【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 三節(jié) 絞吸式挖泥船 工作原理 在絞吸式挖泥船絞刀支臂放入水中后，泥泵開(kāi)始工作，絞刀頭開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。然后支臂向下轉(zhuǎn)動(dòng)直到絞刀頭接觸河床，或直到其最大挖深處。挖泥船繞定位樁的初始運(yùn)動(dòng)是通過(guò)放松右舷錨纜、拉緊左舷錨纜完成的。這些錨纜由靠近絞 刀頭的滑輪與甲板上的絞盤(pán)（靠近挖泥一側(cè)的絞盤(pán)）連接。放松絞盤(pán)保證兩邊纜繩的準(zhǔn)確張力，這在挖掘堅(jiān)硬的巖石時(shí)尤為重要。 絞刀頭的旋轉(zhuǎn)方向相對(duì)于其橫移運(yùn)動(dòng)的方向有時(shí)相同，有時(shí)相反。在第一種情況下，絞刀頭作用在土壤上的反作用力帶動(dòng)船體運(yùn)動(dòng)，因此其橫移作用力要小于第二種情況。當(dāng)絞刀頭運(yùn)動(dòng)方向與挖泥船橫移方向一致時(shí)，保證錨纜的預(yù)緊力是非常重要的。 1.、如果絞刀頭作用力推進(jìn)挖泥船移動(dòng)快于絞盤(pán)速度時(shí)，拉拽絞盤(pán)的纜繩講被絞刀頭卷起并剪斷，這是非常危險(xiǎn)的； 錨的位置對(duì)挖泥船所需橫移力影響大。絞刀頭到邊纜的距離越近，所需的 橫移力越?。? 橫移力也受外界自然條件的影響，如風(fēng)、水流及波浪等。 當(dāng)然，絞刀支臂沿弧形擺動(dòng)一次絞刀支臂，挖泥厚度由絞刀頭直徑及土壤類(lèi)型決定。當(dāng)一次擺動(dòng)后沒(méi)有達(dá)到所需的挖泥深度，絞刀支臂將被放下更深，且絞刀支臂將向相反的方向擺動(dòng)。 如前所述，絞吸式挖泥船是以定位樁 /工作樁為固定支點(diǎn)做圓弧形擺動(dòng)。大多數(shù)絞吸式挖泥船的地位樁放置在可移動(dòng)鋼樁臺(tái)車(chē)上。另一只樁為輔助樁，置于中心線(xiàn)外，一般置于船尾右舷一側(cè)。 鋼樁臺(tái)車(chē)?yán)靡簤焊卓梢苿?dòng) 4~6m 的距離。因?yàn)殇摌读⒂诤哟采希ㄟ^(guò)向船尾方向推動(dòng)鋼樁臺(tái)車(chē)即可推動(dòng)絞吸式挖泥船向 前移動(dòng)。絞刀頭的尺寸和土壤硬度決定了鋼樁臺(tái)車(chē)移動(dòng)的步長(zhǎng)。鋼樁臺(tái)車(chē)每移動(dòng)一步，在每次沿弧線(xiàn)擺動(dòng)末端放低絞刀支臂，絞刀可切削一層或多層土壤。 圖 2 步長(zhǎng)和切層 支臂每向前一步，絞刀頭以定位樁為中心繪出一個(gè)同心圓弧，其半徑隨步長(zhǎng)的增加而增加，如圖 3 所示。 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) 7 如果鋼樁臺(tái)車(chē)液壓缸已移到盡頭，則必須要移動(dòng)鋼樁了。在步進(jìn)前，絞刀頭移動(dòng)到切削中心線(xiàn)上，放下輔助樁，抬起工作樁，向前移動(dòng)鋼樁臺(tái)車(chē)。然后再次放下工作樁，抬起輔助樁。挖泥船就又可以開(kāi)始工作了。步進(jìn)后的第一次切削不是一個(gè)同心圓弧。 圖 3 絞吸式挖泥船的工作 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) 8 第二章 工作鋼樁的工作原理 第一節(jié) 定位樁裝置及起落方式 定位樁的起落裝置及連接、起升形式如圖 4 所示 1 一定位樁柱； 2 一起樁油缸組合體； 3 一起樁鋼繩； 4 一船體 圖 4 定位樁的起落裝置 絞吸式挖泥船上所用的定位樁柱，其作用主要有兩個(gè)：一個(gè)是以其中之一為主樁。挖泥時(shí)，船體及絞刀架可繞此主樁擺動(dòng)；另一個(gè)是如上所述的在橫移絞車(chē)的配合下，借助左、右定位樁輪流插入土中與撥出的協(xié)同作用，使絞刀架及船體一步一步往前移動(dòng)，使作業(yè)面獲得規(guī)定的縱向長(zhǎng)度和深度。液壓缸的作用主要是依靠其推桿外伸時(shí)的強(qiáng) 大擴(kuò)張力，通過(guò)一鋼繩傳遞拉力把定位樁柱從泥層中撥出，以便自如地將其固定到船艉專(zhuān)用支架上或從支架上卸下使其靠自重下落插入泥土中。 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) 9 第二 節(jié) 定位樁臺(tái)車(chē)行走油缸推 進(jìn) 工作樁在液壓缸 10a 的推動(dòng)下進(jìn)行工作，具體工況圖如圖 5 所示： 圖 5 液壓缸推進(jìn)示意圖 第三節(jié) 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)如圖 6 所示： 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) 10 1— 粗過(guò)濾器； 2— 葉片式液壓泵； 3— 單向閥； 4— 精過(guò)濾器； 5— 壓力表； 6(6a、 6b、 6c)— 三位四通手動(dòng)換向閥； 7(7a、 7b、 7c)— 單向閥； 8(8a)— 手動(dòng)閘閥； 9(9a)— 液控單向閥； 10(10a)— 液 壓缸； 11(11a)— 齒輪式液壓馬達(dá)； 12— 背壓閥； 13— 調(diào)速閥； 14— 溢流閥 圖 6 液壓控制系統(tǒng) 系統(tǒng)工作時(shí)，須先啟動(dòng)水冷式柴油機(jī)，待其穩(wěn)定運(yùn)行后，操作手動(dòng)式離合器使葉片泵上排泵油，稍停片刻使液壓系統(tǒng)建立起正常壓力后，即可將系統(tǒng)投入正常工作。 第四節(jié) 定位樁液壓缸及液壓系統(tǒng) 工作原理 當(dāng)需要操作定位樁時(shí) (將其從土層中撥起 )，只要將三位四通手動(dòng)換向閥 6 置于右位，然后再操作手動(dòng)換向閥 6a 或 6b，使液壓缸 10 或 l0a 推桿外伸即可實(shí)現(xiàn)。若要使液壓缸 10 的推桿外伸，將定位樁柱撥起，只需要將手動(dòng)換向閥 6a 置于左位， 此時(shí)系統(tǒng)的油路方向是：由手動(dòng)換向閥 6(右位 ) →手動(dòng)換向閥 6a(左位 ) →單向閥 7 →液壓缸 10，此時(shí)液壓缸推桿緩緩伸出，定位樁柱在鋼纜的作用下被撥起。 當(dāng)定位樁柱被提升到一定的高度，達(dá)到了操作的要求時(shí)，就應(yīng)立刻將手動(dòng)換向閥 6a 置于中位，就可使撥升運(yùn)動(dòng)立即停止，此時(shí)可用銷(xiāo)軸插入定位樁孔中，使其固定在船艉專(zhuān)用支架上。 然后，若要使液壓缸 10 的外伸推桿回復(fù)縮入，則可以有兩種操作方法可供選擇：一種是將手動(dòng)換向閥 6b 置于左位，此時(shí)的油路是經(jīng)單向閥 7b →液控單向閥 9→液壓缸 10 內(nèi)腔→泄油回油箱，則液壓缸推桿就會(huì)在自 重的作用下，將漸漸下降縮入液壓缸體內(nèi)；另一種方法是，通過(guò)操作手動(dòng)式閘閥 8，使液壓油快速流回油箱，推桿同樣會(huì)在重力的作用下自動(dòng)下降縮入液壓缸體內(nèi)。 對(duì)液壓缸 l0a 的操作，是與液壓缸 10 的操作方法大同小異，不再贅述。 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) 11 第三 章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 明確設(shè)計(jì)要求 具體步驟： 1）主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸以及質(zhì)量上的限制 2）之際的工藝流程或工作循環(huán)；液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方式（移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)）及其工作范圍 3）液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)速 度的大小及其變化范圍 4）主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動(dòng)作順序或互鎖要求，各動(dòng)作的同步要求及同步精度 5）對(duì)液壓系統(tǒng)工作性能（如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度）、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求 6）液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周?chē)橘|(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動(dòng)等 7）其他方面的要求，如液壓裝置在外觀(guān)、色彩、經(jīng)濟(jì)型等方面的規(guī)定或限制 第二節(jié) 分析系統(tǒng)工況，確定主要參數(shù) 一、分析系統(tǒng)工況 系統(tǒng)工作流程： 拔樁（液壓缸 10 頂起）→快進(jìn)（定位樁在液壓缸 10a 的牽引下移動(dòng)到液壓缸盡頭）→落樁（液壓缸10 下降）→橫 移絞車(chē)旋轉(zhuǎn)挖泥→工進(jìn)（液壓缸 10a 步進(jìn)頂起，每次橫移絞車(chē)完成一個(gè)周期步進(jìn) 1m）→拔樁（步進(jìn)距離為 6m，即步進(jìn) 6 次，結(jié)束執(zhí)行該步驟） 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) 12 拔樁 （ 液壓缸 10） 快進(jìn)（液壓缸 10a） 液壓缸10a 到頭 液壓缸 10a 停止 落樁 定 位 樁 完全落下 液壓缸 10a 停止 橫移絞車(chē)旋轉(zhuǎn)挖泥 完成一個(gè)挖泥周期 工進(jìn) 液壓缸 10a 前進(jìn) 1m 液壓缸 10a 停止 橫移絞車(chē)旋轉(zhuǎn)挖泥 完成 6 個(gè)挖泥周期 繼續(xù)快進(jìn) 是 否 是 是 繼續(xù)挖泥 是 繼續(xù)前進(jìn) 否 否 否 否 是 完成一個(gè)挖泥周期 圖 31 系統(tǒng)工況流程圖 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) 13 二、負(fù)載分析 工作負(fù)載主要來(lái)于兩個(gè)方面： 行走油缸帶動(dòng)定位樁做快進(jìn)、工進(jìn)操作時(shí)的阻力 拔樁時(shí)的阻力 （一）定位樁臺(tái)車(chē)行走油缸推力的確定 臺(tái)車(chē)行走油缸是定位樁系統(tǒng)的主要部件之一。它動(dòng)作頻繁，技術(shù)要求較高。這里僅對(duì)其的推力確定作一介紹：行走油缸推力主要從水流阻力、風(fēng)壓阻力、機(jī)械摩擦阻力三方面進(jìn)行考慮。 ① 水流阻力： TLVCFcc 221 ?? C—— 流力系數(shù) ，根據(jù)流向角、水深吃水比及船艏形狀 ?。?C= c? —— 水密度（ kN/s2*m4）； 水溫 20℃時(shí)， c? = cV —— 船舶吃水范圍內(nèi)的平均流速 （ m/s），這里?。?cV = T—— 平均吃水（ m），根據(jù)天獅號(hào)的設(shè)計(jì)，吃 水?。?T= L—— 船體長(zhǎng)度（ m）， L=108m 則： 水流阻力 F1=1/2***（ ） 2 **108=320kN ② 風(fēng)壓阻力：由于受風(fēng)面積較小。故風(fēng)壓阻力可忽略不計(jì)。 ③ 機(jī)械摩擦阻力：主要考慮臺(tái)車(chē)及固定在臺(tái) 車(chē)上的設(shè)備的重量， 設(shè)臺(tái)車(chē)及設(shè)備總重為 G， 則： Gf ?? 查表得 ? =， G 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?。海?67000+5000） *=7056kN ,則 f=*7056=1023kN 從 以上可知，油缸推力為 ： Q= F1+f=320+1023=1343kN （二）最大拔樁力的計(jì)算 定位樁外徑 1． 6 m，樁長(zhǎng) 42 m，壁厚沿樁長(zhǎng)的分布如表 31 所示： 表 31 定位樁壁厚沿樁長(zhǎng)的分布（ mm） 樁段長(zhǎng)度 9000 4000 3500 3500 8000 4000 8000 壁厚 25 30 40 50 60 40 25 樁側(cè)總摩擦力隨樁頂位移的關(guān)系如圖 2 所示。橫坐標(biāo)表示與樁頂耦合的參考點(diǎn) RP— l 的豎向位移?？v坐標(biāo)表示參考點(diǎn) RP 一 1 的反力 (這里即是由樁周土產(chǎn)生的總的摩擦力 )。 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) 14 圖 32 總摩擦 力 隨 RP— 1 位移的變化 (1)在拔樁的初期，樁側(cè)總摩擦力迅速達(dá)到最大值， maxF = kN。隨著定位樁的拔出，樁 — 土接觸面積變小，總摩擦力也隨之變小。當(dāng)定位樁與土體完全分離時(shí)，樁體完全拔出，樁側(cè)的總摩擦力減小到零。 (2)定位樁自重約為 67 t，因此數(shù)值分析得到的總摩擦力與定位樁自重之和即是拔樁力： F2=W+ maxF =l 由此可以得出液壓缸在各個(gè)工作階段的負(fù)載如表 32 示： 表 32 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值 工況 液壓缸 10 液壓缸 10a 總負(fù)載 拔樁 F1= 0 F0= 快進(jìn) 0 Q=1343kN F0=1343kN 挖泥 0 0 F0=0 工進(jìn) 0 Q=1343kN F0=1343kN 三 、確定主要參數(shù) 這里指確定液壓執(zhí)行元件的工作壓力和最大流量。液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件的形式，視主機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)種類(lèi)和性質(zhì)而定，見(jiàn)表 1： 表 33 執(zhí)行元件形式的選擇 運(yùn)動(dòng)形式 往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 往復(fù)擺動(dòng) 短行程 長(zhǎng)行程 高速 低速 建議采用的執(zhí)行元件形式 活塞缸 柱塞缸 液壓馬達(dá)與 齒輪機(jī)構(gòu) 液壓馬達(dá)與絲杠螺母機(jī)構(gòu) 高速液壓馬達(dá) 低速液壓馬達(dá) 高速液壓馬達(dá)與減速機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)馬達(dá) 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) 15 快進(jìn)行程為 6m，故選擇柱塞缸；拔樁同前者。 執(zhí)行元件的工作壓力 根據(jù) 系統(tǒng)工作中的最大負(fù)載來(lái)選?。▍⒄?表 34）， 最大流量則由執(zhí)行元件 的最大速度計(jì)算出來(lái)。這兩者都與執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)（液壓缸的有效工作面積 A 或液壓馬達(dá)的排量 Mv ）有關(guān)。先選定執(zhí)行元件的形式及其工作壓力 p ， 再按最大負(fù)載和預(yù)估的執(zhí)行元件機(jī)械效率求出 A 或 Mv ，并通過(guò)各 種必要的驗(yàn)算、修正和元整后定下這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，最后再算出最大流量 maxq 來(lái)。 表 34 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負(fù)載 F/kN 5 510 1020 2030 3050 50 工作壓力 p/MPa 34 45 57 （液壓缸機(jī)械效率 m? =） ① 提升 油缸： 最大負(fù)載 ： F1 / m? =1530N，根據(jù)表 34，結(jié)合實(shí)際取 p1=25MPa； 由推力式： mpApAF ?)( 2211 ??