船舶起货机、锚机和绞缆机

船舶起货机、锚机和绞缆机 本文由zhangwenchaold贡献 船舶起货机、锚机和绞缆机 概 述 基本要求 1(对船舶起货机的基本要求: 1)能以额定的起货速度吊起额定负载，即要求有足够的功率; 2)能依操作者要求方便灵敏的起落货物，即要求便于换向; 3)能根据吊货轻重、空钩或货物着地等不同情况，在较大范围内调节运行速度; 4)不论在起货或落货过程中，都能根据需要随时停止，并握持货物，即能可靠地制动。绞 车和可令吊的各机构(油缸传动的除外)应设有自动动作的常闭式制动器。行走和回转机构 如不用常闭式制动器则须采用附加安全装置。 2(对锚机的基本要求: 1)必须由独立的原动机或电动机驱动并能倒转。对于液压锚机，其液压管路如果和其他甲 板机械管路连接时，应保证锚机的正常工作不受影响。 2)起单锚时的平均速度从 82.5m 水深到 27.5m 水深应不少于 9m/min。 3)应有足够的功率。在满足以上规定平均速度时拉力应不少于 41.68d2N，其中 d 为锚链直 径 mm，并能连续工作 30 分钟。应能在过载拉力(不小于额定拉力的 1.5 倍)作用下连续 工作 2 分钟。 4)链轮与驱动轴之间应装有离合器，离合器应装有锁定装置;应装有可靠的制动器，制动 器刹紧后应能承受 45%的锚链断裂负荷的静拉力;锚链必须装设有效的止链器。 3(对绞缆机的基本要求: 绞缆机应能保证船舶在受到 6 级以下风力作用时(风向垂直于船体中心线)仍能系住船 舶。其拉力大小应该根据船舶的尺度按《钢质海船入级建造规范》所推荐的数字选取。绞缆 速度一般为 15~30 米/分钟，最大可达 50 米/分钟，达到额定拉力时速度取下限值。 分 类 按驱动方式的不同，起货机、锚机和绞缆机哟偶蒸汽、电动和液压之分。除少数油轮还 用蒸汽锚绞机械外，蒸汽甲板机械已不多见。液压传动与电动相比，可 aiy 低速大扭矩而省 去减诉机构，使装置尺寸、重量减轻;而且便于实现无级调速和微速转动;因为惯性小，起 停时对电网的冲击也小，非常适合频繁起停和换向;此外，还易于实现过载保护，又能吸收 冲击负荷，如管理得当，使用寿命也较长。大液压装置对制造和管理的要求较高，价格也比 一般的电动要高。随着生产管理水平的提高，液压甲板机械的使用一日益普遍。 起货机按起货设备来分，主要有吊赣式起重机和旋转式起重机(俗称克令吊) 。 起货机的液压系统 根据负载的特点，起货机的起货绞车、变幅机构(绞车或油缸) ，以及锚机、舱盖启闭装 置等都属于起重类机构。其负载特点是:无论起升、下降或停止，始终存在由重力产生的单 方向的静负载。下面主要介绍起重类机构的液压系统，在此基础上，其他液压系统也就比较 容易掌握了。 转下页: 液压系统主要型式及其特点 类型 阀控 型 泵控 型 主油泵 定 向 定 量 泵 执行机构 定量油马达或油缸 变量油马达 定量油马达或油缸 变量油马达 系统 开式 闭式 闭式 半闭式 换向 阀 换 向 泵 换 向 调 速 限 速 制 动 能耗 制动 再生 制动 补 不补 用高位油箱 一般用辅泵 油 节流调速 节流调速 容积调速 能耗限速 再生限速 再生限速 变 向 变 量 泵 注:阀控型闭式系统如用变量油马达(一般是有级变量) ，也可以容积调速。 阀控型开式液压系统 用定量泵和定量油马达(或油缸)的阀控型开式系统的主要工作特点: 1(换向和调速: 这种系统采用定向定量泵，欲要求油缸的活塞改换运动方向，使重物起升或下降，就必 须操纵换向阀，改换油缸主油管的进油和回油的方向。 系统由定量泵和油缸(或定量油马达)组成时，要调节油缸活塞移动速度(或油马达的 转速) ，必须用节流调速法。为了操纵方便，一般都用换向阀兼做流量控制阀。 ***并联节流调速的原理: 当换向阀阀芯处于中位时，一油路接通，油泵卸载，油马达不进油。当换向阀阀芯从中 位右移时，另一油路接通，但那一油路并未立即断开，而是随这一油路的逐渐开大逐渐减。 因此，油泵流量被分别供入油马达和直接回油箱两部分。阀芯离开中位的位移越大，供入油 马达的流量越大，直接回油箱的流量越小，油马达的转速增加。 ***并联节流采用的这种滑阀接通时油路并不立即关闭，称为开式过渡滑阀。这时油泵排出 压力一般小于泵出口溢流阀的整定压力，溢流阀相当于安全阀。 ***液压甲板机械的换向阀通常都采用手动操纵，操作时切勿过猛，否则，因起重类机构惯 性较大，在起、停和换向时就会产生较大的液压冲击，虽然系统中设有安全阀，但其开启有 一定的滞后，仍可能造成管路、密封和仪的损坏。 ***采用节流调速，油泵流量在调速过程中始终不变，而且执行机构的供油也受到节流，功 率的损失较大，这些功率损失又会导致油液发热，因此，节流调速适用于工作油压较低和功 率不大的装置。 2(限速和制动: 起重类机构在起升、下降或停止时始终存在由重力产生的单向静载荷，在下降过程中重 力实际成了油缸活塞的驱动力(或产生油马达的驱动力矩) 。因此，下降时的限速和停止时 的锁紧是这种液压系统必须考虑的特殊问。几种常见的限速方法。 1)用单向节流阀限速: 在下降工况的回油管路上设置一个单向节流阀。在起升工况时它能让压力油自由通过， 而在下降工况时能对回有 5 流量进行节流。 这时，单靠重力形成的油缸排出压力有限，回油 流量(决定活塞的下降速度)受到限制。要想加快下降速度，必须增加换向阀向右的位移， 增加油缸的进油压力，提高油缸回油流量。显然，这种限速方法在轻载下降或油温降低时， 要想达到一定的下降速度就得加大油缸的进油压力，以致油泵的功率增加，经济性变差。因 此， ，仅适用于那些重力载荷变化不大以及功率较小或工作不频繁的阀控型开式系统。 2)用平衡阀限速: 远控平衡限速的开式液压系统及最简单的平衡阀。平衡阀实际上就是一只装在下降工况 回油管路上的内泄式单向顺序阀。起升时，油泵排油自平衡阀口进入，顶开单向阀输往油马 达。下降工况，油马达回油不能打开单向阀。从油马达的进油管接来的远控油管与平衡阀的 远控油口相连，因此，只有油马达的进油压力达到平衡阀的整定值(通常为 1~2MPa)时， 作用在控制活塞下面的控制油才能将主阀顶起，使油马达的回油通往油箱。因此，重物下降 时油马达的回油流量不可能大于通过换向阀控制的进油流量， 否则油马达的进油压力立即降 低，平衡阀关闭。于是，重物的下降速度由换向阀的开 必须指出:这种简单的平衡阀动态特性较差，主阀一开，液体阻力度来控制。 *** 迅速减小，重物很快 下降，以致进油压力(控制油压)降低，主阀又会重新关闭，并引起进油压力再次升高，阀 再度开启??????。这样反复循环，系统就会产生振动和冲击。因此，必须采用结构上 有改进的专用平衡阀， 使控制活塞和主阀的移动受到阻尼器的阻尼， 并使主阀阀口通流面积 的改变变得平缓些，而且主阀采用锥形密封面。 ，能够关闭严密。 ***采用远控平衡阀限制下降速度，油马达进油他里基本不受重力载荷大小、油液黏度和下 降速度的影响， 其经济性比用单向节流阀好。 如果重力载荷基本不变， 也可改用直控平衡阀， 取消远控油路， 将平衡阀下盖转过 90o 安装， 使某腔的油能经过单向阀内的通道和内控油路 接通。下降工况，使主阀开启的油马达回油压力应是重力和进油压力共同作用的结果。 ***开式系统无论采用什么方案限制重物下降的速度，都是在油马达(油缸)的回油管上进 行节流，会导致节流损失和增加油液，因此称为能耗限速。 ***起重类机构的开式液压系统，油马达(油缸)在下降工况的进油管路无论在起升、下降 或制动、锁紧时都不会承受太高的油压力。而下降工况的回油管路在油马达(油缸)出口到 限速阀件之间这段，在任何工况都承受较高油压。因此，平衡阀和单向节流阀等限速阀件在 下降工况回油管上必须尽量装的靠近油马达 (油缸) 以免两者之间的油管破裂而重物坠落。 ， ***开式液压系统的制动是通过换向阀回中来实现的。这时油缸(或油马达)的两根主油管 被封闭，回油压力迅速升高，实现液压制动。当 aiy 油缸做执行机构时，虽然油缸的密封性 一般都很好，但换向阀是靠阀芯和阀体间的间隙来密封的，难以十分严密。如系统采用单向 节流限速而下降工况回油管上没有其他去锁闭作用的阀件， 则重物在空中停留时间稍长， 便 会由于油液的内漏泄而慢慢下降。 若对油缸锁紧的要求较严， 就必须在紧靠单向节流阀的管 路上加装液控单向阀，下降时他靠进油压力开启，换向阀回中后进油压力迅速降低，阀能关 闭严密，将油路锁闭。如果系统采用专用的平衡阀限速，则无须再加装其他锁闭阀件。 ***采用油马达做执行机构的液压系统，油马达内部一般都有漏泄，无法实现液压锁紧，必 须为油马达加设机械制动器。 机械制动器又分工作性和非工作性两种。 非工作性制动器只是 在换向阀回中而油马达靠液压制动停止后才起锁紧作用， 在停止前的减速过程基本上不参与 制动工作，这样可避免制动器磨损太 快。为此，要求在液压制动器的管路上，装设单向节流 阀。当换向阀离开中位时，油泵所排压力油经过阀自由通入制动器油缸，克服弹簧力，使制 动器立即松闸;而换向阀回中时，制动器泄油缸的泄油必须经阀节流，从而延迟抱闸。有时 为缩短制动时间，减少重物下滑距离，即使系统能实现液压制动，也希望制动器在油马达完 全停止之前就抱闸，以帮助减速，这种制动器称为工作性制动器。为此，将阀的节流开度调 大，或干脆将此单向节流阀取消。 ***如机构运动部分惯性大， 在下降工况中突然制动时 (如换向阀回中太快) 油马达 ， (油缸) 回油管路压力急剧升高，有可能导致事故。为此，系统中设有做制动阀用的溢流阀，制动时 用他限制制动油压。为了缩短制动时间，制动阀的调整压力一般要比安全阀高 5~10%，同 时多采用灵敏性好的直动式。 ***开式系统制动时重物的动能无法回收利用，称为能耗制动。制动时回油管的压力油经制 动阀溢流还会发热。 3(限压保护: 除了制动阀在下降工况时起限压保护作用外，在油泵出口还装有作为安全阀的溢流阀， 以防止超负荷工作时油泵排出压力过高而使电动机过载或损坏装置。 泵控型闭式液压系统 采用变向变量泵做主油泵的泵控型液压系统一般都是闭式(或半闭式)系统。某种泵控 型闭式(半闭式)液压系统的工作情况如下: 1(换向和调速: 系统采用变向变量泵做主油泵，他是通过改变油泵的吸、排方向(即油马达进、回油方 向)改变转向。由于变向变量泵在改变排油方向的过程中，流量总是先逐渐减小为零，然后 再向反方向逐渐增大，故液压冲击小，工作平稳。 ***泵控型系统调速采用改变主泵流量的方法(容积调速法) 。如不计容积损失，则可认为闭 式系统油泵流量全部通过油马达。因此，改变油泵排量，油马达转速随之而变，并实现无级 调速。容积调速不产生额外的节流损失，比节流调速经济性好，油液发热少。 2(限速和制动: 起重类机构采用泵控型闭式系统时，其限制重物下降速度的方法与开式系统有本质的不 同。 重物下降时， 油马达被重力造成的转矩驱动， 实际按油泵工况运行， 其排油供入油泵 (而 不是回油箱)驱动泵回转，使油泵进油压力大于其排油压力，相当于油马达。这时油泵不仅 不消耗电能，反而能从压力油的输入中得到液压能。如果同轴带有其他油泵，则可驱动其回 转，不然则油泵转速将超过电动机转速，使电动机呈发电机工况热向电网反馈电能。 ***调节变量泵的排量，能控制雨马达的转速。这种限速方法在重物下降时能回收重物的位 能，称为再生限速，其经济性优于能耗限速。 ***如果是阀控型闭式系统，虽然也可以实现再生限速，在重物下降时回收一部分能量，而 不必象开式系统那样在回油路上设平衡阀或单向节流阀， 但因排量不可调， 如需要进一步控 制下降速度，仍需要操纵换向阀进行节流调速。 ***在闭式系统中，为变量油泵回到中位时，进油压力为零，油马达转速也应为零， 上可以 实现液压制动。然而，当油泵变量机构采用机械市操纵机 构时，各传动杆件间难免有间隙并 出现传动误差， 以致在操纵手柄回中时变量泵往往不能刚好回到中位， 这样油马达就会停不 住。为了解决油泵不能可靠地回中问题，在系统中装设一个中位阀，并在制动器的控制油路 中设有正好与系统相反的单向阀，使之成为工作性制动器。每当油泵操纵手柄回到中位时， 两位三通电磁阀断电，中位阀控制油泄入油箱，在弹簧作用下中位阀使主油路旁通，主泵的 卸菏就有了保证。而当操纵手柄离开中位时，电磁阀通电，控制油通过阀后一路去推动中位 阀，使主油路旁通隔断，另一路经节流阀进入制动器油缸。这里的节流作用是为了减缓进油 流量，让中位阀先隔断，待主油路建立起油压后在控制，以免重物发生瞬间意外。 电磁阀还能在意外失电时动作，使主油路经中位阀旁通而制动器饱闸，以防货物坠落。 为防止一中位阀失灵不能隔断油路，或手柄回中后制动器失灵不能抱闸，从而发生坠货 事故， 系统中设了单向节流阀。 如果发生意外情况， 油马达回油必须通过阀的节流才能旁通， 限制重物坠落速度。此外，节流阀在下降工况手柄回中时还能使油马达回油背压提高，产生 一定程度的液压制 起重类机构闭式液压系统可以知道，无论在起动，以减轻制动器的磨损。 *** 升或下降时，只有油马达在起升工况 的进油管路才承受高压，而下降工况的进油管路始终只承受低压。因此，为防止超载导致油 压过高，原则上只要求在高压管路上设置安全阀，但为防止以外，该系统仍设置了安全阀。 ***采用泵控型闭式系统，如油泵遥控系统不是机械式，能保证回中可靠，则可不设中位阀， 并能实现液压再生制动，这时安全阀可兼做制动阀。如果利用双速阀使油泵中位卸载，则油 马达应另设制动阀。 3(失压保护: 起重类机构的泵控型闭式系统中，油泵与油马达之间的高压管路较长，万一这段管路破 损或油泵突然失压， 可能发生重物坠落事故。 因此在制动器的控制油路上设有油压失压保护 阀。他是一个液动两位三通阀，有高压管路中的压力油控制。当油泵突然失压或高压油管破 裂时，失压保护阀被弹簧推向左位，使制动器油缸泄油抱闸。 4(补油和散热: 在闭式系统中，为补偿油液外漏，必须向低压侧管路补油，保证低压管路中不致真空。 此外，油液在闭式系统中循环，发热在所难免，还必须考虑如何散热，以免油温过高。 ***工作频繁和负载较大的机构，采取闭式系统油液发热比较严重，故常在工作时使一部分 油液连续泄放，经冷却器回到油箱，同时不断地向系统低压管路补油，这种系统称为半闭式 系统。 为此， 系统中装设了低压选择阀， 工作时， 他在两根主管路油压差的作用下推向一端， 低压侧管路中的部分油液能经背压阀和冷却器泄回油箱 (只有一根管路始终承受高压时， 选 择阀也可采用二位阀) ，而冷却油则由辅泵竟滤器和单向阀不断补入低压侧。系统的补油压 力由辅泵溢流阀调定，一般为 0.6~1.0MPa，此值比背压阀的调定值约高 0.1~0.2MPa。辅泵 流量一般为主泵流量的 20~30%。 带功率限制器的变量泵系统和有级变量油马达系统 1(带功率限制器的变量泵系统: ***以普通变量泵和定量油马达组成的闭式系统为例。 因为油马达的排量是不变的，主油泵的排出压力(油马达的进油压力)随油马达输出扭 矩的增加成正比地增加的; 同时， 在调速过程中， 主泵的流量也随油马达转速成正比地增加。 因此，主油泵原动机的功率应根据油马达输出最大扭矩(这时油泵排出压力最大)并达到最 大转速(这时油泵流量最大)时的输出功率，在考虑效率和安全储备系数来选取。这样，在 油马达轻载和低速时，原动机的利用率就很低。 ***事实上，起重类机构一般在重载起升时可采用较低的起升速度，而在轻载起升和下降时 可采用较高的速度，这样既有较高的工作效率，又不必设置功率很大的原动机，提高原动机 的功率利用率。 配有功率限制器的变量泵和定量油马达组成的闭式系统， 便可实现上述要求。 2(有级变量油马达系统: ***另一种常用的限制原动机功率和扩大轻载时调速范围的方法是采用变量油马达。船舶甲 板机械中多使用有级变量的双速或三速油马达。 这类油马达是通过换向阀来改变油马达的有 效柱塞排放(静力平衡式或内曲线式)或有效作用次数(内曲线式或叶片式) ，使油马达排 量改变。 ***这种有级变量油马达同样还适用于定量泵系统。有的系统油马达的有级变量不是由人工 操纵的换档阀来实现(以免重载时误用轻载档而使安全阀开启) ，而是在油马达负载变化使 进油压力改变时，自动换档。也就是重载时自动转到低速档，使调速范围变小;轻载时自动 换到高速档，使调速范围变大。