船用吊机液压制动系统分析与优化设计.docx

船用吊机液压制动系统分析与优化设计【摘要】船用吊机是海上工程船舶、石油钻采平台、浮式生产储油轮等设施的关键设备。随着我们国家海洋资源开采行业和海运行业的发展船用吊机在恶劣海况下依然能保持良好的使用性能及安全性能显得尤为重要。液压系统是吊机的核心部分因而设计出可靠性强的制动系统对保证吊装作业和生产安全有至关重要的作用。本文从某型号40T船用吊机的“滑钩”现象入手对其刹车系统进行全面的分析及改进从中可以深刻了解船用吊机的液压制动系统并提出了新的方法和优化思路。【关键词】吊机；滑钩；制动系统；优化设计0引言影响液压系统稳定性的因素有很多包括使用工况、油压、油温及液压油的清洁度等。液压系统工作时其压力、容积损失以及机械损失等构成液压系统主要的能量损失这些能量损失都会转化为热能使设备和液压油温度升高。高温会严重影响整个液压系统的密封、寿命和传动效率造成各执行元件出现动作迟缓、无力等现象甚至产生更为严重的后果。船用吊机的使用环境极其恶劣空气中的湿度、盐分都高于陆地气候对液压设备及零部件都是一种考验。当液压零部件出现故障的时候刹车系统成了海洋吊机的最后一道保障如何保障刹车系统的安全可靠本文在原有的液压设计基础上提出了新的方法和思路。1吊机“滑钩”故障案例某型船用吊机设计主钩最大工作载荷38T副钩最大工作载荷8T最大工作半径38m。根据现场吊机使用记录吊机的日平均使用时间长达16小时液压部件长时间处于高温状态。据现场反映在吊机操作处于切换副钩及回转绞车的时刻副钩钢丝绳绞车出现了不同程度的“滑钩”现象即指当操作绞车停止上升行程时刹车系统不能及时制动绞车钢丝绳在负载作用下被拖动溜滑现象。情况严重时出现刹车失灵导致被吊重物高空坠落。此情况属于极其严重的安全隐患必须彻底解决和修复。2吊机制动系统原理分析2.1制动液压原理分析液压原理如图1所示。泵送高压油从AWA1和AWB1形成回路主油路依靠平衡阀A02调节压力平衡驱动双侧液压马达A01进行回转运动梭阀HSV从主油路上选择压力较高的压力油进入液控换向阀HDV接口1驱动阀芯动作刹车油路ABR的压力油经过液控换向阀后打开刹车绞车开始回转。当主油路压力卸荷液控换向阀HDV的控制油压卸荷活塞在弹簧的作用下恢复到初始位置绞车被制动。图1绞车液压原理图在这套绞车回转系统液压原理中无论绞车正转或反转平衡阀都能保持主油路的压力稳定。而刹车的压力油来自于独立的刹车油路ABR油压稳定任何时候都能保证给刹车提供稳定的压力油达到顶开刹车的目的。2.2制动性能计算分析图2为简易的制动结构示意图。根据相关设计规定按液压绞车产生的最大制动力矩不小于绞车最大旋转力矩的3倍以上及满足其他设计要求。现已知吊机副钩的工作参数如下：绞车额定拉力100KN；滚筒直径680mm；摩擦半径40mm摩擦片组数12片/侧双侧。下面对绞车制动力矩进行校核。图2制动机构简易示意图1.摩擦片压环；2.闸瓦；3.活塞；4.弹簧组.2.2.1制动正压力计算如图3所示活塞同时受到弹簧作用力F2以及压力油产生的作用力F1故压向制动摩擦片的正压力为N。当改变油压P时正压力相应变化在P=0时正压力达到最大值Nmax内外摩擦片接触并压紧；在P=Pmax时活塞压缩弹簧组内外摩擦片分离正压力N=0。内外摩擦片产生的制动力矩M1取决于正压力N的数值。M1=2NμRmn（1）式中M1――制动力矩Nm；N――盘形制动闸正压力Nμ――内外摩擦片之间的摩擦系数取μ=0.35Rm――摩擦片平均摩擦半径m；n――制动副数目同时制动力矩M1应满足三倍静力矩Mj的要求所以N值可以由下式确定：M1=2NμRmn=3Mj=3Fc■（2）式中D――绞车滚筒直径m；Fc――液压绞车最大静张力差。2.2.2制动工作油压计算摩擦片分离时作用在活塞上的液压力F1需要克服两部分力。N――正压力；C――盘形制动闸运动部件阻力取0.1N根据压力与压强的计算关系可以计算出液压工作压力为：P=■×10■（3）式中D1■――油缸直径mm；d■■――活塞小端直径mm即得到工作油压P。现场使用减压阀将主油路16～24MPa的压力减压至4MPa减压阀弹簧预紧1.4MPa故而工作压力足够打开刹车油缸释放后弹簧预紧力也足以制动。2.3制动系统稳定性探讨从图1看出液压制动系统打开刹车的油压是由单独的