【正文】 河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 緒 論 第一節(jié) 疏浚 工程 及絞吸式挖泥船的重要性 及意義 一、疏浚工程 疏浚工程是 應(yīng)用水力或機(jī)械的方法，挖掘水下的土石方并進(jìn)行輸移處理的工程稱為疏浚工程。疏浚工程由來(lái)已久，古代疏浚工程是靠人力使用簡(jiǎn)易的手工工具進(jìn)行的，后逐步為機(jī)械所替代?，F(xiàn)今機(jī)械方式通常使用挖泥船。 疏浚工程的主要目的是：開(kāi)挖港池 、進(jìn)港航道等、吹填造陸以興建碼頭、港區(qū)和臨港工業(yè)區(qū)、沿海城市用地和娛樂(lè)休閑用地、岸灘養(yǎng)護(hù)、水利防洪和庫(kù)區(qū)清淤、江河湖海等水環(huán)境的改善和生態(tài)恢復(fù)以及各類水下管線溝的施工和填埋等。疏浚工程對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步、環(huán)境改善及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用非常重大。 用疏浚的方法，挖深河流或海灣的淺段以提高航道通航或排洪能力；將開(kāi)挖航道或港池的疏浚土吹填到附近的低洼地進(jìn)行造地的一種經(jīng)濟(jì)可行的主要方法。疏浚土歷來(lái)主要是采取廢棄或傾倒于工程附近水域的方式進(jìn)行處理的。吹填工程開(kāi)創(chuàng)了變廢棄為寶，綜合利用進(jìn)行處理的新方式，后又發(fā)展到利用疏浚土 作建筑材料及整治建筑物的材料等用。疏浚工程還擴(kuò)展到開(kāi)挖河底或海底開(kāi)槽以埋設(shè)過(guò)河或跨海管道 (水管、油管、輸電電纜、通訊電纜等 )；挖除水下軟土置換承載能力強(qiáng)的沙、石作水工建筑物基礎(chǔ)；吹沙養(yǎng)護(hù)海灘等等。 近廿余年來(lái)，人類對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求日益提高，防止和減少疏?；顒?dòng)對(duì)水域及陸域的污染已成為疏浚工程所必須考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，用疏浚方法挖除水下污染土并進(jìn)行工程處理亦成為疏浚工程的重要內(nèi)容。 由此可見(jiàn)，疏浚工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是對(duì)水上交通、水利防洪、工業(yè)發(fā)展和城市建設(shè)、海上能源產(chǎn)業(yè)等的作用是很重大的，是 必不可少的 二、絞吸式挖泥船 （一）絞吸式挖泥船具有良好的性能 (1)絞吸式挖泥船用途廣泛，可以在江河湖海中作業(yè)，用以清淤，航道挖掘，吹填造地。在特殊情況下絞吸式挖泥船上安裝大功率絞刀設(shè)備，不需爆破即可挖掘玄武巖和石灰石等巖石地層。 (2)絞吸式挖泥船工作效率高，產(chǎn)量大，泵距遠(yuǎn)。大型的絞吸式挖泥船每小時(shí)產(chǎn)量可達(dá)幾千立方米；把泥沙或碎巖物料依靠強(qiáng)大動(dòng)力通過(guò)泥泵和排泥管線，泵送出幾千米之外。 (3)絞吸式挖泥船操作簡(jiǎn)單，易于控制。挖泥船依靠船艉的臺(tái)車(chē)使鋼樁定位和步進(jìn)，利用絞刀臂架兩測(cè)鋼纜與固定 于挖槽兩測(cè)的錨，靠鉸車(chē)牽引，兩廂擺動(dòng)絞切泥沙物料，在一定的控制擺角下工作，將絞動(dòng)的物料，經(jīng)過(guò)輸泥管泵到堆積場(chǎng)。挖泥船的步進(jìn)是由兩根樁交替運(yùn)動(dòng)，邁步向前。 河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 (4)大型絞吸式挖泥船帶有自航系統(tǒng)．遷移時(shí)可以自航到位。中小型挖泥船多為無(wú)自航系統(tǒng)，靠拖船拖行。中小型挖泥船可設(shè)計(jì)建造成組裝式，通過(guò)陸路運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)組裝后即可使用。 (5)絞吸式挖泥船經(jīng)濟(jì)性好。物料的挖掘和輸送一次性完成，不需要其它舶船配合，幾次搬運(yùn)。相對(duì)工程成本較低。 （二）研究意義 我國(guó)是多河流的國(guó)家 ， 海岸線也較長(zhǎng) ， 需要各種各樣的挖泥船進(jìn) 行河道 、 航道及港口 、 碼頭的疏浚 。 隨著我國(guó)沿海航道疏浚、吹填、港口工程規(guī)模的擴(kuò)大，挖泥船日趨大型化，并且變得越來(lái)越先進(jìn)。國(guó)外荷蘭、法國(guó)和日本等國(guó)建造的挖泥船雖然技術(shù)先進(jìn)，挖掘和吹填效率高，但要引進(jìn)，價(jià)格昂貴，供貨時(shí)間長(zhǎng)，維修不方便，對(duì)國(guó)內(nèi)的施工企業(yè)來(lái)說(shuō)十分不利。開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)新型挖泥船就顯得十分迫切。 絞吸式挖泥船是水利疏浚工程中的一種最常用的施工設(shè)備，其操作性能好壞，將直接影響到施工作業(yè)的實(shí)效。 但它系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)含量高，存在大量的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)，其中定位樁系統(tǒng)是此類挖泥船的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，值得深入研究。 第二 節(jié) “天獅號(hào)”挖泥船的參數(shù) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是針對(duì)天津航道局“天獅號(hào)”絞吸式挖泥船的工作情況設(shè)計(jì)一個(gè)定位樁液壓系統(tǒng)，下面對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究作一簡(jiǎn)單說(shuō)明： 一、挖泥船主要參數(shù) “天獅號(hào)”絞吸挖泥船足整體式、單甲板、鋼質(zhì)、方駁體非自航船。機(jī)艙和泵艙位于主甲板以下。船艏中間設(shè)有橋架開(kāi)槽，開(kāi)槽長(zhǎng) 31． 5 m。采用定位樁與臺(tái)車(chē)相結(jié)合的形式挖泥。船艉中間設(shè)有臺(tái)車(chē)開(kāi)槽，開(kāi)槽長(zhǎng) 14 m，主定位樁及臺(tái)車(chē)設(shè)在開(kāi)槽中。右舷末端設(shè)輔定位樁系統(tǒng)。艉部左側(cè)主甲板布置有艉排泥轉(zhuǎn)動(dòng)彎管、抗風(fēng)錨系統(tǒng)等，船舯前部布置主要的挖泥作業(yè)設(shè)備，包括橫移絞車(chē) 、起橋絞車(chē)、橋架、絞刀總成和拋錨桿系統(tǒng)。 挖泥船主尺度和挖泥性能如下：總長(zhǎng)： 108m(絞刀橋架脫離水面以上 )；船長(zhǎng)： 82． 6m；型寬： ；型深： ；設(shè)計(jì)吃水： ；最大挖深： 25m(橋架與水平夾角為 50 度 )：最小挖深： 5m；名義最大生產(chǎn)能力： 3000 m3/h；設(shè)計(jì)最大排泥距離： 6000mm。 二、船舶定位方式的選定 挖泥船工作定位一般有錨絞車(chē)定位、斜樁定位和定位樁臺(tái)車(chē)定位三種。錨絞車(chē)定位是依靠四只定位錨中的首尾錨移位，主錨牽引，邊錨調(diào)整來(lái)進(jìn)行的。斜樁定位是借三根樁的輪流動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)定位的。 定位樁臺(tái)車(chē)定位有主、副二根樁，主樁在臺(tái)車(chē)上，臺(tái)車(chē)借助油缸推動(dòng)進(jìn)行移位。它克服了以上二種定位方式的不足，具有定位精度高、操作方便、安全可靠、換樁間隔時(shí)間長(zhǎng)和不影響其他船舶通航的特點(diǎn)。因此，“天獅號(hào)”絞吸挖泥船的工作定位選擇了定位樁臺(tái)車(chē)定位的方式。 河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 三、定位樁臺(tái)車(chē)部件及子系統(tǒng) 定位樁臺(tái)車(chē)部件主要有行走油缸、提升油缸、倒樁油缸、夾緊油缸、前滑塊、后滑塊、機(jī)械限位裝置、鋼絲繩提升裝置、倒樁裝置、定位樁夾持裝置、插銷(xiāo)、活動(dòng)抱箍以及車(chē)架等。 定位樁臺(tái)車(chē)為全焊接結(jié)構(gòu)。行走在船艉中間開(kāi)槽滑軌上。臺(tái)車(chē)分行走、提升、抱樁和斜 樁 4 個(gè)子系統(tǒng)。行走子系統(tǒng)主要是用一只行走油缸驅(qū)動(dòng)整個(gè)臺(tái)車(chē)前后移動(dòng)；提升子系統(tǒng)主要是用二只提升油缸驅(qū)動(dòng)提升導(dǎo)向鋼絲繩完成定位樁提升動(dòng)作；抱樁子系統(tǒng)主要是二只夾緊油缸驅(qū)動(dòng)夾緊裝置對(duì)定位樁進(jìn)行夾緊與放松動(dòng)作，與提升定位樁時(shí)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)；倒樁系統(tǒng)主要是二只倒樁油缸驅(qū)動(dòng)倒樁裝置，完成定位樁的倒樁與豎樁動(dòng)作。在倒樁前，需打開(kāi)抱箍門(mén)，使定位樁完全處于倒樁狀態(tài)。倒樁通常在調(diào)遣船舶前進(jìn)行，豎樁通常在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行。 四、定位樁系統(tǒng)聯(lián)鎖控制 定位樁系統(tǒng)工作通過(guò)操縱臺(tái)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，而相互動(dòng)作有聯(lián)鎖要求，各動(dòng)作通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳感器傳 至PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷控制，如有誤操作發(fā)生，則動(dòng)作不能執(zhí)行。 輸出信號(hào)： 1)定位樁高、低位 (提升油缸上 )各 2 點(diǎn)，共四點(diǎn)。 2)定位樁高、低壓信號(hào) 2 點(diǎn)。 3)夾緊油缸夾緊到位、松開(kāi)到位共 4 點(diǎn)。 4)抱箍上下位各 2 點(diǎn)，共 4 點(diǎn)。 5)臺(tái)車(chē)行程傳感器 (操縱臺(tái)顯示行程 )、臺(tái)車(chē)伸出及縮回到位信號(hào) 2 點(diǎn)。 6)蓄能器高、低壓信號(hào) (壓力傳感器 )共 2 點(diǎn) (蓄能器用于夾緊油缸保壓 )。 7)倒樁油缸倒樁到位信號(hào)共 2 點(diǎn)。 8)定位樁快放油箱高低位各共 4 點(diǎn)。 聯(lián)鎖控制方法： 1)定位樁起樁：起樁，定位樁低壓力信號(hào)有輸出時(shí)，定位樁停止工作，夾緊油缸自動(dòng)松開(kāi)，松開(kāi)到位時(shí)，繼續(xù)起樁，如果抱箍有高位信號(hào)。則表明雖然顯示松開(kāi)到位，但抱箍機(jī)構(gòu)還是處于夾緊狀態(tài)隨定位樁上升，此時(shí)起樁動(dòng)作自動(dòng)停止，以免抱箍提升釀成不良后果，提升油缸到位后起樁自動(dòng)停止。 2)定位樁快放：夾緊油缸必須處于松開(kāi)到位狀態(tài)時(shí)才能工作。按鈕按下后。即使按鈕松開(kāi)，對(duì)應(yīng)電磁鐵 5 秒后失電，以免定位樁快放時(shí)液控單向閥關(guān)閉造成管路高壓。 3)夾緊油缸松開(kāi)：定位樁低壓力信號(hào)無(wú)輸出時(shí)，不能進(jìn)行松開(kāi)動(dòng)作，因此時(shí)定位樁起樁鋼絲繩還未受力，抱箍松開(kāi)導(dǎo)致提升裝置承受沖擊力。 4)夾緊油缸夾緊：執(zhí)行夾緊動(dòng)作，夾緊到位后自動(dòng)進(jìn)入 保持夾緊，直到發(fā)生松開(kāi)動(dòng)作時(shí)才解除保持夾緊。 5)臺(tái)車(chē)伸到頭、縮到位。自動(dòng)停止動(dòng)作，除非執(zhí)行相反動(dòng)作，否則不執(zhí)行。 6)定位樁油箱高位時(shí)．駁油泵啟動(dòng)?？旆艅?dòng)作不能執(zhí)行。低位時(shí)駁油泵停止工作。 7)蓄能器低壓時(shí)自動(dòng)沖壓，高壓時(shí)停止。 8)倒樁到位后自動(dòng)停止動(dòng)作。 9)所有機(jī)構(gòu)狀態(tài)在操縱臺(tái)上均指示燈顯示。 五、設(shè)計(jì)研究中的幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題 在“天獅號(hào)”絞吸挖泥船定位樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中。經(jīng)調(diào)查分析了現(xiàn)有在用類似挖泥船定位樁系統(tǒng)使用中存在的問(wèn)題。并著重對(duì)這些問(wèn)題作了深入研究，改進(jìn)了傳統(tǒng)的做法。具體有： （一） 部件設(shè)計(jì) 滑塊：將臺(tái)車(chē) 前滑塊設(shè)計(jì)成活動(dòng)滑塊結(jié)構(gòu)。活動(dòng)滑塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是使臺(tái)車(chē)及同定在臺(tái)車(chē)上的設(shè)備的重量均勻作用于四個(gè)滑塊，并且由于是四個(gè)滑塊同時(shí)接觸于滑軌而非點(diǎn)接觸，使滑塊與滑軌磨損大大減小。即使以后滑塊與滑軌磨損了，只需要更換滑塊與滑軌表面的一層耐磨材料 (瑞典產(chǎn) HARDOX500)就可以了。維修周期和費(fèi)用都很小。使用活動(dòng)滑塊而不是圊定滑塊，就是使臺(tái)車(chē)在受力不均勻時(shí)?；瑝K能自行調(diào)節(jié)受河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 力面，使臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)不至于承受扭力。 抱緊裝置：抱緊裝愛(ài)摩擦片采用 F0202J 特殊粉末冶金，其特點(diǎn)是耐磨損。使用周期長(zhǎng)、安裝拆卸方便、易保養(yǎng)和維修。不像傳 統(tǒng)的兩道或三道鋼帶結(jié)構(gòu)，抱緊裝置裝有四行、五列共計(jì) 80 片摩擦片。安裝這么多的摩擦片的目的是增加與定位樁的接觸點(diǎn)，增大摩擦力，與定位樁抱得更緊，拔樁時(shí)不易打滑。并且每片摩擦片都有壓條壓緊，一旦使用過(guò)程中有磨損或損壞時(shí)。只要拆去一兩片壓條就可以更換需要更換的部位，更換時(shí)間一般不超過(guò)二十分鐘。 滑輪：提升滑輪采用熱軋工藝生產(chǎn)，加工成型后滑輪邊緣和繩槽還要熱處理，使滑輪邊緣和繩槽更耐磨損。使用周期長(zhǎng)?；喼虚g裝的是特殊材質(zhì)銅套，使銅套抗壓程度更高。 插銷(xiāo)：改變插銷(xiāo)上下直徑不變的傳統(tǒng)做法，將插銷(xiāo)設(shè)計(jì)成上大下小的錐形， 相應(yīng)地將抱孔也設(shè)計(jì)成上大下小，使拔銷(xiāo)更容易，便于外抱的開(kāi)合。 下抱防撞塊：在下抱箍處安裝 200mm 厚橡皮減震防撞塊，當(dāng)?shù)寡b和插銷(xiāo)時(shí)，可以避免鋼樁與臺(tái)車(chē)下抱的直接碰撞，很好地保護(hù)臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)。 提升油缸抱緊箍：提升油缸抱緊箍?jī)?nèi)圈的 30ram 厚氯丁橡膠采用與抱緊嘲預(yù)制而成，形成整體結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的用橡膠板繞在油缸上再用抱緊箍固定的做法不一樣。 倒樁鉤：為了確保銷(xiāo)孔尺寸的精確，倒樁鉤建造時(shí)要求全部上鏜床加工，確保每一個(gè)尺寸的精度。使樁插銷(xiāo)更易插入或拔出，避免因?yàn)榭撞煌氖箻丁⒌箻躲^、插銷(xiāo)之間出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。 油缸：行走油 缸、提升油缸與油管連接處采用球鉸接，材料為 40Cr 凋質(zhì)。油管采用硬管，并能自由擺動(dòng)，減少酒缸和油管之間的受力．增加了油管使用壽命，從而消除了傳統(tǒng)的軟油管與油缸用固定接頭連接，靠軟油管自身的軟性調(diào)整位置，軟油管因疲勞而常常破裂的狀況。 （二） 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 集成塊保壓性能好，單向閥無(wú)內(nèi)泄漏，即使抱箍失靈，靠定位樁系統(tǒng)油缸也能長(zhǎng)時(shí)間有效支撐定位樁。 集成塊設(shè)計(jì)中考慮換向緩沖，可避免換向沖擊。 夾緊油缸保壓由蓄能器實(shí)現(xiàn)，定位樁下放控制為二級(jí)調(diào)壓 (低壓 )，空載下放用于油缸自重，可有效避免油泵經(jīng)常受高壓沖擊。 第 三 節(jié) 設(shè)計(jì)方法 及 章節(jié)安排 本設(shè)計(jì)以《液壓傳動(dòng)》教材中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算章節(jié)為主要設(shè)計(jì)方法和依據(jù)，計(jì)算方法來(lái)源于教材不同章節(jié) 和參考書(shū)及互聯(lián)網(wǎng) 。 第一章主要介紹絞吸式挖泥船的結(jié)構(gòu)，特征及其工作原理，第二章講述挖泥船定位樁的工作原理及工作起落圖和液壓系統(tǒng)圖，第三章主體設(shè)計(jì)，根據(jù)給定的工況，結(jié)合資料及教材進(jìn)行液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第四章結(jié)論，然后是設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些參考文獻(xiàn)，接下來(lái)是對(duì)老師及各方面的致謝，最后是設(shè)計(jì)的一些資料附錄 河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第一章 絞吸式挖泥船的結(jié)構(gòu)和工作原理 第一節(jié) 絞吸式挖泥船的結(jié)構(gòu) 絞吸式挖泥船結(jié)構(gòu)如 圖 1 所示： 圖 1 絞吸式挖泥船平面布局圖 第二節(jié) 絞吸式挖泥船 特征 絞吸式挖泥船的特性是：她屬于靜態(tài)挖泥船，安裝絞刀頭 /鉸刀作為挖掘工具，使泥土在切削后被吸入。在吸泥過(guò)程中，絞吸式挖泥船是以定位樁為中心通過(guò)固定在側(cè)邊絞盤(pán)上的錨纜按圓弧形旋轉(zhuǎn)，如圖 2 所示。絞吸式挖泥船非常易于與吸揚(yáng)式挖泥船區(qū)分，因?yàn)楹笳呤菦](méi)有定位樁系統(tǒng)的。 絞 刀支臂懸掛在支臂支架上，絞刀頭、驅(qū)動(dòng)器和吸泥管都置于其上。對(duì)于中小型絞吸式挖泥船，一般采用 A 型支架，而對(duì)于大型絞吸式挖泥船，一般支架較重。因部分切削力需由平底船及定位樁平衡，所以絞吸式挖泥船的平底型船體比其他靜止型挖泥船較重。挖掘的泥水混合物由水力式吸泥管輸送到排泥場(chǎng)。但也有某些絞吸式挖泥船配套有駁船卸泥系統(tǒng)。絞吸式挖泥船安裝一個(gè)或多個(gè)泥泵，其中一個(gè)放置在絞刀支臂上。自航絞吸式挖泥船的推進(jìn)器裝置既可置于挖泥船前部靠近絞刀頭處，也可置于其后靠近定位樁處。 河海大學(xué)本科畢業(yè)論文 絞吸式挖泥船定位樁液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第