基于CATIA的新型港用液压登船梯结构设计及优化.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS J u 1 ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 1 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 2 5 基于 C A T I A的新型港用液压登船梯结构设计及优化 刘静，武美萍 江南大学机械工程学院 ，江苏无锡 2 1 4 1 2 2 摘要针对现有的海上作业及上下客登船梯结构笨重、自动化程度低 ，甚至存在安全隐患等问题设计了新型的港用液 压登船梯 ，并运用 C T A I A建模 、装配及有限元分析对登船梯结构进行了设计和优化。 关键词 港用 液压登船梯 ；C A T I A有限元分析 ；设 计和优化 中图分类号 T H1 2 2 文献标识 码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 4 0 6 8 2 De s i g n a nd Op t i mi z a t i o n o f a Ne w Hy dr a u l i c Bo a r di ng La d de r f o r Ha r bo r S hi p Ba s e d o n CATI A L I U J i n g ．WU Me i p i n g S e h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， J i a n g n a n U n i v e r s i t y ，Wu x i J i a n g s u 2 1 4 1 2 2 ，C h i n a Abs t r a c t Ai mi n g a t t he pr o b l e ms e x i s t i ng bo a r di n g l a dd e r s f o r ma r i t i me o pe r a t i o ns ，l o a di ng a nd u nl o a d i n g o f p a s s e n g e r s，o f c o mp l i c a t e d s t r uc t u r e s，l o w l e v e l o f a ut o ma t i o n a n d e v e n h i dd e n s a f e t y pr ob l e ms ，a ne w t y p e o f h y d r a u l i c b o a r d i n g l a d de r for h a r bo r s h i p w a s d e s i g n e d ．T h e b o a r d i n g l a d d e r w a s mo d e l e d． a s s e mb l e d＆ a n a l y z e d b y fi n i t e e l e me n t C AT I A．At l a s t t h e s t r u c t u r e o f b o a r d i n g l a d d e r a c c o r d i n g r e s u l t s i s d e s i g n e d a n d o p t i mi z e d ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c b o a r d i n g l a d d e r f o r h a r b o r s h i p；An a l y s i s b y fi n i t e e l e me n t C AT I A；D e s i g n o p t i mi z a t i o n 登船梯属于非标产品 ，其设计 计算 在 国内至今 尚 未 见到有规范 可遵循 ，但 可依据海洋工程 、船用 甲板 起重机 、港 口工程起重机 、船用舷梯等特性设计 。目 前我 国沿海各港 口码头 中旅客在上 、下轮船时 ，除轮 船 自带舷梯外全部使用简易登船梯 ， 登 船梯靠手摇装 置升降 ， 登 船梯台阶 由在一个斜 面上钉一些 间隔的木 条组成 ， 登船梯本身不能移动 ， 这样与 轮船舱 门对接 时需 由一台起 重机或叉 车来辅 助完成 ；同时 ，旅客尤 其是年 纪大的旅客通 过简陋的梯子 上下轮船容易发生 意外。综上所 述 ，这 种简易登船梯 机动性 和 自动化程 度低 ， 工作效率低 ，同时还存在安全隐患 ⋯。 针对 以上缺点 ，设计 了变幅回转式登 船梯 ，它能 够弥补现有登船梯的不足 ，并且具 有结构 紧凑 、自动 化程度高 、安全性能好等特点 。 1 新 型登 船梯 的结 构和 工作 原理 随着液压技术 的应用逐渐广泛 ， 目前也有人设计 出新的液压登船梯 ，其结构简 图如图 1 所示 。 由图 l 可 见 ，这 种登船 梯在结 构方 面已经做出很 大改进，采用液压技术后 自动化程度有了很大的提 高 ，在功能方面也能够一定程度地做到 随风浪而上下 浮动。但是 这种 登 船梯 的结 构还 不 够 紧凑 ，另 外 风 浪 、潮水对船体 的影响会使船体有上下 的浮动 和左右 的晃动 以及上下左右 的复合运动 。图 1 所示 的登船 梯 只能在一定程度上做到随风浪上下浮动 ，这显然不 能适应船体在各种气候条件下 的运动情况 ，因此这种 登船梯的使用范围非常狭小，尤其对于海 上 作业，几 乎不能使用 。 升 降液压 缸 滑 动梯 平 台及 其 下基本 升 降结 构 图 1 现有 登船 梯结 构 基于对上述 情 况 的分析 ，利 用 C A T I A高 级 建模 及装配功能 ，设计 出一种新型登船梯 ，其结构简图如 图 2 。 由图 2和图 3 可 以看 出 ，新设计 的变幅回转式 登 船梯 系统采 用 2个变 幅油 缸控 制登 船 梯 梯 子 主体 部分的上升和下降，采用 2个回转 马达控制的登 船梯 的左 右 转动 。这 样对 登 船梯 的运 动 控制 更 加 直 接 、灵活 ，同时也能使结构更加 紧凑 。 收稿 日期 2 0 1 l 一 0 5一l 7 作者简 介刘静 1 9 8 6 一 ，男 ，硕士研究生 ，研究方向为机械设计 、虚拟设计。Em a i l j i x i e 0 6 0 3 i u j i n g s i n a ． c o m。 7 2 机床与液压 第 4 0卷 2 ． 3 ． 2负载变化时 由图 6可见 当负载为定值时 ，升降机 的上升速 度在稳态时为恒定值 ，但 负载由小 到大变化 时 ，升降 机的上升速度则逐渐减小 ，最 大波动 为 1 0 ％。 由图7可见 当负载为定值时，升降机的下降速 度在稳态时为恒定值，但负载由小到大变化时，升降 吕 嚣 世 散 。 图 5 负载恒定 ，不同供油压 力下升降机的速度曲线 机的下降速度逐渐增大，最大波动为9 ％。 由图 5 ．7可见 当供油压力和负载发生变化 时 ， 升降机的速度波动最大为 1 3 ％，小于 1 5 ％，满足设 计要求 ；在升降机启动 、换 向、停 止时 ，速度 变化 平 缓 ，产生 的振动 和冲击小 。表 明所设计 的系统和选用 的阀件合 理 、可行 。 图6 供油压力、下降时负载 恒定，上升时不同负载 下升 降机 的速度 曲线 升降机 的速度在供油压力和负载发生变化时相应 改变 ，即通过由压力补偿器和比例方向阀组成的调速 装 置的流量 随供油 压力 和负载改变 ，这是因为 当压力 补偿器的进出口压力发生变化时，将改变弹簧的压缩 量和阀的液动力，使压力补偿器的补偿压差产生波 动 ，从 而改 变通 向升降机 的流量 。压差波动 的大小取 决于压力补偿器的性能。 3结论 1 利用 A ME S i m对采用比例控制与压力补偿 的船用升降机液压系统进行了建模与仿真。 2 仿真结果表明当供油压力和负载发生变 化时，升降机的速度波动满足使用要求；由于采用了 比例控制与压力补偿 ，升降机在启动 、换 向 、停止时 速度变化平缓 ，产生 的振动和冲击小。因此所设计 的 看 魁 露 世 图7 供油压力 、上升时负载 恒定 ，下降时不同负载 下升降机 的速度曲线 系统 和选 用的阀件合 理 、可行 。 3 为进 一步 减小 升降机 在供 油压 力 和负 载发 生变化时的速度波动 ，可选用压力补偿性 能更 好的压 力补偿器 。 参考文献 【 1 】 李德堂， 张士华， 史永晋． 海上液压升降平台的缓冲与平 衡[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 6 1 0 9 ， 8 2 ． 【 2 】吴根茂， 王庆丰， 魏建华 ， 等． 新编实用电液比例技术 [ M] ． 杭州 浙江大学出版社， 2 0 0 7 ． 【 3 】 I M A G I N E L t d ． A M E S i m 7 ． 0 U s e r M a n u a l [ M] ， 2 0 0 8 ． 【 4 】 刘海丽 ， 李华聪． 液压机械系统建模仿真软件 A M E S i m 及其应用[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 6 6 1 2 41 2 6 ． 【 5 】祁雪乐， 宋健， 王会义， 等． 基于 A M E S i m的汽车 E S P液 压控制系统建模与分析 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 8 】 】 5一】 】 6． 上接第 6 9页 因此 对原 方 案作 出改 进 ，将 耳环 的宽 度增 加 到 8 5 m m，耳环外圈直径增加 2 0 m m，再次计算分析， 结果如 图 6所示 。 由图可知 ，此 时 的 最大 应 力 为 ⋯ 1 9 9 MP a ， 安全系 数 n取 1 ． 5时 ，许 用应 力 为 [ ]2 2 3 MP a ， ⋯[ o r ] ，因此符合强度要求 。 3结论 在 现有 的液压登船梯的基础之上提出了新 的设计 方案 ，用 C A T I A进行 了关 键 部件 的有 限元分 析并 对 新 的设计方案进行了强度校核和优化。这种新型港用 液压登船梯结构紧凑 ，动作 多样 ，功能强大 ，自动化 程度高，能够适应多变复杂的海上风浪情况 ，安全性 能也有保障，弥补了以往登船梯的许多不足。 参考文献 【 1 】刘涛， 高润谦． 一种液压浮动平台的设计与应用[ J ] ． 液 压与气动 ， 2 0 0 5 2 4 5 4 6 ． 【 2 】刘涛， 王大方 ， 崔智全， 等． 港用登船客梯浮动平台的设 计与应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 1 1 0 21 4 5 ． 【 3 】 李春胜， 赵毅， 刘世毅 ， 等． 万吨级一下油码头登船梯结 构设计[ J ] ． 港用装卸， 2 0 0 3 3 2 8 2 9 ． 【 4 】 谢飞 ， 宋传学， 王建华， 等． 基于 C A T I A的差速器直齿圆 锥齿轮参数化建模与有限元分析[ J ] ． 机械传动， 2 0 0 8 ， 3 2 4 、 2 02 2 ． 【 5 】 杨文辉， 崔子伟， 甘汉青． 基于 C A T I A的 Z L S 0 轮式装载机 动臂的有限元分析[ J ] ． 自动化与控制 ， 2 o o 9 3 8 1 8 3 ． 【 6 】C A T I A有限元分析命令详解与实例[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 7 】张勇， 张树生， 张开兴． 基于 C A T I A的减速器输出轴有 限元分析[ J ] ． 机械与电子， 2 0 1 0 6 1 1 1 3 ．