择 .143. 5 制动器的选择 .163. 6 卷筒结构的确定及强度的核算
10、 .16第 4 章 节能型液压升降系统设计 .214.1 开式系统的设计 .21第 5 章 开式液压起升系统液压元件的计算与选择 .235.1 驱动马达的电动机选择与计算 .235.2 马达的计算与选择 .235.2.1 马达的流量 .245.3 系统工作压力的选定 .245.4 液压泵的计算与选择 .245.4.1 确定泵的工作压力 .245.4.2 液压泵的流量 .255.4.3 确定泵的规格 .255.5 选择驱动液压泵电动机计算与选择 .265.6 油箱的设计 .275.6.1 油箱概述 .275.6.2 油箱的结构设计 .275.6.3 油箱的计算及选型 .295.7 滤油器的选取
11、.30本科毕业论文V5. 8 管件的选取 .305.9 蓄能器的选择与计算 .335.10 各类阀的选择 .33第 6 章 起货机使用及维护、保养 .356.1 起货机使用维护和保养 .356.2 油液 .356.3 钢丝绳的部分润滑 .356.4.吊钩装置和滑轮的润滑和密封 .356.5 卷筒部分的润滑和密封 .366.6 减速器的润滑 .36总结与展望 .37设计总结 .37展望 .37致谢 .38参考文献 .39附图 .40本科毕业论文1前言船舶装卸货物可以使用港口各种起吊设备，可不是所有港口都有足够的装卸机械，而且为了缩短船舶的营运周期，降低运输成本，增加港口的吞吐量，提高效率，除了使
12、用港口的起吊设备外，还可以在船舶上安装起吊设备，也就是起货机的作用。船用起货机按照动力分，主要有电动起货机和液压起货机 1，论文主要介绍的是液压起货机。本文主要研究的是对起货机的节能设计。主要内容有：（1）对起货机的液压系统的设计及计算。 （2）对起货机节能方法的设计及计算。液压系统包括:能源装置、执行装置、控制调节装置、辅助装置、传动介质。每一个环节功能的实现都是通过能量来驱动的,工作过程的三次能量转换包括在液压泵中形成高压油时机械能转换为压力能,将压力能转换为机械能驱动执行装置工作以及高压油经过系统各液压元件时的热量。能量的转换过程必然伴随着能量损失。 2现在较广泛使用的节能措施有电动机能
13、量回收（如变频调速技术）和蓄能器蓄能等方法。在货物上升的过程中泵输出做功，而在下行的过程中，系统是不做功的，货物完全是在自身的重力作用下实现下行的，仅仅是由阀对其进行速度的控制，在这个过程中势能和动能几乎完全转化为热能的损失，不仅加高了系统的油温，还使油更容易变质，对这部分能量进行回收，并在负载上行时加以释放利用(例如作为辅助的动力源)，不仅是解决液压起货机能量消耗严重问题的重要技术手段，而且可以减小主动力元件的功率要求和能耗。所以，对起货机下行时的节能研究是十分必要的。本科毕业论文2第 1 章 船舶节能液压起货机研究的意义能源问题已成为当今世界的主题，尤其对于是一些不可再生能源，因此节能对于
14、资源相对匮乏的中国来说就显得尤为重要，我们应该让节能意识深入到各个行业，尤其是 21 世纪，是海洋的世纪，船用起货机必将越来越受到人们的重视，因此研究起货机的节能就显得很有意义，液压起货机是六十年代开始发展起来的。它具有良好的无级调速特性：工作平稳、换向冲击小、操作轻便、工作可靠和使用寿命长等特点。液压升降系统主要由工作台、支持杆件、底座、升降油缸和液压系统组成，动力来源于液压系统，液压系统的特点在于传动平稳、调速方便、功率体积比较大等，但是由于是由液压缸驱动负载上行，是将机械能转化成为势能，所以能量的利用率不高，整个系统的效率较低，因此，节能一直是液压动力的主要研究方向之一。在液压系统的负载
15、下行时，其势能将会被释放出来，转化为热能。这些势能对于小型的起货机来说不是很明显，但对于大型的载重或举升高度很大的机械来说，就是很可观的能量了，将这些能量集中起来或加以利用，可以提高整个系统的能源利用效率，还可以提高系统平稳性，使系统更安全可靠的工作。鉴于上述情况，为了能够使船舶液压起货机充分发挥其优越性，经常保持良好的运转状态和工作效率，以提高船舶的运输能力和经济效益。在这个课题上我选择液压起货机的节能研究为我的研究对象进行深一步的研究。1.1 国内船舶节能型液压起货机研发现状当今世界，经济迅猛发展，而能源供应日趋紧张，节能作为一个重要的问题引起了各行业的广泛关注。因此，液压系统的节能设计也
16、成为液压技术工作者所关注的重大课题。据统计，液压系统总效率只有 70%左右，要提高液压系统的效率，就要采用节能的液压元件和先进的节能液压系统，以提高液压系统的效率。主要体现在以下几个方面的节能：一、 液压元件的节能技术 液压元们引起元件及具的能耗表现在液压元件在工作时，会连接部位的泄漏、内摩擦及发热等。其中以液压泵、马达损失最大，其次是各种阀类，如溢流阀的溢流损失，以及设在液压缸或马达的回汕路上的背压阀的压力损失等。常用的节能液压元件有限压式变量泵、恒功率变量泵、恒压式变量泵、蓄能器、电液伺服阀、集成阀、变截而液压缸等。二、液压系统的节能技术: （1）容积调速液压系统。（2）负载感应控制系；（
17、3）二次调节系统；（4）定量泵加变频调速电机电液系统；（5）定量泵加比例阀的压力匹配系统。 3在国内研究的液压节能的机构主要包括浙江大学的流体传动及国家重点实验室。自 1992 年开始的对变频驱动液压系统研究以来，先后开发研究了三种变频液压终止系统：变频-阀控相结合、上下行全变频和带蓄能器的变频控制系统。电机变频调速技术依靠改变供电电源的频率就可实现对执行机构的速度调节，电机始终处在高效率的工作状态。将电机变频调速技术用于液压系统，可以克服液压系统的一些缺点，如简化液压回路，减少液压系统的能量损失，提高系统效率，降低噪声等。其中最重要的是减少液压系统的能量损失，提高整个系统的效率。 4尽管节能
18、液压回路的种类很多，但它们的目的只有一个，就是设法做到液压系统提供的功率和负载所需要的功率相匹配，提高液压系统的功率效率，达到节能的目的；然而,这种仅局限于液压系统的范围来考虑节能的问题仍然有其不足之处：第一，这种节能液压回路多数都比较复杂，如各种形式的压力适应、流量适应和功率适应的液压回路均需要比较复杂的变量机构；第二，对元件本本科毕业论文3身的要求高，如不同形式的变量泵、蓄能器、二次调节元件等；第三，组成系统的元件多、环节多，对油液介质的要求高，因而故障率高、可靠性差，也给维护保养带来不便；第四，局限于液压系统的节能液压回路，没有把电动机的效率特性包括进去。 5在液压动力固定设备的设计中，
19、选择电动机时，是以工作循环中负载所需的最大功率来选择，但是，固定设备在实际运行时，大部分时间都是欠负载运行，因而电动机的效率不高，整个系统功率效率的提高也受到限制。因此，要想提高固定设备的整机功率效率，应该把电动机及其整个动力传动链包括在内来考虑，使得电动机提供的功率和负载所需要的功率相匹配，这种从系统的角度和全局的观点来考虑液压动力设备的节能问题，就是固定液压动力设备的全局功率匹配。既然可以把重物势能转换成直流电用蓄电池或超级电容回收，也可以转换成压力能用液压蓄能器回收，相比之下，液压蓄能器特别是气囊式蓄能器具有反应灵敏易于控制、能量体积比率大、工作可靠、制造工艺成熟成本低的优点，皮囊的使用
20、寿命达 10 万次以上。控制阀方面，换向滑阀内泄大，与之相比插装式锥阀密封性能和动态特性好，通油能力大压力损失小，在高压大流量系统中广泛应用。因此可采用基于插装式锥阀控制的气囊式蓄能器来实现重物势能的再生利用。把能量再生利用装置设置于液压马达的低压侧而非高压侧，液压马达与蓄能器的能量交换要经过液压泵，能量交换的效率会有所降低，但这种设置方式可以提高装置的安全性和可靠性。一方面，每次起吊的重物不可能完全一致，当很重的重物开始下落时，若蓄能器压力不够高，制动力不足，液压泵一电机机组仍将加速到同步转速以上，仍然能够产生再生制动，保证安全下落，同时重物的大部份势能可以回收到蓄能器。另一方面，如果起吊的
21、重物很重，单靠蓄能器压力不能驱动液压马达，此时液压泵将起到增压器的作用从而驱动液压马达，由于液压泵人口压力高，故液压泵-电机机组消耗的电能并不多。 61.2 国外船舶节能型液压起货机研发现状在液压起货机方面，欧洲、美国和日本这些经济发达国家和地区的相差非常大，他们在液压元件近年来的主要成果在：（1）元件的小型化、模块化；（2）节能化；（3）新材料的应用；（4）环保；（5）非矿物油介质元件。美国的液压技术起步早，发展时间长，因此美国的技术是在全球相当领先的，但是目前其国内液压市场日趋饱和，从美国市场报告来看，液压设备的需求无论装机量还是总销售额均大大超过美国国家设备工业公司报道的每年安 装的液压
22、机械数量。从 1986 年以来，美国新实用的液压设备数量已急剧下降，1996 年曳引液压机的销售量已降到 1985 年的 50%。但是曳引液压机的市场已再次开始有较大增长的趋势。另一方面，1998 年所安装的曳引液压机数量是 1994 年的两倍。然而，要注意的是，这些不包括液压设备改造市场方面的信息，也不包括新安装而未报导的液压机。在 1998 年，估计就有 5000 多台新液压机未被记录，比如，其中估计约有3000 台是液压电梯。按百万美元计算，1998 年的液压电梯的销售额约为曳引电梯的 133%。另外还可比较得出 1998 年生产安装的液压电梯数量约为同年生产安装的曳引电梯的 8 倍。这
23、些液压电梯中约有 90%-95%是液压缸埋入井道底坑深孔内的直顶式结构，这在美国液压电梯行业中是非常普遍的，与欧洲和亚洲有非常大的区别。在日本，液压电梯市场正如它的其它一些产品市场一样，与美国非常类似，并且由于其人口密度很大，因此一直以来发展高层建筑；目前其高层建筑市场也基本饱和，再加上老龄化社会的到来，低层建筑也开始流行，目前在日本的电梯市场也是液压电梯颇受欢迎，从 1976 年以来，液压电梯的年装机数量一直呈上升趋势，没有曳引电梯的波动幅度大，尤其是 93 年以后，液压电梯的市场本科毕业论文4份额在 30%以上；但是从 97 年开始液压电梯的年装机数量急剧下降，到 1999 年液压电梯在日
24、本的占有率从 98 年的 30%下降为 18%，也许是日本无机房电梯迅速增加的原因吧。 71.3 本课题的研究内容本文主要研究的是对起货机的节能设计。主要内容有：（1）对起货机的液压系统的设计及计算。 （2）对起货机节能方法的设计及计算。 （3）对起货机的蓄能器的功率计算。 （4）对起货机回转机构本文详细要完成升降、回转、节能机构的液压系统设计。在液压系统的设计中，要对液压泵和马达的计算与选择、限速阀、油管以及蓄能器的选择。在设计液压起货机中根据自身要求选择合理的液压系统及起货设备。本科毕业论文5第 2 章 船舶液压起货机及液压系统简介2.1 液压起货机简介:液压起货机是液压甲板绞车的一种。所
25、谓船舶液压甲板绞车通常是指在甲板机械中除舵机以外的各种装卸设备、锚缆设备、舷梯升降设备等所用绞车的一个总称。船舶起货机应工作可靠、效率高、维护和使用容易，还应能防水、防潮和适应航区气候条件。它应满足的基本技术要求如下：（1）能以额定的起货速度起升额定负荷。（2）能依操作者的要求方便灵敏地起、落货物。（3）能依据起吊货轻重、空钩或货物着地等不同情况，在较广的范围内调节运行速度。（4）无论在起货或落货的过程，都能根据需要随时停止并握持货重，即能可靠地制动。上述各项基本要求规定了起货机必须有能以额定速度起升额定负荷的足够功率；必须有换向、调速、限速的能力；并需设常闭式制动器和机械固锁装置，以便有效制
26、动和锁紧。起货机所采用的液压系统按油液循环方式的不同而分为：开式系统:指油泵系从油箱中吸油，经换向阀输入油马达，而油马达的排油则经换向阀返回油箱.闭式系统:指油马达的排油并不返回油箱，而是直接返回油泵的吸人口，故油液将在油泵与油马达之间形成封闭的循环根据负荷的特点来看，主要是起重机机构液压系统，克令吊还有回转机构液压系统。起重机机构液压系统负荷的特点是：主要工作负荷时重力负荷。无论是在重物升起、降下或停在半空时，重力负荷始终单方向存在。故执行元件的两根主油管工作中始终不变的分别承受高压和低压，以产生方向不变的液压力或扭矩与重力相抗衡。于是，起重机构液压系统具有以下特点：（1）只有一侧油路要求限
27、压值较高，而另一侧限压值教低。（2）必须能限制放下重物时的速度，以防重物在重力作用下快速坠落。（3）重物停在空中时应能可靠地锁紧，以防其在重力作用下向下滑落。（4）若重力负荷变动范围较大，则需要采用功率限制措施。 82.2 液压起货机的选用液压起货机按起货设备分，有吊杆式起货机和回转式起货机。吊杆式起货机是船上应用最早的起货机。它的结构简单，初置费较低，维护容易，迄今仍为一般船舶所广泛采用。吊杆式起货机通常按吊杆承载能力在 10t 以下或以上分为轻型和重型；按所用吊杆数又可分为双吊杆和单吊杆。双吊杆起货机由两根吊货杆和两台起重绞车组成。装卸货物时，吊杆的位置不动，两人配合操作两部起重绞车，相应改变两根吊货索的长度，即可从船舱或码头起卸货物。单吊杆起货机只需要一人操作；作业前准备工作较简单，且可随时调整作业范围，能两舷轮流装卸；而且在吊杆受力相同的条件下，工作负载大约可为前者的 2 倍。缺点是吊杆在作业中需要回转，单吊杆周期比双吊杆长；货物在空中易摆动，落点不易准确定位。回转式起货机常按音译称为克令吊。与吊杆式起货机相比，克令吊占用甲板面积小，操作灵活，可 360回转，能为前、后舱工作，能准确地把货物吊放到指定地点，装卸效率高，并能迅速投入工作。但它结构复杂，管理要求高，价格比吊杆式起货机贵得多。一般认为船经常到港而起货重量
