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文档简介

1、摘要 液压系统现已广泛的运用于施工船舶中,特别是船舶的甲板机械,如舵机、起货机、锚机、绞缆机等。在气动机械和蒸汽机械使用不便的条件下,液压传动的优点更是凸显。由于船舶液压系统具有尺寸小,重量轻操作性能好,使用寿命长,启动转矩高等优点,所以成为了大型船舶甲板机械的首选。但液压系统也存在着不少问题,例如精度系数,液压介质漏泄污染等问题。液压油在液压系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用,液压油选择不恰当是液压统早期故障和耐久性下降的主要原因。所以合格的液压油是液压系统可靠运行的保障,正确的维护对船舶液压系统的工作性能,延长使用周期有着十分重要的意义。关 键 词:船舶,液压系统,甲板机械.第一章

2、前言 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。 第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚

3、了近20多年。在1955年前后,日本迅速发展液压传动,1956年成立了“液压工业会”。近2030年间,日本液压传动发展之快,届世界领先地位。液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛。如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等,钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等。在这里我们主要探究液压系统在船舶甲板机械方面的应用,并从管理和维护方面提出一些预防性措施。船舶甲板机械主要包括舵机,起货机,锚机,绞缆机吊舱机等等。这些甲板机械按所用的动力不同,可分为气动、蒸汽、电动、液压等多种。但气动甲板机械虽然结构简单无污染,但因

4、漏泄多而效率低,仅用于吊舱机等小功率甲板机械。而蒸汽甲板机械因散热损失大和管理不便已基本不用。但液压传动的优点很多,由于其具有尺寸小,重量轻操作性能好,使用寿命长,启动转矩高等优点,所以成为了大型船舶甲板机械的首选。但液压系统也存在着不少问题,例如精度系数,漏泄污染等问题。随着科技的发展,改变船舶液压系统的介质,消除内部漏泄等问题成为航运界炙手可热的话题。很多事实证明70%的液压故障是由工作介质引起,特别是近年来不少国家纷纷立法禁止使用非生物降解润滑油,所以正确使用和选择液压介质对船舶液压系统的工作性能及工作可靠性,延长使用周期有着十分重要的意义。第二章 液压元件的相关介绍2.1液压系统的基本

5、原理一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,指液压系统中的油泵,它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能,驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同,液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等;流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等;方向控制阀包括单

6、向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同,液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液,它经过油泵和液动机实现能量转换。2.2液压泵和液压马达在液压机械中,液压泵的作用是将原动机的机械能转变为液压油的压力能,为液压系统供给足够流量和足够压力去驱动执行元件。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。其中叶片泵主要用于中低压系统,其单位功率的重量是所有液压泵中最轻的。柱塞式液压泵特别适用于高压系统,效率高,但结构复杂,价格较高,对液压油的清洁程度要求也较高。其在液压

7、系统中的作用相当于发电机。液压马达(亦称油马达)输出回转运动,它是液压装置的执行元件,其作用是将液压油的压力能转为机械能,带动机械设备工作。就工作原理而言,任何容积式泵,如从其一根注油管输入液压油,而从另一根注油管回油至油箱或液压泵吸口,则都能被油驱动回转变成液压马达。液压马达一般都要求能双向转动,若液压泵结构是对称设计的,当然可以反转过来作为液压马达。其在液压系统中的作用相当于电路系统中的电动机。2.3液压辅件液压系统的辅助元件包括蓄能器、滤油器、油箱、热交换器、密封装置、管件与管接头、压力计等。这些元件从液压传动的工作原理来看起辅助作用,但从保证液压系统有效地传递力和运动以及提高液压系统。

8、其中蓄能器的作用是将液压系统中的能量储存起来,在需要时重新释放出来。滤油器的作用是在工作中不断滤除液压油中的固体杂质,保持油的清洁度,降低液压设备的故障率,延长液压油的和装置的使用寿命。油箱的的作用是储存工作介质(通常为液压油),散发系统工作中产生的热量,分离油液中混入的空气,沉淀污染物及杂质,油箱外表面还可用以安装其他系统元件等。第三章液压油3.1液压油的简介液压系统使用的液体叫做液压油.液压系统的液压油主要是用来传递和分配油液压力去操纵各种部件的.液压油应能够在所有液压管道中流动,具有最小阻力并且必须是不可压缩的.它必须具有良好的润滑性能以减少液压部件的磨损,对液压系统中的部件及密封件没有

9、化学腐蚀作用.而且液压油必须在工作时不产生泡沫。 目前,我国各种液压设备所采用的液压油,按抗燃烧特性可分为两大类:一类为矿物油系;一类为不燃或难燃油系。矿物油系的主要成分是提炼后的石油制品加入各种添加剂精制而成。这种液压油润滑性好、腐蚀性小、化学稳定性较好,故被大多数设备的液压系统所采用。不燃或难燃油系可分为水基液压油和合成液压油两种。 水基液压油的主要成分水,加入某些防锈:润滑等添加剂。其特点是价格便宜、不怕火、不燃烧,缺点是润滑性能差、腐蚀性大、适用温度范围小,一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成液压油是由多种磷酸脂和添加剂用化学方法合成,其优点是润滑性能好、凝固点低、防火性

10、能好,缺点是价格贵、且有毒。一般用于钢铁厂、压铸车间、火力发电厂和飞机等防火要求较高的场合。3.2液压油的要求和选择 液压传动中广泛采用石油基液压油作为工作液体。据统计资料表明,液压系统出现的各类故障,有60%70%与液压油有关,所以液压油的选择在这里尤为重要。选择液压油时,首先考虑其粘度是否满足要求,同时兼顾其他方面。选择时应考虑如下因素: 液压系统的工作压力 工作压力高的液压系统宜选用运动粘度较高的液压油,以减少泄漏;反之,则选用粘度低的液压油。例如:当压力p=7.020.0MPa时宜选用N46N100的液压油;当压力p<7.0MPa时宜选用N32N68的液压油。 运动速度 执行机构

11、运动速度较高时,为了减小液流的摩擦损失,应选用运动粘度较低的液压油。 液压泵的类型 在液压系统中,液压泵的润滑要求最为苛刻,选择液压油时,应参看液压泵样本的规定。 环境温度 环境温度高时宜选用运动粘度较高的液压油;反之则选用运动粘度较低的液压油。3.3液压油的污染的危害和控制液压油被污染指的是液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶状生成物等杂质,常常是系统发生故障的主要原因。因此,控制液压油的污染是十分重要的。液压油被污染指的是液压油中含有水分、空气、微小固体颗粒及胶状生成物等杂质。固体颗粒和胶状生成物堵塞过滤器,使液压泵吸油不畅、运转困难,产生噪声;堵塞阀类元件的小孔或缝隙,使阀类元件动作

12、失灵;微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损,使液压元件不能正常工作;同时,它也会划伤密封件,使泄漏流量增加;水分和空气的混入会降低液压油液的润滑能力,并加速其氧化变质;产生气蚀,使液压元件加速损坏;使液压传动系统出现振动、爬行等现象。正由于液压油液被污染的原因比较复杂,液压传动系统在工作过程中液压油液又在不断地产生污染物,因此,要彻底地防止污染是很困难的。为了延长液压元件的使用寿命,保证液压传动系统的正常工作,应将液压油液的污染程度控制在一定的范围内。所以要及时采取消除残留物污染,减少外来的污染,滤除系统产生的杂质,控制液压油液的工作温度,加强液压系统的维护保养和管理等措施。第四章甲板机

13、械4.1概述甲板机械 deck machine,即船舶甲板机械,是装在船舶甲板上的机械设备,是船舶的重要组成部分。甲板机械是为了保证船舶正常航行及船舶停靠码头、装卸货物、上下旅客所需要的机械设备和装置。船舶甲板机械可以分为大甲板机械和小甲板机械。大甲板机械主要包括:舵机、起锚机和绞车、液压舱口盖、艏侧推、克令吊。甲板机械主要包括导缆器、带缆桩(系揽桩)、导缆滚轮等等。4.2 舵机 舵机是船舶控制航向的设备,舵机装置主要包括使舵机动作的动力设备,转舵机构和向舵杆施加转矩的部件。 其工作原理通过控制电路板接受来自信号线的控制信号,控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出

14、轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。舵机具有以下一些特点;体积紧凑,便于安装; 输出力矩大,稳定性好; 控制简单,便于和数字系统接口。 正是因为舵机有很多优点,所以,现在不仅仅应用在航模运动中,已经扩展到各种机电产品中来,在机器人控制中应用也越来越广泛。4.3起货机船舶起货机是一种船舶装卸货物以及提高装卸货速度和船舶运营周期的设备.船舶装卸货物虽然可以使用港口设备,但并非所有的港口都有足够的装卸机械,所以安装起货机对缩短港泊时间,加速航运周期,降低运

15、输成本有着重要的意思。现在实船所装备的起货机基本为液压起货机。主要分为吊杆式起货机和回转式起货机,它是20 世纪60 年代才迅速发展起来的一种船舶装卸机械。前者结构简单,初置费较低,维护容易,被一般船舶广泛应用;后者(又称克令吊)占用甲板面积小,操作灵活,装卸效率高,但结构复杂价格昂贵。总之,液压起货机具有重量轻、体积小、操作轻便并具有良好的制动性能。同时具有部件磨损小,传动效率高,对环境的温度、湿度不很敏感等优点。但船舶起货机由于加工精度要求较高,制造安装比较复杂,维护管理需要一定的专业知识,如操作不当易出现故障且排除困难,维修成本高。 4.4锚机和绞缆机锚设备和系泊设备是船舶重要的甲板设备

16、,对保障船舶安全发挥着重要作用。锚设备是船舶控制船速,抛锚、起锚和协助靠离泊的主要甲板设备。系泊设备是船舶靠离泊和保持安全系泊状态的主要甲板设备。 他们的驱动方式可分为电动驱动、液压驱动和蒸汽驱动三种。电动驱动方式是指以三速交流电动机直接驱动锚机、绞缆机,具有设备简单,生产维护成本低的优点,但在速度、拉力性能方面不如蒸汽、液压驱动的锚机、绞缆机。同时,由于电力驱动系统存在某些固有的缺点,所以,在中大型油轮上很少采用。 液压驱动方式是由电动机驱动液压油泵,建立动力油压,再由液压马达来驱动锚机、绞缆机。具有调速性能平稳,而且可以无级调速,起动力矩大等特点。所以,在中大型船舶被普遍采用。 蒸汽驱动方

17、式是由蒸汽来驱动蒸汽机,再由蒸汽机来驱动锚机、绞缆机。具有结构简单、安全、坚固耐用,有较好的速度和拉力性能。但其转矩不均匀,在最低转速时尤其明显。蒸汽驱动锚机、绞缆机曾在油轮上被普遍采用,但现在已很少使用。 第五章液压系统的维护与修理5.1 选择适合的液压油 液压油在液压系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用,液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。应严格按随船使用说明书中规定的牌号选择液压油,特殊情况需要使用代用油时,应力求其性能与原牌号性能相同。不同牌号的液压油不能混合使用,以防液压油产生化学反应、性能发生变化。深褐色、乳白色、有异味的液压油是变质油,不能再继续使用。

18、5.2、防止固体杂质混入液压系统清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件,有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等,危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有:液压油不洁;加油工具不洁;加油和维修、保养不慎;液压元件脱屑等。 5.3施工作业中注意事项1.作业要柔和平顺施工装置作业应避免粗暴,否则必然产生冲击负荷,使液压系统故障频发,大大缩短使用寿命。作业时产生的冲击负荷,一方面使机械结构件早期磨损、断裂、破碎,一方面使液压系统中产生冲击压力,冲击压力又会使液压元件损坏、油封和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀

19、频繁动作油温上升。还有一个值得注意的问题 :操作人员要保持稳定。因为每台设备操纵系统的自由间隙都有一定差异,连接部位的磨损程度不同因而其间隙也不同,动力系统及液压系统出力的大小也不尽相同,这些因素赋予了设备的个性。只有使用该设备的操作人员认真摸索,修正自己的操纵动作以适应设备的个性,经过长期作业后,才能养成符合设备个性的良好操作习惯。一般机械行业坚持定人定机定岗制度,这也是因素之一。2.要注意气蚀和溢流噪声作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音,如果液压泵出现"气蚀"噪声,经排气后不能消除,应查明原因排除故障后才能使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢,并伴有溢流阀溢流声响

20、,应立即停机检修。3.保持适宜的油温液压系统的工作温度一般控制在3080之间为宜(危险温度100)。液压系统的油温过高会导致:油的粘度降低,容易引起泄漏,效率下降;润滑油膜强度降低,加速机械的磨损;生成碳化物和淤碴;油液氧化加速油质恶化;油封、高压胶管过早老化等。为了避免温度过高:不要长期过载;保持足够的油量以利于油的循环散热;炎热的夏季不要全天作业,要避开中午高温时间。油温过低时,油的粘度大,流动性差,阻力大,工作效率低;当油温低于20时,剧烈作业易损坏液压马达、阀、管道等。4.液压油箱气压和油量的控制压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压,其压力必须保持在随船使用说明书规定的范围内。压力过低

21、,油泵吸油不足易损坏,压力过高,会使液压系统漏油,容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备,排尽系统中的空气后,要按随船使用说明书规定的检查油位状态。第六章 结论通过对船舶液压系统的研究我们可以将它的优缺点概括如下:1、液压传动的优点 (1)体积小、重量轻,因此惯性力较小,当突然过载或停车时,不会发生大的冲击; (2)能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度,并可实现无极调速; (3)换向容易,在不改变电机旋转方向的情况下,可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换; (4)液压泵和液压马达之间用油管连接,在空间布置上彼此不受严格限制; (5)由于采用油液为工作介质,元件相对运动表面间能自

22、行润滑,磨损小,使用寿命长; (6)操纵控制简便,自动化程度高; (7)容易实现过载保护。 2、液压传动的缺点 (1)使用液压传动对维护的要求高,工作油要始终保持清洁; (2)对液压元件制造精度要求高,工艺复杂,成本较高; (3)液压元件维修较复杂,且需有较高的技术水平; (4)用油做工作介质,在工作面存在火灾隐患; (5)传动效率低。总而言之,从18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起,到今天,液压系统已有二三百年的历史了。特别是在第二次世界大战后的近50年的时间内,战后液压技术迅速转向民用工业,在机床、工程机械、农业机械、汽车等行业中逐步推广。本世纪60年代以来,随着原子能、空间技术、计算

23、机技术的发展,液压技术得到了很大的发展,并渗透到各个工业领域中去。21世纪将是信息化、网络化、知识化和全球化的世纪,信息技术、生命科学、生物技术和纳米技术等新科技的日益进展将对液压传动与控制技术的研究、设计研究及方法、对包括液压阀在内的各类液压产品的结构与工艺、对其以其应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻的影响并带来革命性变化。液压技术正向高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。相信不久的将来更先进、更完善、更节能、更环保的液压装置将会问世,定会推动航运界的飞速发展! 参考文献1 陈海泉编著. 船舶液压设备原理及维修技术. 大连市:大连海事大学出版社, 2009.06. 2

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