1500kn液压拖缆机设计总体结构和上卷筒设计
摘 要 摘 要 拖缆机是一种特殊的设备，主要应用于没有自我航行能力的船舶和海上设备（如驳船、浮船坞、挖泥船、钻井平台等）以及部分失去自我航行能力的船舶。是一些军辅船、民用船上的重要设备。本文针对1500KN液压双卷筒拖缆机的总体结构进行设计与研究。本论文的主要的研究内容如下：了解国内外拖缆机的应用情况，确定液压双卷筒拖缆机的总体结构方案；对液压双卷筒拖缆机的主要零部件进行受力分析，然后对主要零部件进行尺寸设计以及强度校核；运用Solidworks三维软件建立上卷筒装置、制动器装置和基座装置等的三维模型以及液压双卷筒总体结构的三维装配；运用AutoCAD软件绘制卷筒、卷筒轴、轴承座、齿轮等零件的零件图以及总装配图。关键词：液压拖缆机；总体结构设计；卷筒设计目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景、目的和意义 1
1.1.1 课题的背景 1
1.1.2 课题的目的和意义 1
1.2 拖缆机的研究现状和发展 2
1.2.1 国内现状 2
1.2.2 国外现状 2
1.3本文的主要工作内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 拖缆机的结构介绍和方案设计 4
2.1 拖缆机的结构介绍 4
2.2拖缆机总体结构的方案设计 4
2.2.1卷筒的布置方案 4
2.2.2离合器的布置方案 5
2.2.3驱动装置的设计方案 6
2.2.4制动装置的设计方案 6
2.3 本章小结 7
第三章 拖缆机的设计计算和强度校核 8
3.1 基本设计参数 8
3.2卷筒装置的设计与强度校核 8
3.2.1卷筒的尺寸设计和强度校核 8
3.2.2齿轮的尺寸设计和强度校核 9
3.2.3卷筒轴的尺寸设计和强度校核 12
3.2.4轴承的设计与强度校核 17
3.3 制动装置的设计与强度校核 18
3.3.1制动钢带的尺寸设计和强度校核 18
3.3.2销轴的尺寸设计和强度校核 19
3.3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
3.2.1卷筒的尺寸设计和强度校核 8
3.2.2齿轮的尺寸设计和强度校核 9
3.2.3卷筒轴的尺寸设计和强度校核 12
3.2.4轴承的设计与强度校核 17
3.3 制动装置的设计与强度校核 18
3.3.1制动钢带的尺寸设计和强度校核 18
3.3.2销轴的尺寸设计和强度校核 19
3.3.3铜螺母的尺寸设计和强度校核 20
3.3.4螺杆的尺寸设计和强度校核 20
3.3.5紧边拉板的尺寸设计和强度校核 21
3.4 过渡轴装置的设计与强度校核 21
3.4.1小轴的尺寸设计和强度校核 21
3.4.2小齿轮的尺寸设计和强度校核 24
3.4.3键的尺寸设计和强度校核 24
3.4.4轴承的设计与强度校核 25
3.5 本章小结 25
总结与展望 27
附录 28
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景、目的和意义
1.1.1 课题的背景
近年来，我国的船舶行业正在迅猛发展。建造船只的数量迅速增加，船舶产业的规模也在不断地扩大，建造船只的订单量以及完工量都已经连续多年位居世界前列。我国已经成为世界的造船大国，综合实力也在逐步提升，已经具备了多种船只自主开发的能力。即使是在需要高技术的海洋装备和船舶领域也取得了一定的突破，国内很多大型企业的制造水平均已经达到国际先进水平。
经过几十年的快速发展，我国的船舶行业已经具备了高素质的劳动力、丰富的原材料、完善的制造体系等竞争优势，世界上各国的造船业正在逐步转移到我国，我国的船舶行业发展前景非常良好。眼下，我国的船舶行业正处于转型的重要时期，所以必须牢牢地抓住每一次的机遇，积极地采取措施，巩固和提升我国的船舶行业在国际上的地位。相应地，随着船舶越来越多功能化、多元化，拖缆机的尺寸和功能也要适应船舶的发展需求。
1.1.2 课题的目的和意义
拖缆机作为一种特殊的设备，主要应用于没有自我航行能力的船舶和海上设备（如起重机、浮船坞、挖泥船等）以及一些失去自我航行能力的船舶。是一些军辅船、民用船上的重要设备。
拖缆机一般由基座装置、卷筒装置、制动装置、离合器装置、驱动装置等几部分构成。拖缆机的功能和类型多种多样，按照驱动的动力方式划分，拖缆机可以分为蒸汽机拖缆机、电动拖缆机、柴油机拖缆机和液压拖缆机等类型；按照操作的控制方式划分，拖缆机可以分为非自动拖缆机和自动拖缆机等类型；非自动拖缆机和普通的绞车非常类似，非自动拖缆机通常情况下常采用手动的操作方式来收放缆绳，因此，操作人员的技术要求很高。而自动拖缆机则是以特定的规律来工作，自动拖缆机一般能够自动地检测出来缆绳所承受的拉力和缆绳收放的长度，然后，根据拉力大小的变化以及缆绳的长度自动地调整收放缆绳。
随着国内外海洋资源勘探开发的迅猛发展，海洋平台朝着深水化和大型化方向发展，和海洋平台相配套使用的工程船也需要朝着大功率和多功能的方向发展。相应地，安装在工程船上的拖缆机要求负载能力更大，功能更多。因为拖缆机的拖带力的大小直接影响着工程船的工作能力。因此，拖缆机的结构设计与优化对海洋事业的开发与发展起着重要的作用。
1.2 拖缆机的研究现状和发展
1.2.1 国内现状
早期，船舶行业使用的拖缆机一般为非自动型式的拖缆机。但是，随着科学技术的进步与发展，自动型式的拖缆机逐步取代了非自动型式的拖缆机。因为早期的船舶功能比较单一，款式和型号较少，运用较多的一般是柴油机驱动或者电动机驱动型式的拖缆机。随着液压控制技术的广泛应用，液压驱动或控制的拖缆机应运而生。液压拖缆机通常采用液压双速马达作为驱动的来源，来适应低速重载或者高速轻载等不同工况的需求。对于大吨位的拖缆机而言，一般采用两个或者两个以上的液压马达进行驱动整个装置。液压马达通过花键齿轮直接驱动主轴，主轴通过开式齿轮减速驱动卷筒。卷筒装置主要由卷筒轴和卷筒组成，由于卷筒承受较大的工作载荷，所以卷筒一般采用船用钢板卷制而成。因为制动装置承受较大的制动力矩，所以刹车带多采用摩擦带式制动器。离合装置主要用来对驱动主轴轴部和卷筒轴部的离合，所以离合器一般采用牙嵌式离合器。为了提高操作的可靠性，大吨位的拖缆机的制动装置和离合器装置一般采用液压驱动和控制。
目前，在国内大吨位拖缆机的结构主要包括：马达、两个卷筒、驱动轴和离合器。马达通过齿轮直接和主轴相连接，上、下卷筒分别通过离合器与驱动轴相连接。一般情况下是通过控制离合器来更改拖缆机的工作模式，拖缆机的工作模式一般可以是一个滚筒单独工作，也可以是两个滚筒同时工作。
由于目前国内外尚无拖缆机拖曳力计算的理论公式，一些经验数据只能作为拖缆机设计选型的一个依据。在国内目前的拖缆机只拥有两个卷筒，不仅这两个卷筒的容绳量是相同的，而且只具有一个卷筒单独地进行工作和两个卷筒同时同方向地工作这两种工作的方
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景、目的和意义 1
1.1.1 课题的背景 1
1.1.2 课题的目的和意义 1
1.2 拖缆机的研究现状和发展 2
1.2.1 国内现状 2
1.2.2 国外现状 2
1.3本文的主要工作内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 拖缆机的结构介绍和方案设计 4
2.1 拖缆机的结构介绍 4
2.2拖缆机总体结构的方案设计 4
2.2.1卷筒的布置方案 4
2.2.2离合器的布置方案 5
2.2.3驱动装置的设计方案 6
2.2.4制动装置的设计方案 6
2.3 本章小结 7
第三章 拖缆机的设计计算和强度校核 8
3.1 基本设计参数 8
3.2卷筒装置的设计与强度校核 8
3.2.1卷筒的尺寸设计和强度校核 8
3.2.2齿轮的尺寸设计和强度校核 9
3.2.3卷筒轴的尺寸设计和强度校核 12
3.2.4轴承的设计与强度校核 17
3.3 制动装置的设计与强度校核 18
3.3.1制动钢带的尺寸设计和强度校核 18
3.3.2销轴的尺寸设计和强度校核 19
3.3.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
3.2.1卷筒的尺寸设计和强度校核 8
3.2.2齿轮的尺寸设计和强度校核 9
3.2.3卷筒轴的尺寸设计和强度校核 12
3.2.4轴承的设计与强度校核 17
3.3 制动装置的设计与强度校核 18
3.3.1制动钢带的尺寸设计和强度校核 18
3.3.2销轴的尺寸设计和强度校核 19
3.3.3铜螺母的尺寸设计和强度校核 20
3.3.4螺杆的尺寸设计和强度校核 20
3.3.5紧边拉板的尺寸设计和强度校核 21
3.4 过渡轴装置的设计与强度校核 21
3.4.1小轴的尺寸设计和强度校核 21
3.4.2小齿轮的尺寸设计和强度校核 24
3.4.3键的尺寸设计和强度校核 24
3.4.4轴承的设计与强度校核 25
3.5 本章小结 25
总结与展望 27
附录 28
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景、目的和意义
1.1.1 课题的背景
近年来，我国的船舶行业正在迅猛发展。建造船只的数量迅速增加，船舶产业的规模也在不断地扩大，建造船只的订单量以及完工量都已经连续多年位居世界前列。我国已经成为世界的造船大国，综合实力也在逐步提升，已经具备了多种船只自主开发的能力。即使是在需要高技术的海洋装备和船舶领域也取得了一定的突破，国内很多大型企业的制造水平均已经达到国际先进水平。
经过几十年的快速发展，我国的船舶行业已经具备了高素质的劳动力、丰富的原材料、完善的制造体系等竞争优势，世界上各国的造船业正在逐步转移到我国，我国的船舶行业发展前景非常良好。眼下，我国的船舶行业正处于转型的重要时期，所以必须牢牢地抓住每一次的机遇，积极地采取措施，巩固和提升我国的船舶行业在国际上的地位。相应地，随着船舶越来越多功能化、多元化，拖缆机的尺寸和功能也要适应船舶的发展需求。
1.1.2 课题的目的和意义
拖缆机作为一种特殊的设备，主要应用于没有自我航行能力的船舶和海上设备（如起重机、浮船坞、挖泥船等）以及一些失去自我航行能力的船舶。是一些军辅船、民用船上的重要设备。
拖缆机一般由基座装置、卷筒装置、制动装置、离合器装置、驱动装置等几部分构成。拖缆机的功能和类型多种多样，按照驱动的动力方式划分，拖缆机可以分为蒸汽机拖缆机、电动拖缆机、柴油机拖缆机和液压拖缆机等类型；按照操作的控制方式划分，拖缆机可以分为非自动拖缆机和自动拖缆机等类型；非自动拖缆机和普通的绞车非常类似，非自动拖缆机通常情况下常采用手动的操作方式来收放缆绳，因此，操作人员的技术要求很高。而自动拖缆机则是以特定的规律来工作，自动拖缆机一般能够自动地检测出来缆绳所承受的拉力和缆绳收放的长度，然后，根据拉力大小的变化以及缆绳的长度自动地调整收放缆绳。
随着国内外海洋资源勘探开发的迅猛发展，海洋平台朝着深水化和大型化方向发展，和海洋平台相配套使用的工程船也需要朝着大功率和多功能的方向发展。相应地，安装在工程船上的拖缆机要求负载能力更大，功能更多。因为拖缆机的拖带力的大小直接影响着工程船的工作能力。因此，拖缆机的结构设计与优化对海洋事业的开发与发展起着重要的作用。
1.2 拖缆机的研究现状和发展
1.2.1 国内现状
早期，船舶行业使用的拖缆机一般为非自动型式的拖缆机。但是，随着科学技术的进步与发展，自动型式的拖缆机逐步取代了非自动型式的拖缆机。因为早期的船舶功能比较单一，款式和型号较少，运用较多的一般是柴油机驱动或者电动机驱动型式的拖缆机。随着液压控制技术的广泛应用，液压驱动或控制的拖缆机应运而生。液压拖缆机通常采用液压双速马达作为驱动的来源，来适应低速重载或者高速轻载等不同工况的需求。对于大吨位的拖缆机而言，一般采用两个或者两个以上的液压马达进行驱动整个装置。液压马达通过花键齿轮直接驱动主轴，主轴通过开式齿轮减速驱动卷筒。卷筒装置主要由卷筒轴和卷筒组成，由于卷筒承受较大的工作载荷，所以卷筒一般采用船用钢板卷制而成。因为制动装置承受较大的制动力矩，所以刹车带多采用摩擦带式制动器。离合装置主要用来对驱动主轴轴部和卷筒轴部的离合，所以离合器一般采用牙嵌式离合器。为了提高操作的可靠性，大吨位的拖缆机的制动装置和离合器装置一般采用液压驱动和控制。
目前，在国内大吨位拖缆机的结构主要包括：马达、两个卷筒、驱动轴和离合器。马达通过齿轮直接和主轴相连接，上、下卷筒分别通过离合器与驱动轴相连接。一般情况下是通过控制离合器来更改拖缆机的工作模式，拖缆机的工作模式一般可以是一个滚筒单独工作，也可以是两个滚筒同时工作。
由于目前国内外尚无拖缆机拖曳力计算的理论公式，一些经验数据只能作为拖缆机设计选型的一个依据。在国内目前的拖缆机只拥有两个卷筒，不仅这两个卷筒的容绳量是相同的，而且只具有一个卷筒单独地进行工作和两个卷筒同时同方向地工作这两种工作的方
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