500t游艇搬運機液壓卷揚系統設計

劉立志 羅利軍 邵宏奎 王大江

摘 要：游艇搬運機的卷揚系統對于整機的提升和下降性能起著至關重要的作用。針對500 t游艇搬運機的卷揚系統，通過詳細計算，得出卷揚扭矩。考慮游艇搬運機的額定起升速度，對液壓系統進行設計，使其滿足最大負載時起升的需要，保證游艇搬運機在額定負載時以額定速度正常起吊和下降；同時，使卷揚機起升下降穩定，不超速，啟動時游艇不下滑或溜鉤，并在實際運用時取得了良好效果。

關鍵詞：游艇搬運機；液壓卷揚；平衡閥

中圖分類號：TH22 文獻標志碼：A

游艇搬運機是游艇起升、下降及短途運送游艇的專用特種設備，游艇制造廠通過使用游艇搬運機將新游艇吊起，然后運送到游艇碼頭，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吊起，運送到船塢，再將游艇輕輕放下，以便于對游艇進行維修處理工作。

1 游艇搬運機液壓卷揚系統要求

為了保證游艇搬運機起升和下降游艇的正常操作，其卷揚系統應滿足如下要求：

（1）具有足夠的起升功率。當游艇滿足額定載荷500 t時，卷揚系統能夠使游艇以1 m/min的速度起升和下降；

（2）起升和下降速度穩定，尤其是當游艇下降時，卷揚機不能超速，以保證游艇的安全；

（3）卷揚機起吊或下降游艇過程中或結束后無論停在任何位置，都能可靠停止游艇，使其不下滑。

2 卷揚馬達、減速機及液壓泵的參數計算及選取

500 t游艇搬運機由8個卷揚機組成起升下降機構，其總圖如圖1所示，游艇搬運機吊具繞繩方式如圖2所示。由圖可知，每個卷揚機起升重量62.5 t，通過吊具繞繩方式可知，有4個卷揚機是8倍率，有4個卷揚機是16倍率。

為了起升速度和功率不受影響，卷揚機鋼絲繩拉力按8倍率算，鋼絲繩速度按16倍率算；鋼絲繩直徑24 mm，卷揚機容繩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減速機用作卷揚減速機，減速機最大扭矩Tmax=45 kN?m，減速比i=105.7，此款減速機最大扭矩能夠滿足卷筒使用要求

卷揚馬達扭矩等于計算的卷揚減速機扭矩除以卷揚減速機速比：

T達=36140/105.7=341.91 N?m

卷揚馬達排量按照經典馬達排量公式計算：V=2πT達/（ΔP×10-6）

式中：V—馬達的排量（mL/r）。

T達—馬達扭矩（N?m）。

ΔP—馬達進出口壓差（MPa），取25 MPa。

帶入數據計算得V=85.9 mL/r，選排量90馬達。

卷揚減速機轉速等于卷揚減速機線速度除以卷筒圓周長度：16m/（π×0.8）=6.37 r/min。

卷揚馬達轉速等于卷揚減速機轉速乘以卷揚減速機速比：6.37×105.7=673.3 r/min。

8個卷揚馬達需要流量按照馬達需要流量經典公式計算：q達=n·V×8×10-3=90×673.3×8 ×10-3=485 L/min。

式中：n—馬達的排量（mL/r）。

V—馬達轉速（r/min）。

發動機通過聯軸器直接帶泵，發動機額定轉速2100 r/min。

按照馬達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流量，泵的排量等于馬達需要流量除以泵的轉速再除以泵的容積效率485×1000/（2100×0.95）=245 cc/r，選2個排量130泵。

3 液壓卷揚系統設計

我們選用2臺130負載敏感泵來驅動8臺定量液壓馬達。為了使游艇搬運機卷揚系統起升或下降的控制能夠在駕駛室中順利操作完成，我們選用力士樂的負載敏感電比例多路閥—M4閥來控制卷揚馬達AB口油液的換向及停止供油。

為了保證起升和下降速度穩定，尤其是當游艇下降時，卷揚機不能超速，我們在卷揚馬達AB口增加板式平衡閥。由于卷揚機起升時，沒有超越負載，考慮了節約成本設計，在馬達起升時的出油口沒有增加平衡閥，我們只在卷揚機下降時馬達的出油口增加了平衡閥。馬達出油口平衡閥的作用就是增加馬達出油口的背壓，并且使此背壓不至于波動太大，保持馬達出油口壓力值穩定；馬達出油口平衡閥的流量大小選擇是根據馬達的起升最大速度流量選擇的，從而保證在游艇下降時能夠以最大平穩速度下降，并且在游艇以最大平穩速度下降時，想要使下降減速或停止時，只要平穩調節比例多路閥的電流來減少或停止比例多路閥的液壓油流量，游艇就會平穩減速下降或停止運動。

考慮到卷揚機起吊、下降游艇以及停在任意位置上時，保證都能任意停止，使其不下滑，選取了帶駐車制動的布雷維尼減速機，同時在平衡閥內部2個主油路之間增加梭閥，2個主油路油壓經過梭閥比較后再經過單向節流閥去解除卷揚減速機駐車的制動，即當且僅當2個主油路之一有壓力油時，卷揚減速機駐車的制動才能解除，由于2個主油路之一已經有壓力油，馬達已經開始出力，這樣在卷揚機啟動瞬間就不會出現游艇溜鉤的現象。

在卷揚機吊著游艇停止運動時，由于卷揚多路閥停止供油，卷揚平衡閥首先能夠使游艇穩穩停止運動，由于主油路之一沒有壓力油，卷揚減速機的駐車彈簧將駐車腔油液排出，駐車抱死，防止卷揚平衡閥泄漏出現游艇溜鉤的現象。

為防止卷揚馬達吸空，在冷卻齒輪泵出口加背壓單向閥，背壓單向閥和齒輪泵之間引出液壓油給卷揚馬達S1口供油，卷揚液壓系統的原理圖如圖3所示。

500 t游艇搬運機在制造完成后在現場進行了型式試驗，其卷揚性能能夠滿足上面所提的各種要求和設計參數，保證了游艇的正常起升和下降。在交付游艇公司后，優異的卷揚性能得到了客戶的好評，如圖4所示。

在設計游艇搬運機液壓卷揚系統時，應該充分考慮并計算卷揚功率、起升速度等參數，一定注意游艇下降時，卷揚機不能超速；卷揚機啟動瞬間，游艇不能下滑或溜鉤。

參考文獻

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