0909液压锚机设计规范.docx
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0909液压锚机设计规范
液压锚机设计规范
Q/HX.J-02-28-200
前言
本规范是根据本公司实际状况,为方便产品设计人员的设计工作而编制,起到—种引索作用。
本规范的制定参照了GB/T4447-1992《海船用起锚机和起锚绞盘》、中国船级社《钢质海船入级与建造规范》等标准及规范。
本规范由标准化委员会提出。
本规范由技术部归口。
本规范起草单位:
技术部
本规范主要起草人:
黄勇金
1主要内容与适用范围
a.本规范规定了液压锚机的分类、技术要求、试验方法及设计的一些有关规定。
b.本规范适用于液压锚机,可供设计参考使用。
c.对于起锚系泊组合机应符合本规范外,还应符合Q/HXJ-08-18-2007有关
2引用标准
a.GB/T4447-1992《海船用起锚机和起锚绞盘》
b.GB3893船用甲板机械名词、术语
c.GB7390船用绞缆筒外形
d.GB549电焊锚链
e.GB550铸钢锚链
f.CB3179锚链轮
3术语
本标准除采用GB3893规定的术语外,还采用如下术语:
3.1起锚机的工作负载
工作负载在锚链轮处测量,并由锚链直径、锚链等级、抛锚深度等导出。
3.2过载拉力
起锚机必需的短时过载能力。
3.3支持负载
锚链轮制动装置能承受的锚链上的最大静负载。
3.4公称速度
当有三节锚链浸没在水中而且自由悬挂的情况下,回收两节锚链的平均速度。
3.5对称双锚链轮起锚机
由独立动力驱动对称配备两个锚链轮的起锚机。
3.6单锚链轮起锚机
由独立动力驱动只配备一个锚链轮的起锚机。
3.7单锚链轮起锚装置
由一个外部动力源驱动只配备一个锚链轮的起锚装置。
3.8右式(左式)起锚机
当观察者位于原动机、动力源或控制器一边时,如果锚链轮或锚链轮装置的驱动装置在锚链轮右侧,称为右式起锚机;如果驱动装置在锚链轮左侧,称为左式起锚机。
3.9抛锚深度
从抛锚点海面测得的水深
4锚机分类
4.1型式
A型——对称双锚链轮起锚机,见图1。
B型——单锚链轮起锚机,见图2。
C型、D型——单锚链轮起锚装置,见图3、图4。
E型——起锚绞盘,见图5。
5技术要求
5.1性能
产品还应满足有关船级社要求。
5.1.1起锚机必须具有在工作负载下连续工作30min的能力,并应具有在本规范中规定的过载拉力下减速连续工作2min的能力。
5.1.2起锚机的公称速度不得低于0.15m/min。
5.1.3起锚机的负载的计算是以一次使用一个锚链轮,采用标准锚,并取链筒效率为70%,海水浮力系数为87%作为基础。
5.1.3.1抛锚水深等于或小于82.5m的起锚机工作负载,按以下公式选定计算。
1级锚链F1=37.5d2
2级锚链F1=42.5d2
1级锚链F1=47.5d2
式中:
F1——工作负载,N;
d——锚链直径,mm。
5.1.3.2抛锚水深大于82.5m的起锚机工作负载,按以下公式选定计算。
F2=F1+(D-82.5)×0.27d2
式中:
F2——工作负载,N;
D——抛锚水深,m。
5.1.3.3过载拉力
过载拉力为1.5F1
5.1.3.4支持负载
有止链器:
0.45×锚链破断负载,N。
无止链器:
按船级社要求。
5.2设计和结构
出口产品还应满足有关国家对起锚机控制有影响的国家安全规则。
5.2.1锚链
本标准以采用3个锚链等级为基础,参见GB549和GB550。
5.2.2锚链轮
a.锚链轮设计按本公司的锚链轮标准选用或按CB3179的规定。
b.锚链轮必须能与驱动装置脱开,动力操纵的离合器也必须可用手脱开。
5.2.3绞缆筒
起锚机可设计成带或不带绞缆筒,绞缆筒可以安装在中间轴或锚链轮轴上,绞缆筒外形见GB7390。
5.2.4强度要求
5.2.4.1如装有止链器,当制动装置制动、锚链轮脱开时,起锚机应承受45%锚链轮破断负载,其受力零件不应有永久变形,其制动装置也不应有打滑现象。
如不装止链器,起锚机应符合有关船级社要求。
5.2.4.2起锚机零件和起锚机支架有关零件的应力必须低于所用材料的弹性极限。
设计时,还应注意:
a.键槽及其他高应力零件的应力集中;
b.由于原动机或锚链轮突然启动或停止而产生的动力效应;
c.计算设计应力时使用的计算方法;
d.有关船级社的要求。
5.2.5制动装置
5.2.5.1控制制动装置
液压驱动的起锚绞盘应采用相应的控制制动装置,当操纵手柄处于零位时,控制制动装置应能支持1.3倍的工作负载。
不带液压制动器的起锚机,当支持1.3倍的工作负载时,允许锚链有一定的滑移量,最大滑移量不超过0.5m/min。
5.2.5.2锚链轮制动装置
每个锚链轮均配备一个手动装置,此制动装置也可是遥控的,其制动力矩要足以维持本规范中规定的支持负载。
5.2.6应急停止机构
5.2.6.1每台遥控操纵的起锚机必须有一个快速动作的应急停止机构,用来切断起锚机的动力并使控制制动装置起作用。
5.2.6.2应急停止机构必须设置有明显标志,并位于靠近起锚机便于操作的地方。
5.2.7速度控制
锚链轮转速应能在空载转速和停止之间进行调节,其起锚速度亦应能在起锚过程中进行调节。
5.2.8操纵装置
5.2.8.1操纵装置的运动方向必须设有永久性指示标志,手柄拉向操作者或手轮顺时针转动为起锚,反之为抛锚。
5.2.8.2除非订户和产品制造厂另有协议,起锚机不论采用何种动力驱动,当手动控制时,操纵装置必须自动能恢复到制动或停止位置。
6液压锚机的设计
6.1设计输入
液压锚机设计的依据是技术协议、规格书、供货合同或经营部门的设计委托书,设计输入应包含如下几方面内容和技术参数等:
a.锚机的用途及功能要求;
b.锚机使用的环境及温度;
c.锚链直径;
d.公称速度;
e.锚链等级;
f.抛锚深度;
g.过载拉力;
g.支持负载;
h.附加要求,如外形尺寸限制、主要外购件选用要求等。
注:
当以上某项用户未给定时可参考基本参数表选定,并经用户认可。
6.2系统计算
6.2.1锚机额定扭矩的计算
6.2.2总传动比的确定
总传动比:
i总=所有大齿轮的积/所有小齿轮的积
总传动比应根据液压马达的选型、工作压力、输入转速及工作流量等共同确定,在液压马达允许的输入转速范围内,应使马达的工作压力不超过额定压力。
液压锚机的传动齿轮副一般为一级或两级传动。
6.2.3要求液压马达输入扭矩:
6.2.4系统工作压力:
6.2.5系统工作流量:
链轮转速:
液压马达的转速为:
n马=ni(单位:
r/min)
6.2.6锚机工作时所需的功率:
6.3液压马达的选择
由于液压锚机的传动齿轮副一般只有一级或两级传动,故液压锚机配套的液压马达一般选用低速大扭矩马达。
低速大扭矩马达具有可靠性好、效率高、寿命长、噪音低、抗冲击等特点。
液压马达的型号主要依据6.2系统计算有关马达的参数进行选取,液压马达选择的原则主要有如下两点:
a.应使液压马达的最大工作转速不超过其允许的最大转速。
b.在液压马达允许的转速范围内,应使马达的工作压力不超过其允许的额定压力。
目前液压马达选用的品牌主要有国产宁波意宁和顺德中意,进口日本KYB和Staffa等。
6.4传动齿轮副的设计
传动齿轮副是锚机的重要传动部件,其和锚链轮大小一样决定到锚机总体尺寸的大小、紧凑性和合理性,只有完成了传动齿轮副的初步设计及外形设计才能进行锚机的总体布置设计。
传动齿轮副的设计首先要进行传动比的分配和齿轮齿数模数的选择。
6.4.1传动比的分配主要按以下原则进行:
a.使各级传动的承载能力大致相等(齿面接触强度大致相等);
b.在满足中心距要求下使减速箱获得最小外形尺寸和重量;
6.4.2齿轮齿数模数及厚度的计算和校核依据各级传动齿轮所承受的扭矩进行计算和选择,各齿轮要进行接触强度和弯曲强度的计算和校核,主要公式如下:
接触强度的计算和校核公式:
>SHlim
弯曲强度的计算和校核公式:
>SFlim
接触强度的最小安全系数:
SHlim=1
弯曲强度的最小安全系数:
SFlim=1.25
工况系数KA=1.25
齿轮的计算和校核及各系数的选取,可参考化工出版社出版的《机械设计手则》中册第八篇第三章“渐开线圆柱齿轮传动”有关内容进行。
6.4.3传动齿轮副材料的选择:
a.主动小齿轮或齿轮轴材料一般选用45#、40Cr、42CrMo等牌号,小齿轮或齿轮轴齿面一般进行高频处理。
b.从动大齿轮材料一般选用为铸钢件,可选ZG45#、ZG40Cr、ZG35SiMn、ZG42SiMn等牌号。
6.5链轮轴组合部件的设计
链轮轴组合部件主要零件有链轮、主轴、离合器等,锚链轮基本尺寸和减速箱外形尺寸确定后,下一步就是设计和确定主轴各级外圆的大小和长度,并设计主轴、离合器等。
6.6.1主轴材料的选用和强度计算
主轴材料一般选用45#、40Cr、42CrMo等,主轴各级外圆大小的确定、计算和校核可参考化工出版社出版的《机械设计手则》中册第八篇第十章“轴与软轴”有关内容。
主轴强度的计算和校核主要是进行主轴疲劳
强度的计算和校核,其主要步骤如下:
第一步:
作主轴的结构和载荷图;
第二步:
计算主轴各支承反力及弯矩;
第三步:
计算和确定主轴的扭矩;
第四步:
确定主轴的危险截面;
第五步:
确定主轴材料的弯曲疲劳极限;
第六步:
计算危险截面的抗弯截面模数、抗扭截面模数;
第七步:
确定换算系数λσ、λτ,疲劳强度的许用安全系数[S];
锚机为短时工作制,所以[S]=1.3(表8-358)
第八步:
进行主轴疲劳强度的计算和校核,计算和校核公式如下:
S=
>[S]
6.5.2离合器材料的选用和强度计算
离合器材料一般选用45#、40Cr、42SiMn等,计算和校核可参考化工出版社出版的《机械设计手则》上册第二分册第四篇第四章“联轴器、离合器”有关内容,离合器计算和校核主要是进行离合器虎牙应力的计算和校核,过程如下:
牙齿外径:
Dmm
牙齿内径:
D1mm
牙齿平均直径:
DO=(D+D1)/2mm
牙齿宽度:
b=(D-D1)/2mm
牙齿高度:
h
牙齿数:
Z
计算牙齿数:
Z
系数:
k
传递扭矩:
T=TJKN·m
许用应力:
[σ]N/mm2
计算应力:
σ=2kT/(DO·Zbh)N/mm2
结论:
[σ]应大于σ,强度足够。
6.5.3主轴与离合器的连接主要有导向键连接和六角连接两种,具体选用哪种连接由主轴部件决定。
6.6.4链轮与离合器的连接一般设计为两对对称的虎牙连接,传递主轴的扭矩,虎牙面装配时要求通过修磨,使两个虎牙面同时接触,接触斑点≥50%。
6.6锚机总体布置的设计
减速箱外形尺寸及链轮主轴组合部件外形尺寸基本确定后,下一步就是锚机总体外形的设计,依据减速箱及链轮主轴组合部件进行公共底座(按照合同协议是否提供公共底座)的设计及总体布置,并结合进行链轮主轴另一端支架支承的设计,进行刹车部件及离合机构的设计。
锚机左右机型的定议和确定:
a.往锚机出链方向看,当原动机(即液压马达)及减速箱位于链轮的左侧,称为左机;
b.往锚机出链方向看,当原动机(即液压马达)及减速箱位于链轮的右侧,称为右机;
6.7公共底座、支架支承的设计
公共底座、支架一般为钢结构件,材料一般选用Q235-A、B板,特殊需要时可选用D、E等高强度板。
公共底座与支架一般各自独立,两者之间用高强度螺栓进行连接,也可视情况将两者合二为一。
支架支承一般为滑动轴承,也可根据需要选用滚动轴承。
轴承支承座一般设计为上下两半,用高强度螺栓进行连接,材料一般选用铸钢件,牌号可选ZG230-450、ZG270-500等。
6.8刹车部件的设计
刹车部件是支持锚机支持负载及停车时的常驻刹车装置,一般为摩擦带式,主要有刹车带、螺杆、手柄、销轴、支撑板等零件。
刹车带由钢带和摩擦衬带联接而成,刹车带分刹车带上部和刹车带下部两个部分,
组成的刹车摩擦包角约为310°,与底座或墙架有固定连接点的刹车带称为紧边刹车带,另一条刹车带为松边刹车带。
刹车装置可按照华机公司的标准化刹车装置选用,选用原则是:
1.根据锚机的支持负载计算出锚机所需的最大刹车扭矩;
2.根据锚链轮刹车毂大小,结合标准刹车装置的最大刹车扭矩,只要刹车装置允许最大刹车扭矩大于锚机最大刹车扭矩即可。
刹车部件设计时需要遵照的原则如下:
a.由于锚机出绳方向只有上出绳,故刹车部件只有上出绳部件,所以应使刹车部件紧边至松边的旋转方向按上出绳设计即可。
b.刹车螺杆和手柄旋转的方向应满足:
顺时针方向转动刹车手柄时为锚机制动,逆时针方向转动手柄时为锚机松开制动。
c.刹车钢带、连接板件和耳板材料一般选用普通钢板,如锚机支持负载较大需要较厚的板料时为减少板厚可考虑选用高强度钢板。
d.有旋转运动的刹车螺杆、螺母、销轴等轴类零件,由于其处于露天环境,故其材料一般采用2Cr13不锈钢材料,当锚机处于舱室时可选用普通碳素钢。
刹车部件的计算和校核可参考化工出版社出版的《机械设计手则》上册第二分册第四篇第五章“制动器”有关内容。
刹车带强度的计算和校核可按下列步骤和公式进行:
刹车带上的刹车力P
刹车带的松边拉力为T1
刹车带的紧边拉力T2
刹车带的拉应力:
计算结果σ应小于0.9σS,σS—材料屈服强度,按材料选取。
6.9离合机构
离合机构为手动拔叉式,有拔叉、滑块、支座、销轴等零件。
拨叉为结构件,叉口大小由离合器轴毂外圆确定。
支座一般固定装焊在锚机底座或墙架体上。
拨叉和支座上要有离合器离与合两个位置的定位插销孔,并配有定位插销。
6.10强度
a.当原动机额定力矩计算传动装置及其他受影响零件的应力时,受力零件的应力不应超过材料屈服极限的40%。
b.在恶劣工况条件下原动机以最大转矩作用时,计算受影响零件的应力不
应超过材料屈服极限的95%。
c.锚机在支持负载作用下,计算受影响零件的应力不应超过材料屈服极限的95%。
d.计算冲击负载时,应使起锚机在冲击负载作用下,受力零件的应力和在正常工作情况产生的应力的合成不应超过材料屈服极限。
7试验方法
7.1空载试验
锚机在不低于公称速度的情况下连续空载运转30min,正反向各运转15min。
如锚机是可变档锚机,空载运转30min后,尽快换档,每档速度正反向各运转5min。
7.2锚机负载试验
锚机在工作负载下连续运转30min。
7.3过载拉力试验
以起锚机工作负载的150%为加载负载调整加载重块;
起锚机在不小于1米距离内升降加载重块,减速连续工作2min.
7.4支持负载试验
当支持负载大于400KN时,对于锚链轮制动装置的支持负载通过计算来核实,但是台架试验时刹车装置试验采用油缸加载试验,试验负载不超过400KN;当支持负载小于等于400KN时,刹车装置试验采用油缸加载,试验负载为锚机的支持负载。
7.5测量和检查项目
7.5.1测量在空载、工作负载下的电流、电压,工作负载下的电流不得超过电动机额定电流。
7.5.2测量并记录工作负载下的公称起锚速度。
7.5.3检查减速箱外表,应无渗油、漏油现象,测量减速箱的温升情况。
7.5.4检查锚机运转是否正常,锚机应无异常振动和噪音。
7.5.5检查离合器及制动器操纵手柄(手轮)是否灵活轻便。
7.5.6检查控制制动装置是否安全可靠,对于液压驱动的锚机还应测量锚链的滑移量,应不大于0.5m/min。
7.5.7检查锚链与锚链轮啮合情况,不得有跳链现象。
7.5.8检查主轴、制动装置、底座、墙架等受力零件应无永久变形。
8检验规则
8.1型式检验
8.1.1锚机属下列情况之一时需进行型式检验:
a.新产品试制;
b.转厂生产;
c.批量生产抽查20%。
8.1.2按7.1~7.4条中的各项进行型式试验,测量和检查项目按7.5.1~7.5.8
条规定。
8.2出厂检验
出厂检验应符合下列要求:
a.锚机为后续产品或批量多台产品;
b.按5.1、5.2条进行空载、负载试验,或按经船级社审图认可的试验大纲进行出厂试验检验,按5.6.1~5.6.7条规定进行相关项目的测量和检查。
9标志、包装、运输和贮存
9.1符合本标准的锚机应在产品明显处按下述内容进行永久性标志:
每台锚机应在明显处装订铭牌,其内容有:
a.产品名称;
b.产品型号;
c.重量;
d.检验标志;
e.生产日期;
f.出厂编号;
g.制造厂名称;
h.支持负载;
j.锚链直径。
9.2锚机各零部件的包装应可靠,装箱应牢固。
9.3产品在运输过程中应固定并具有防腐蚀、防潮等措施。
9.4产品应贮存在干燥通风处。
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