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第 5期 2 0 1 1 年 5月 机 械 设计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 8 5 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 5 0 1 8 5 0 3 2 0 K N 一 2 6 m液压输油管起重机设计 卢志珍 倪学虎 王成龙 蔡林霞 ’ 淮安信息职业技术学院， 淮安 2 2 3 0 0 3 淮安远航船用设备制造有限公司， 淮安 2 2 3 0 0 1 De s i g n f o r c r a n e o f 2 O KN一 2 6 m h y dr au l i c p i p e l i n e L U Z h i - z h e n I , NI Xu e - h u 2 , WANG C h e n g - l o n g 2 ， C AI L i n - x i a H u a i a n C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y ， H u a i a n 2 2 3 0 0 3 ， C h i n a 2 H u a i a n Y u a n H a n g Ma r i n e E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g C o ． ， L t d ， H u a i a n 2 2 3 0 0 1 ， C h i n a ； 【 摘要】 设计的液压输油管起重机是成品油船或化学品介质船用起重装置。 一方面用作船舶货物 ； 的装卸、 设备的吊运以及生活用品、 救生艇的吊 放等工作； 另一方面用作同时装卸两种油品、 化学品等液 体介质， 实 现一机两用。 在设计中 将两 根6 ” 、 8 ” 金属管道布置在吊 机内 部， 通过管 接头、 同 心回转接头 从 ； ；底座立柱中伸到吊 机顶部， 再由旋转接头、 管接头与吊臂内两根嵌入式金属管相连。套管同心回转接头 ； 和旋转接头的应用， 使内部金属管自然的随吊机一起 3 6 0 。 回转、 0 。 ～ 7 0 。 变幅， 避免了 金属管发生扭曲 i和拉伸 变形， 成功的将起重和输油综合为一体。 ； 关键词 起重机； 输油管； 回转接头； 旋转接头 ； 【 A b s t r a c t 】 T he h y d r a u l ic p ip e l in e c r a n e d e s ig n e d i t i s a 学i n g d e v ic e f o r o i l p r o d u c t t a n k e r o r c h e m i - i c a l m e d i u m s h ip ． O n o n e h a n d i t is a p p l ie d a s c a r g o lo a d i n g a n d u n l o adi n g in t h e s h ip ， e q u ip m e n t h o is t i n g ，i ；art i c l e s f o r d a i l y u e a n d l if e b o a t s h ang i n g ， O n t h e o t h e r h a n d i t i s u s e d f o r l o adi n g a n d u n l o adi n g t w o t y p e s； 。 i t , c h e mi c a l s ． e t c g i d me d i m, t h at is a y。 ne m a c h i nef o r d if f e r e n t c o m m o d i ￡ i e s at t h o l n e f i m e ． I n h e i s ig n ， m e t a l p ip i n g w i t h t w o ty p e s 6 ” ， 8 ” is ar r a n g e d i n s i d e t h e c r a n e ， w h i c h w i l l e x t e n d f r o m t h e u p r ig h t s i o f t h e b a s e t o t o p oft h e c r o l t e t h r o u g h th e p ip e j o i n ts a n d c o n c e n t r i c s w i v e l j o i n t s ， t o b e c o n nec t e d w it h t w o； m e t a l p ip e s o f fl u s h b o n adi n g type t h r o u gh r o t a r y j o i n t s a n d t h e P ip e j o in t ． e a p p l i c at i o n of tw o t y p e s of j o i n t s e n a b l e s t h e m e t a l p ip e i n t e r n a l s w iv e ls 3 6 0 t o g e t h e r w it h t h e c r ane o r 7 0 。 a m p l i t u d e ， w h ic h a v o i d d is i to r t io n o r d e f o r m at i o n b y s t r e t c h i n g a n d j o i n l if t i n g w i t h o i l t r a n s p o r t to g a t h e r s ucc e s sf u 1 ． Ke y w o r d s C r a n e ； P i p e l i n e ； S w i v e l j o i n t s ； R o t a r y j o i n t 中图分类号 T H1 2 ， T H2 1 8 文献标识码 A 1 引言 在运输液体介质的远洋轮船 如成品油船、 化学品船等 上， 目前装卸液体介质使用的起重机有两种类型 1 将起重机安装在 港 口 码头上， 装卸液体时， 把软管一端连接在轮船上， 一端连接在 储藏罐中， 利用油泵输送液体， 这种起重机仅用于吊 装软管、 杂物 及生活补给品等， 又称为软管起重机 ， 这种起重机调节范围小， 灵 活性差； 2 把金属管绑定在起重机的吊臂上面， 将软管用法兰连 接到金属管两端， 一端软管连接到轮船上， 另一端软管连接到储藏 罐或其它轮船上， 实现输送液体介质， 这种起重机在回转或变幅 时， 软管缠绕在起重机上， 船员要花大量时间处理， 工作效率低， 有 的船东是先将起重机吊臂位置调好， 再将软管接上， 需要更换位置 时， 将软管卸下， 调整好吊臂的位置， 再将软管装上， 这种起重机不 灵活、 劳动强度大、 占用甲板空间大而且也不美观。 项 目设计的液 压输油管起重机巧妙地将起重和输油综合为一体 ， 克服现有船用 起重机的不足， 通过套管同心回转接头， 实现输油和起重两用。 2设计思路 目前船舶 匕 使用最普遍的装卸货物起重机也叫克令吊 克令一 英文吊车的意思 。 克令吊 5 t g , b 上分有立柱、 回转支座、 吊臂 三大部分组成， 如图 1 所示。 项目设计的液压输油管起重机， 是在克 令吊基础上进行开发创新设计。 9 1 0 图 1起重机结构 1 ．立柱 2 ． 油泵机组 3 ． 扶梯 4 - 回 转支座 5 ． 防护栏 6 ． 回转装置 7 ． 上梯 8 ．输油管 9 ．起升装置 1 0 吊臂 1 1 ．变幅油缸 1 2 吊钩装置 两根金属管道从立柱下部进， 通过管接头、 回转接头从底座 立柱中伸到吊 机顶部， 再由旋转接头、 管接头与吊臂内两根金属管 相连， 最后从吊臂的末端引出。 使用项目 开发的套管同 心回 转接头、 旋转接头以及回转支承等部件， 使内 部金属输油管自 然的随吊臂一 起 3 6 0 回转、 O 0 o 变幅， 不会使管道发生扭曲变形。 3 主要技术参数 2 0 K N 一 2 6 m液压输油管起重机主要技术参数为 安全工作 ★来稿1 3 期 2 0 1 0 - 0 7 - - 0 8 -k 基金项 目 淮安市科技支撑计划 工业 项 目 H A C 0 8 0 4 4 1 8 6 卢志珍等 2 0 K N 一 2 6 m液压输油管起重机设计 第 5 期 负荷 s wL 2 0 k N； 起升高度 3 0 m； 起升速度 1 0 m ／ mi n ； 回转速度≥ 0 ．4 r p m； 回转角度 3 6 0 。 ； 变幅时间 1 0 0 s； 变幅角度 0 7 0 。 ； 最大 回转半径 2 6 m， 最小回转半径 8 ． 3 m； 允许倾斜角度 横倾≤5 。 ， 纵 倾≤2 。 。电机功率 3 0 k W， 电压 4 4 0 v ， 频率 6 0 H z ， 转速 1 7 6 0 r ／ mi n ， 防护等级 I P 5 6 ， 绝缘等级 B， 温升等级 F ， 工作制 s 1 。 4 关键结构设计 输油机构是本机关键部件， 输油机构结构， 如图2所示。两 根输油管在立柱中是固定不动的， 在回转支座中可以随着回转支 座一起回转 3 6 0 。 ， 上接管、 下接管和回转接头结构， 如图 3 5所 示。旋转接头结构， 如图6所示。 图2输油机构 1 ． 下接管 2 ． 回转接头 3 ． 衬套 4 ． 上接管 5 、 6 旋转接头 7 、 1 1 ．螺栓 8 ．垫圈 9 ．螺母 1 O 、 1 2 ．平垫 - _ 一 _ 图 3上接管 图4下接管 1 ． 无缝管 2 ．上法兰 3 _夕 简体 1 ．上法兰 2 ． 支撑板 3 ．无缝管 4 ． 加强版 5 ．衬板 6 ．下法兰 4 ．夕 筒 5 ．下法兰 5吊臂强度和稳定性校核 5 ． 1吊臂强度校核 起重 机各部件质量载荷及 重心如下 安全工作负荷 F 2 0 0 0 0 N ； 吊钩、 重锤、 索具等质量载荷及重心 G 。 2 5 0 N ， R 2 6 m； 吊臂的质 量载荷及重心 G z 7 0 0 0 0 N， c l l m； 油缸上销轴右端臂的质量及重 心 G 6 5 0 0 0 N； 油缸的质量载荷及重心 G 3 1 6 0 0 0 N， b 2 ． 7 m； 绞车 的质量载荷及重心 G 4 2 0 0 0 N， a 1 ． 2 0 m； 回转基座的质量载荷 G 1 4 0 0 0 N； 立柱的质量载荷 G 1 0 0 0 0 N； 吊臂的受力简图， 如图 7 所示。其中， m 0 ． 5 m； n -- - 4 ． 3 m； n 7 ． 5 m； a 2 9 。 。 图 5回转接头 1 ．厚法兰 2 ． 下接头外管 3 ． 大压盖 4 小压盖 5 ． 下接头 6 ． 上接头 7 ． 密封圈 8 ．螺栓 9 _螺母 图6旋转接头 1 ． 法兰 2 ． 压盖 3 ．旋转体 4 ． 旋转内套 5 ．垫圈 6 ． 密封圈 7 ． 螺栓 8 ． 垫片 拉力 图 A 压力 图 [ [ [ 皿 图 7吊臂受力简 图 5 ． 1 ． 1 力的计算 变幅油缸产生的推力 F x R G z C G 3 x b G 4 a l ／ [ n mx c t g o t s i n a ] 2 0 2 5 0 x 2 6 7 0 0 0 0 1 1 1 6 0 0 0 x 2 ．7 2 0 0 0 1 ． 2 0 6 2 0 x 2 6 ／ [ 4 ． 3 0 ． 5 x c t g 2 9 。 s i n 2 9 。 ] 5 3 8 9 7 6 N 式中 矸 升载荷， F G 1 2 0 0 0 0 2 5 0 2 0 2 5 0 N ； 厂作用在起 升载荷上的风力， l _ 3 0 0 9 ． 8 x 1 0 0 0 0 ．0 3 0 6 x 2 0 2 5 0 6 2 0 N 点水平力 P x c o s a 5 3 8 9 7 6 x c o s 2 9 。 ------7 1 3 9 9 N； B点垂直力 P x s i n e t 5 3 8 9 7 6 x s i n 2 9 。 2 6 1 3 0 0 N； 点弯矩 M P “ x m-- 4 7 1 3 9 9 x 0 ． 5 2 3 5 7 0 0 N m； 0点水平力 F P 4 7 1 3 9 9 N O点垂直力 G 2 - - G 4 - F起 2 6 1 3 0 0 - 7 0 0 0 0 - 2 0 0 0 - 2 7 1 8 7 1 6 2 1 1 3 N No ． 5 Ma v ． 2 0 1 1 机械 设 计 与 制造 1 8 7 式中 ， 升绞车的组合载荷。 起 [ P h F 4 。 式中 ，， 吊臂承受的弯曲应力 ， MP a； 一吊臂承受的压应力， 【 2 0 2 5 0 2 1 1 6 x 1 ． 1 0 6 9 9 ] x 1 ．0 5 6 2 0 2 7 1 8 7 N 船舶倾斜 横倾与纵倾 所产生的起升载荷水平分力为 ， 在横倾 5 。 ， 纵倾 2 。 的情况下， 起重机最大综合倾斜角度约为 a r c s i s i n 5 。 下s i n 2 1 ≈ 6 。 。 s i n 0 0 ． 1 0 4 5 x F 0 ．1 0 4 5 x 2 0 2 5 0 2 1 1 6 N； 妒 广 起升系数 ， I C V I 0 ． 3 x 1 0 ／ 6 0 1 ． 0 5 ， c决定于起 重机刚度的系数 ， C 0 ．3 ， 起升速度 ， 因在任何情况下， 臂架式起 重机 应不小于 1 ． 1 0 ，所以取 1 ． 1 0 ； 厂作 业系数， 1 ． 0 5 ； 。为回转时起升载荷的水平惯性力 ， 。 1 ． 5 ma 1 ． 5 x ／ g 。 0 ． 1 5 x Ⅱ 0 ． 1 5 x 2 0 2 5 0 x 0 ．2 3 6 9 9 N； 口 一重心处加 减 速度 m ／ s ， 查表取 a 0 ． 2 3 m ／ s 。 0点的合力 、 ／ F ‘ F ‘ V1 6 2 1 1 3 4 7 1 3 9 9 ‘ 5 2 7 7 2 9 N 5 ． 1 ． 2强度校 核 1 弯矩的计算。 曰 点所受的弯矩最大 M F x R - n G 2 x n 2 7 1 8 7 x 2 6 - 4 ．3 6 5 0 0 0 x T ． 5 1 0 7 7 4 5 8 N m 式中 G 一油缸上销轴右端臂的质量， G 6 5 0 0 0 N； n 油缸上销 轴右端臂的质量中心， n - 7 ．5 m。 2 抗弯截面模数。 曰处截面图， 如图8所示。 W 垦 垡 9 6 4 x 1 0 0 0 “ -9 4 8 x 9 4 8 “ 6 H 6 x1 0 0 0 B 9 6 4 b 9 4 8 H 1 0 0 0 h 9 8 4 1 ． 0 2 1 0 7 mm l 麓 一 b． B 一 图 8吊臂 B 点截面图 3 臂的强度， 吊臂的弯曲应力 z l O O O M ／ W1 0 7 7 4 5 8 ／ 1 0 2 0 0 1 0 5 ． 6 MP a 4 吊臂的压应力， 点受起升组合载荷的压应力 Or c ，起／ A 2 7 1 8 7 ／ 6 2 0 0 0 0 ．4 4MP a 曰点受 的拉应力 尸 I， ／ A 4 7 1 3 9 9 ／ 6 2 0 0 0 - 7 ． 6 0 MP a 式中 A 点截面积， A2 h x B - b 2 B x H - h 2 x 9 8 4 x 9 6 4 - 9 4 8 2 x 9 6 4 x 1 0 0 0 - - 9 8 4 6 ． 2 x 1 0 4 m m 吊臂的强度 O r l or m or p - O c 1 0 5 ． 6 7 ． 6 0 4 - 0 ．4 4 1 1 2 ． 8 M P a 吊臂的许用应力 [ Or ] L _ 3 4 5 ／ 1 ． 3 3 2 5 9 MP a px n 式中 钢材屈服强度， 材料1 6 Mn ， Or , 3 4 5 MP a ； 强比， 当 Or J Or b - ．0 ．7时， l ； 全系数， n 1 ． 3 3。 强度校核结论 Or 。 1 1 2 ． 8 [ Or ] 2 5 9 M P a ， 吊臂强度符合要求。 5 ．2吊臂稳定性校核 5 ． 2 ． 1 应力衡准校核稳定性 O s 即 号 0 0 ． 7 5 m， 应计算 折减屈曲临界应力。 折减屈曲临界应力为 1 -c 3 4 5 1 _ 2 7 6 M P a 屈曲 许 用应力 [ ， ] 2 0 8 M P a cr 打 l ‘ ‘ 式中 安全系数， n 1 ． 3 3 2 类工况 。 局 部 屈 曲 稳 定 性 结 论 Or , or 1 0 5 ．6 0 ．4 4 1 0 6 ．0 4 M P a [ ， ] 2 0 8 M P a吊臂稳定性符合要求。 6 结论 设计了一种两用起重机， 既可起重也可输油， 通过回转接头、 旋转接头， 使外部软管与吊臂内输油管实现动、 静连接， 内部输油 管还可以随吊臂一起 3 6 0 o 回 转、 0 - 7 0 。 变幅， 不会使金属管发生 扭曲变形。 而且结构合理， 性能稳定 ， 起重能力大， 操纵方便， 耐冲 击， 制动性能好， 安全可靠， 装卸货效率高， 价格适中， 是中小型成 品油船或化学品船舶的理想选择。 参考文献 [ 1 ] 卢志珍， 倪学虎， 袁文亚 谚 目 夔勤 P ] ．中国专利 Z L 2 0 0 9 2 0 0 1 8 3 8 5 9 ． [ 2 ] 张质文， 虞和谦， 王金诺， 包起帆， 等． 起重机设计手册[ M ] ． 北京 中国 铁道出版社， 1 9 9 8 ． [ 3 ] G B ／T 3 8 1 1 - 1 9 8 3 ． 起重机设计规范I s ] ， 1 9 8 3 ． [ 4 ] 成大先．机械设计手册[ M] ．北京 化学工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 5 ] B a r r e t t ， M S T r i a n t a f y l l o w ． D r a g r e d u c t i o n i n fi s h - l i k e l o c o m o t i o n J ．F l u i d Me c h， 1 9 9 9。 3 9 2 1 8 3 2 1 2 [ 6 ] G ．T a y l o r ． A n a l y s i s o f t h e s w i m m i n g o f l o n g n a lT O W A， 1 9 5 2， 21 4 1 5 8 - 1 8 3 ．
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