機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文船體分段對(duì)中合攏裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　船體分段對(duì)中合攏裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　在大型的造船、修船企業(yè)，一般大型船舶的船體都是分段制造的。在分段制造完成后，再將各個(gè)分段拼裝焊接成整個(gè)船體。由此就需要一套專(zhuān)用的設(shè)備來(lái)把各分段進(jìn)行合攏對(duì)中，并對(duì)分段進(jìn)行位姿調(diào)整，以便進(jìn)行拼裝和焊接。</p><p>　　隨著現(xiàn)代造船模式的積極推行，分段總組造船法已被越來(lái)越多的船廠(chǎng)所掌握，分段總組造船法離不開(kāi)船體分段，它是船體裝配的基本單元。船體分段的合攏，是船殼整體裝配工藝階段的重要工作內(nèi)容

4、。</p><p>　　本課題主要針對(duì)船舶模塊化建造的需要而設(shè)計(jì)出一種船體分段或總段合攏時(shí)的機(jī)械設(shè)備——下部支撐結(jié)構(gòu)即船臺(tái)小車(chē)的設(shè)計(jì)，包括油缸、車(chē)架、車(chē)輪以及軌道設(shè)計(jì)。</p><p>　　在車(chē)架設(shè)計(jì)中，根據(jù)船廠(chǎng)的實(shí)際情況，確定初步的結(jié)構(gòu)形式及尺寸，用Solidworks軟件畫(huà)出三維實(shí)體模型，并在軟件中作強(qiáng)度校核，并對(duì)結(jié)構(gòu)作力學(xué)簡(jiǎn)化、分析，校核結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對(duì)設(shè)備中的支撐車(chē)輪、軌道、輪軸結(jié)構(gòu)

5、的剛度及強(qiáng)度進(jìn)行校核，在確保對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，保證整個(gè)合攏設(shè)備結(jié)構(gòu)和船體分段的安全。</p><p>　　關(guān)鍵詞：船體分段，合攏設(shè)備， 船臺(tái)小車(chē) </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the large-scale shipbuilding，ship repairing enterprises, the

6、 hulls of the large ship are generally manufactured separately. After completion of the block manufacture, then assemble and weld all the sections into a whole hull. Therefore we need a set of special equipment which cou

7、ld fold and align all of the sections and adjust the position and orientation of the sections in order to facilitate assembling and welding.</p><p>　　With the positive implementation of modern shipbuilding m

8、ode, subsection group shipbuilding method has been mastered by more and more shipyard. When it comes to the subsection group shipbuilding, we must include the ship blocks, as they are the basic units of assembly hull. Wh

9、ile folding the ship blocks is an important work content.</p><p>　　The topic is about designing mechanical equipment on folding the hull according to the requirement of the shipping modular building, that is

10、, lower support structure, namely the slipway car, including designing the frame, oil cylinder, wheel and the track. </p><p>　　In the designing the frame of the slipway car，according to the real situation of

11、 the shipyard to determine the initial structure and size. Use the software-Solidworks to draw out the entity model of the frame and also do some strength analyzing with the software. And to simplify the analysis of the

12、mechanical structure, choose the structure calculation and analysis of working conditions. And structural analysis calculations checked, check the device support structural steel wheels and axles, to </p><p>

13、;　　Keywords: hull subsection, fold equipment，slipway car</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.1.1

14、船舶建造發(fā)展史1</p><p>　　1.1.2 船臺(tái)上船體分（總）段合攏方式2</p><p>　　1.1.3 論文的目的和意義4</p><p>　　第2章 船體分段合攏簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.1 船體分段合攏概述5</p><p>　　2.2 船體分段合攏設(shè)施6</p><

15、p>　　2.2.1 船臺(tái)6</p><p>　　2.2.2 船塢6</p><p>　　2.3 船體分段合攏設(shè)備方案7</p><p>　　2.3.1 分段合攏工藝流程7</p><p>　　2.3.2 有軌式合攏設(shè)備設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.3.3 無(wú)軌式合攏設(shè)備設(shè)計(jì)方案8</p&g

16、t;<p>　　第3章 分段合攏設(shè)備下部支撐結(jié)構(gòu)模塊研究9</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)任務(wù)、原則和方法9</p><p>　　3.1.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)任務(wù)、原則9</p><p>　　3.1.2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的方法9</p><p>　　3.2 下部支撐結(jié)構(gòu)形式10</p><p>

17、;　　3.2.1 下部支撐結(jié)構(gòu)形式10</p><p>　　3.2.2 車(chē)架結(jié)構(gòu)尺寸11</p><p>　　3.3 下部支撐結(jié)構(gòu)載荷分析12</p><p>　　3.3.1合攏設(shè)備工作載荷12</p><p>　　3.3.2 船體分段合攏作業(yè)工況分析13</p><p>　　3.4 車(chē)架設(shè)計(jì)15</

18、p><p>　　3.4.1 車(chē)架模型建立15</p><p>　　3.4.2 車(chē)架分析16</p><p>　　3.4.3 結(jié)果分析17</p><p>　　第4章 油缸選擇19</p><p>　　4.1 主油缸選擇19</p><p>　　4.1.1 主頂升油缸的選擇19</p

19、><p>　　4.1.2 主頂升油缸底部設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1.3 滾珠強(qiáng)度校核21</p><p>　　4.2 副油缸選擇22</p><p>　　第5章 車(chē)輪導(dǎo)軌設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1車(chē)輪設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1.1 車(chē)輪計(jì)算載荷24</

20、p><p>　　5.1.2 車(chē)輪踏面疲勞計(jì)算24</p><p>　　5.1.3 輪壓計(jì)算26</p><p>　　5.1.4 輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核26</p><p>　　5.2 軌道的設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.2.1 鋼軌示意圖28</p><p>　　5.2.2 鋼軌材料選擇

21、28</p><p><b>　　小結(jié)31</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]33</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1

22、.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.1.1 船舶建造發(fā)展史</p><p>　　船舶是指能航行或停泊于水域進(jìn)行運(yùn)輸或作業(yè)工具，按不同的使用要求而具有不同的技術(shù)性能、裝備和結(jié)構(gòu)型式。無(wú)論在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及海洋開(kāi)發(fā)等方面船舶都占有十分重要的地位。船舶自伐木為舟起，經(jīng)過(guò)了獨(dú)木舟和木板船的時(shí)代，1879年世界上第一艘鋼船建成以后，就標(biāo)志著以鋼船為主的時(shí)代到來(lái)。船舶的推進(jìn)系統(tǒng)也

23、由19世紀(jì)的依靠畜力、人力和風(fēng)力(即搖櫓、撐篙、劃槳、風(fēng)帆和拉纖)一直發(fā)展到了使用機(jī)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，充分顯示了船舶的發(fā)展。</p><p>　　1807年，美國(guó)的富爾頓建成了 “克萊蒙脫”號(hào)，它是第一艘采用明輪推進(jìn)的蒸汽機(jī)船，時(shí)速可以達(dá)到為8千米/小時(shí)；1839年，第一艘裝有螺旋槳推進(jìn)器并用蒸汽機(jī)船作為驅(qū)動(dòng)的“阿基米德”號(hào)橫空出世，主機(jī)的功率達(dá)到58.8千瓦。有了這種推進(jìn)器就凸顯了它的優(yōu)越性，因而它很快被得到推廣和發(fā)展

24、；1868年，中國(guó)成功地建成了第一艘載重達(dá)600t、功率為288KW的蒸汽機(jī)兵船“惠吉”號(hào)。 </p><p>　　古代中國(guó)是當(dāng)時(shí)造船和航海的先驅(qū)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有了造船工廠(chǎng)，能夠制造戰(zhàn)船；漢代就已經(jīng)能夠制造出有舵的樓船；唐、宋時(shí)期，河船和海船都有突出的反戰(zhàn)，發(fā)明了水密隔壁；明朝的鄭和七次下西洋的寶船，在尺度、性能和遠(yuǎn)航范圍方面，都居世界領(lǐng)先地位。而近代的中國(guó)造船業(yè)發(fā)展就顯得有些遲緩。1865-1866年，清政府

25、相繼創(chuàng)辦江南制造總局和福州船政局，建造了“保民”，“平?！钡溶娕灪汀敖隆薄ⅰ敖A”等長(zhǎng)江客貨船。新中國(guó)成立后，船舶工業(yè)有了很大的發(fā)展，50年代建成一批沿海客船、貨船和油船。60年代以后，中國(guó)的造船能力提高的很快，陸續(xù)建成了大型海洋運(yùn)輸船舶、內(nèi)河運(yùn)輸船舶、海洋石油開(kāi)發(fā)船舶、海洋調(diào)查船舶和軍用艦艇，大型海洋船舶的噸位已經(jīng)達(dá)達(dá)到30萬(wàn)噸以上載重。除了少數(shù)特殊船舶外，中國(guó)已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)并制造各種各樣軍用艦艇和民用船舶?，F(xiàn)代帆船始于荷蘭。<

26、/p><p>　　現(xiàn)代造船模式在日本首先形成，是對(duì)先進(jìn)造船企業(yè)、造船理論以及實(shí)踐的總結(jié)，以中間產(chǎn)品組織生產(chǎn)為基本特征的總裝造船模式，主要是由統(tǒng)籌優(yōu)化的造船理念、面向生產(chǎn)的設(shè)計(jì)技術(shù)、連續(xù)均衡的作業(yè)流程、精細(xì)嚴(yán)密的工程管理以及高效的生產(chǎn)組織等基本要素構(gòu)成。它的實(shí)施要點(diǎn)主要包括:以總裝化為主線(xiàn)，推進(jìn)改造造船生產(chǎn)體系;深化設(shè)計(jì)，為建立現(xiàn)代造船模式提供支持;以工程計(jì)劃作為導(dǎo)向，推進(jìn)管理的精細(xì)化;以信息技術(shù)作為手段，促進(jìn)信息的集

27、成化;圍繞“縮短造船的周期，推進(jìn)船舶制造技術(shù)發(fā)展”這個(gè)主旨;加強(qiáng)基礎(chǔ)方面的管理;夯實(shí)現(xiàn)代造船模式的基礎(chǔ)。因此，現(xiàn)代造船模式是提高生產(chǎn)效率、縮短造船周期的重要手段。</p><p>　　中國(guó)造船業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，取得了可喜成績(jī)，中國(guó)造船業(yè)在全球市場(chǎng)上所占的比重雖然正在明顯上升，并已經(jīng)成為全球重要的造船中心之一。但是研究報(bào)告指出：我國(guó)船舶工業(yè)的技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品研發(fā)能力及生產(chǎn)制造技術(shù)相對(duì)于日本、韓國(guó)仍然顯得落后

28、很多，承接的主要是低附加值船舶。</p><p>　　所以，要想進(jìn)步首先就必須要明白差距，要想擺脫瓶頸的束縛就必須要勇敢地挑戰(zhàn)差距。中國(guó)船舶工業(yè)要真正的步入良性發(fā)展的坦途，必然得走自主創(chuàng)新的道路。全面推進(jìn)船舶行業(yè)建立現(xiàn)代造船模式[1]。其中圍繞“縮短造船周期”，主要方面是要積極推行分段總組造船法，發(fā)展單元組裝、預(yù)棲裝和模塊化技術(shù)，發(fā)展精度造船和先進(jìn)的涂裝技術(shù)，加強(qiáng)船臺(tái)、船塢的總裝工藝方法研究。</p>

29、<p>　　1.1.2 船臺(tái)上船體分（總）段合攏方式</p><p>　　船廠(chǎng)中船臺(tái)（船塢）的數(shù)量有限，而船廠(chǎng)的生產(chǎn)效率在很大程度上影響著船臺(tái)周期。船臺(tái)的裝配俗稱(chēng)又名“大合攏”，船體結(jié)構(gòu)整體裝配屬于工藝階段。然而這是一道被大多數(shù)造船工人看成耗時(shí)最多、工作環(huán)境最差、勞動(dòng)強(qiáng)度最大，嚴(yán)重影響船臺(tái)周期和船體質(zhì)量的很難的工序。</p><p>　　進(jìn)行分段合攏作業(yè)時(shí)，首先將基準(zhǔn)分段掉長(zhǎng)

30、在船臺(tái)（船塢）進(jìn)行定位，再吊裝后續(xù)分段。通過(guò)各種測(cè)量?jī)x器測(cè)量后續(xù)分段和基準(zhǔn)分段的相對(duì)位置關(guān)系，對(duì)后續(xù)分段進(jìn)行第一次定位后，測(cè)量并切除余量然后再對(duì)后續(xù)分段進(jìn)行第二次定位，使其相對(duì)于基準(zhǔn)分段準(zhǔn)確定位，之后進(jìn)行合攏焊接[2]。</p><p>　　經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的探索和研究，船廠(chǎng)們都各自提出了不同的解決方法來(lái)對(duì)付船臺(tái)（塢）裝配這個(gè)大難題，在這個(gè)過(guò)程中，船臺(tái)無(wú)余量裝配工藝后來(lái)居上。在當(dāng)代，日本造船相對(duì)來(lái)說(shuō)比較發(fā)達(dá)，能夠很好地

31、在控制分段的施工誤差和施工變形方面，日本船廠(chǎng)在建造大、中型船舶時(shí)，可以很好地控制造船過(guò)程中各道工序的施工誤差在允許范圍內(nèi)，釋放適量的工藝余量，從而實(shí)現(xiàn)船體中間部位的平行分段的零余量制造和船臺(tái)零余量裝配。而在西歐國(guó)家和前蘇聯(lián)的一些船廠(chǎng)是通過(guò)分段后期修整（即分段制造完畢后，進(jìn)行雨量劃線(xiàn)、切除其余量）的方法達(dá)到船臺(tái)零余量裝配。在我國(guó)，船舶分段建造時(shí)，一般采用的都是留余量法。隨著技術(shù)水平的逐步提高，我國(guó)在實(shí)施無(wú)余量造船技術(shù)中的某些方面，如嘗試對(duì)

32、建造過(guò)程的精度管理、提高設(shè)備性能等方面去的了可喜進(jìn)步。如圖1-1所示為國(guó)外某船廠(chǎng)運(yùn)用多臺(tái)平板車(chē)進(jìn)行配合通過(guò)浮吊航母艏總段對(duì)中合攏。</p><p>　　圖1-1 多合平板車(chē)進(jìn)行航母艏總段合攏</p><p>　　為了提高造船的效率，縮短周期，國(guó)內(nèi)外造船企業(yè)都在研究船臺(tái)分（總）段合攏設(shè)備。截止目前為止船臺(tái)自動(dòng)合攏小車(chē)常見(jiàn)的形式主要有以下兩種：整體式（圖1-2）和分體式（1-3）</p&

33、gt;<p><b>　　圖1-2 整體式</b></p><p>　　整體式合攏設(shè)備是由兩個(gè)平行于行走軌道的縱梁、放在縱梁上的橫梁以及支撐兩根縱梁的船臺(tái)小車(chē)組成，縱梁鉸接在它下面的船臺(tái)小車(chē)。其中，每個(gè)小車(chē)上設(shè)有主液壓缸（船體高度方面）和副液壓缸（船體寬度方向）各一個(gè)，采用軌道式行走，用一定的方法來(lái)控制主、副油缸和小車(chē)的位置來(lái)移動(dòng)船體分段。整體式合攏設(shè)備大多用在大型船體分段的對(duì)

34、中合攏，它結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，空間大，布局好，合攏作業(yè)時(shí)有較好的工作平臺(tái)可以支撐船體分段的重量，作業(yè)比較平穩(wěn)，里面的移動(dòng)小車(chē)都設(shè)有獨(dú)立的控制單元，可以進(jìn)行單獨(dú)控制使用，同時(shí)每臺(tái)小車(chē)都是模塊設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具有良好的互換性。但是缺點(diǎn)也非常明顯，主要就是使用不夠靈活，場(chǎng)地受到限制，安裝調(diào)試要求較繁雜。</p><p><b>　　圖1-3 分體式</b></p><p>　　分體式合

35、攏設(shè)備設(shè)有一個(gè)主油缸（船體高度方向）和兩個(gè)副油缸（分別進(jìn)行船長(zhǎng)、船寬方向），移動(dòng)依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)行對(duì)中合攏時(shí)，多個(gè)沒(méi)有相對(duì)定位的離散分的單體，通過(guò)一定的控制方式，協(xié)同運(yùn)作來(lái)完成船體分段對(duì)中合攏調(diào)整所需要的空間位置和姿態(tài)。分體式合攏設(shè)備的結(jié)構(gòu)在承載分段的時(shí)候，沒(méi)有整體式結(jié)構(gòu)那樣好的平臺(tái)船體分(總)段在船臺(tái)合攏時(shí)，必須通過(guò)位置和姿態(tài)調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)和基準(zhǔn)分段的定位。但兩種合攏設(shè)備采取的結(jié)構(gòu)形式有所不同，船體分段的空間位置和姿態(tài)的調(diào)的方式也不盡相同

36、，同樣它們的控制方式也不同。在確定合攏設(shè)備結(jié)構(gòu)形式的時(shí)候，要對(duì)設(shè)備的功能需求、應(yīng)用空間位置大小、船體分段大小以及擬用的控制方式等多個(gè)方面的因素進(jìn)行綜合考慮。</p><p>　　1.1.3 論文的目的和意義</p><p>　　隨著中國(guó)船業(yè)的崛起，我國(guó)已經(jīng)成為了世界第三大造船的國(guó)家，目前世界船舶市場(chǎng)份額呈現(xiàn)出一種由日、韓向中國(guó)轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)。目前由于受到美國(guó)金融危機(jī)的影響，海運(yùn)需求有所萎縮，運(yùn)

37、力大量過(guò)剩，世界造船行業(yè)由一年前的異常繁盛突然跌到谷底。但我國(guó)船廠(chǎng)仍然持有散貨船的相當(dāng)大訂單。</p><p>　　在這樣的嚴(yán)峻形勢(shì)下，提高造船質(zhì)量，縮短造船周期[3]，提高中國(guó)造船在世界造船行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力以及抗擊各種風(fēng)險(xiǎn)的能力，是中國(guó)造船行業(yè)必須要認(rèn)真思考的問(wèn)題。</p><p>　　而本文所要設(shè)計(jì)的是船舶分段合攏的機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成船臺(tái)小車(chē)，以便進(jìn)行對(duì)中合攏，且精度不低。同時(shí)作為畢業(yè)

38、設(shè)計(jì)，我想它意義非凡，它要求我們要把大學(xué)里所學(xué)習(xí)到的所有的專(zhuān)業(yè)知識(shí)都運(yùn)用上去，鞏固舊知識(shí)，例如熟悉運(yùn)用solidworks，CAD等軟件，懂得查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。通過(guò)獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高各方面的能力，包括嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。</p><p>　　第2章 船體分段合攏簡(jiǎn)介</p><p>　　2.1 船體分段合攏概述</p><p>　　船體分段是船體局部結(jié)構(gòu)，由各種零部件組

39、裝而成[4]。船舶的外殼大多數(shù)是流線(xiàn)型的，只有船中間附近的分段的線(xiàn)型趨于平坦。把一船舶分段后，根據(jù)其外形特征，有的分段結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，外板曲度較大，叫做曲面分段或非平面分段（圖2-1 a）；而有些分段的線(xiàn)型是平直的或接近平直的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，叫做平面分段（圖2-1 b）。在平面分段中肯定有一個(gè)面是完全平直的[5]。船體分段劃分是否合理，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、發(fā)揮船廠(chǎng)設(shè)備潛力和改善勞動(dòng)條件等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。船體分段劃分要遵循以下一

40、些基本原則：保證船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的合理性；盡可能降低材料消耗；施工工藝的合理性；生產(chǎn)負(fù)荷的均衡性等等。依據(jù)不同船廠(chǎng)的實(shí)際情況，在遵循上述原則的前提下，還要考慮很多方面的因素，最基本的因素是要根據(jù)生產(chǎn)工藝以及船廠(chǎng)的起運(yùn)設(shè)備的調(diào)運(yùn)能力來(lái)對(duì)船體分段進(jìn)行劃分，有時(shí)候還要考慮道路、船臺(tái)、橋梁承重等諸多方面的因素。</p><p>　　圖2-1 船體分段的分類(lèi)</p><p>　　建造船舶的方法非常多，比

41、如塔式建造法、總段建造法、串聯(lián)建造法、島式建造法。其中，總段建造法中船臺(tái)裝焊工作量最少，工作條件最好，最有利于縮短船臺(tái)周期，所以應(yīng)用也最廣泛。</p><p>　　船臺(tái)裝配合攏中，底部分段裝配定位工作量頗大，一般占船臺(tái)上主船體裝配工作量的一半左右。但是由于船體分段結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性和多樣性，船體分段合攏設(shè)備并不能適用于所有的船體分段，其適用的范圍只是平直的或者是底部外板曲度較小的底部分段。傳統(tǒng)的底部分段的船臺(tái)定位作

42、業(yè)顯得繁重而落后，因?yàn)樗羌兪止ぬ幚怼４w分段完成以后，必須經(jīng)常搬運(yùn)及疊放沉重的墩木來(lái)放置分段，這些手工操作的裝備數(shù)量多、重量大，而且船底到船臺(tái)表面之間的垂直距離僅僅1.2~1.6米。</p><p>　　船臺(tái)分段合攏設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同船廠(chǎng)的詳細(xì)的生產(chǎn)工藝，它的使用方法和待合攏的分段的重量大小有著很大的聯(lián)系。對(duì)于整體式合攏設(shè)備來(lái)說(shuō)，它的最大承載能力就已經(jīng)限定了，而分體式合攏設(shè)備的單臺(tái)最大承重能力是一定的

43、。分體式合攏設(shè)備使用時(shí)一般都是4個(gè)成為一組，依據(jù)船體分段大小以及控制方式選擇使用的組數(shù)，也可多組設(shè)備聯(lián)合使用?？刂贫嘟M船體分段合攏設(shè)備也可以完成大型分段在船臺(tái)（船塢）的裝配，但這個(gè)對(duì)分段合攏設(shè)備的控制精度需要很高的要求。</p><p>　　2.2 船體分段合攏設(shè)施</p><p><b>　　2.2.1 船臺(tái)</b></p><p>　　船臺(tái)

44、是陸地上船舶建造的場(chǎng)所，又是依靠下水裝置將穿移至水域的場(chǎng)所，一般可分為傾斜船臺(tái)和水平船臺(tái)兩類(lèi)[6]。</p><p>　　(1) 縱向傾斜船臺(tái)是目前船體建造和下水采用最普遍的一種形式，船臺(tái)平面具有一定的斜度通常取1//14——1//24，為便于分段在船臺(tái)上總裝?？v向傾斜船臺(tái)如圖2-2所示。</p><p>　　1—船臺(tái)；2—起重機(jī)；3—腳手架；4—滑道；5—浮臺(tái)；6—配套場(chǎng)地</p&

45、gt;<p>　　圖2-2 縱向傾斜船臺(tái)</p><p><b>　　（2）水平船臺(tái)</b></p><p>　　船臺(tái)表面水平狀態(tài)的船臺(tái)，通常與機(jī)械化滑道、升船機(jī)、浮船塢等下水設(shè)備結(jié)合使用，但投資大，占地面積多優(yōu)點(diǎn)是能排列多個(gè)船臺(tái)，裝焊工作方便，下水安全可靠，并可以雙向使用，能下水，也能上排，因此常見(jiàn)于中性船舶修造廠(chǎng)。</p><p&

46、gt;<b>　　2.2.2 船塢</b></p><p>　　船塢是低于水面、端部設(shè)有閘門(mén)。在閘門(mén)關(guān)閉后能將水排干以從事船舶修造的水工建筑物。他具有水平船臺(tái)的一些優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于船塢面低于地面，可降低塢邊吊車(chē)的高度，能大大簡(jiǎn)化船舶下水工藝。</p><p>　　根據(jù)塢的深度，把船塢分成兩種：淺的用于造船，稱(chēng)為造船塢；深的用于修船，稱(chēng)為修船塢。造船塢一般都配置橫跨船塢的

47、龍門(mén)式起重機(jī)，塢側(cè)有大面積的預(yù)裝配區(qū)。</p><p>　　2.3 船體分段合攏設(shè)備方案</p><p>　　2.3.1 分段合攏工藝流程</p><p>　　任何一種工藝設(shè)備都要和船廠(chǎng)的工藝流程互相匹配。針對(duì)某船廠(chǎng)目前的情況，一下是運(yùn)用有軌式合攏設(shè)備進(jìn)行船體分段合攏作業(yè)的操作流程：</p><p>　　（1）合攏設(shè)備空載運(yùn)行，依靠卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽

48、引，用平板車(chē)把要合攏的船體分段移動(dòng)至預(yù)定位置放置好。</p><p>　?。?）用吊車(chē)將分段運(yùn)送到基準(zhǔn)分段附近處，同時(shí)移動(dòng)分段合攏設(shè)備保證大致位置。</p><p>　?。?）控制吊機(jī)把分段緩緩放下，在此過(guò)程中注意合攏設(shè)備的定位，通過(guò)控制主頂升液壓缸，使船體分段與合攏設(shè)備接觸并得到穩(wěn)定支撐。</p><p>　?。?）去除吊鉤，撤出吊機(jī)，此時(shí)合攏設(shè)備支撐待合攏分段的

49、重量。</p><p>　?。?）通過(guò)控制合攏設(shè)備對(duì)分段的定位進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，讓它與基準(zhǔn)分段定位準(zhǔn)確。</p><p>　?。?）通過(guò)電焊以及一些定位機(jī)械模塊，來(lái)固定分段的位置。</p><p>　?。?）為了能夠穩(wěn)定支撐船體分段，添加固定的支撐墩木，進(jìn)行焊接。</p><p>　　（8）移出頂升油缸，撤出合攏設(shè)備，以便進(jìn)行后續(xù)分段的定位和支撐

50、。</p><p>　　2.3.2 有軌式合攏設(shè)備設(shè)計(jì)方案</p><p>　　根據(jù)某船廠(chǎng)的實(shí)際需求，我們進(jìn)行了圖2-3所示的單體式船體分段合攏設(shè)備的方案設(shè)計(jì)：</p><p>　　圖2-3 有軌式單體合攏設(shè)備示意圖</p><p>　　1-主頂升油缸 2-可傾斜鞍座 3,4-副油缸 </p><p>　　5-行走鋼輪

51、 6-支撐結(jié)構(gòu) 7-油缸底座保護(hù)罩 8-輔助行走輪</p><p>　　從圖中可以看到這個(gè)設(shè)備屬于單體式設(shè)備，它的特點(diǎn)是：</p><p>　　單臺(tái)設(shè)備的承載能力為40t，4個(gè)單體設(shè)備成為一組（40t×4）配套使用，根據(jù)實(shí)際分段的大小選取設(shè)備組數(shù)，每臺(tái)設(shè)備都能進(jìn)行單獨(dú)控制，也可以聯(lián)機(jī)控制多臺(tái)設(shè)備；可以在鋼軌上進(jìn)行前后移動(dòng)，沒(méi)有設(shè)動(dòng)力裝置，用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引來(lái)達(dá)到前進(jìn)后退；具有三個(gè)油缸，

52、分別在船高、船寬和船長(zhǎng)三個(gè)方向，六個(gè)維度的進(jìn)行位姿調(diào)整；設(shè)備中裝有起運(yùn)吊環(huán)，以便設(shè)備的移動(dòng)、運(yùn)輸使用，該設(shè)備也可以用吊車(chē)來(lái)吊運(yùn)，當(dāng)然也可以用叉車(chē)進(jìn)行平地輸送；在進(jìn)行對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，圖2-3中所示的兩個(gè)支撐液壓缸與地面接觸，起到支撐作用，此時(shí)輔助輪雖與地面接觸，受力幾乎不計(jì)。</p><p>　　2.3.3 無(wú)軌式合攏設(shè)備設(shè)計(jì)方案</p><p>　　有軌式合攏設(shè)備在定位控制上雖然比較簡(jiǎn)單，

53、具體表現(xiàn)在船長(zhǎng)方向的定位比較容易快捷，然而這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和尺寸是依據(jù)船廠(chǎng)現(xiàn)有的軌道形式以及船廠(chǎng)的生產(chǎn)規(guī)模來(lái)決定的。</p><p>　　而無(wú)軌式合攏設(shè)備則使用相對(duì)靈活，沒(méi)有這么多的限制條件，但是定位的控制難度相對(duì)較大。與有軌式合攏設(shè)備相同，無(wú)軌式合攏設(shè)備按照系統(tǒng)作用可以分為上部移船定位模塊和下部的結(jié)構(gòu)支撐模塊。想比之下，其結(jié)構(gòu)布置用不到軌道，直接可以加裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行走小輪實(shí)現(xiàn)自身的運(yùn)輸和移動(dòng)，支撐結(jié)構(gòu)顯得更加

54、的緊湊，其結(jié)構(gòu)形式也更加的靈活。</p><p>　　但是本文為了充分利用某船廠(chǎng)的原有軌道設(shè)備，決定不采取無(wú)軌式合攏設(shè)備方案，對(duì)于它的結(jié)構(gòu)形式本文中不作討論。</p><p>　　第3章 分段合攏設(shè)備下部支撐結(jié)構(gòu)模塊研究</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)任務(wù)、原則和方法</p><p>　　3.1.1 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)任務(wù)、原則</

55、p><p>　　結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是把只有一維或二維的平面圖轉(zhuǎn)變成為三維形體過(guò)程，也就是從為了完成總系統(tǒng)功能而進(jìn)行的初步總體布置開(kāi)始到最佳方案的最終完善及審核通過(guò)為止。總的來(lái)說(shuō)，就是將原理方案設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。</p><p>　　結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的基本原則是精確、簡(jiǎn)便、安全，目的是在保證能實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)的預(yù)期功能之外、還要盡可能地降低成本及保障人身安全和環(huán)境安全。</p><p&g

56、t;　　3.1.2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的方法</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有很多方法，一般都采用以數(shù)學(xué)和古典力學(xué)作為基礎(chǔ)的半理論、半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和類(lèi)比法、直覺(jué)法等傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)工程、可靠性工程、優(yōu)化工程、創(chuàng)造工程、價(jià)值工程、人機(jī)工程等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多跨科學(xué)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。特別是在我們機(jī)械行業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)的計(jì)算方法主要有如下幾種：極限狀態(tài)計(jì)算法，許用

57、應(yīng)力計(jì)算法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性設(shè)計(jì)，有限元法。</p><p>　?。?）極限狀態(tài)計(jì)算法</p><p>　　極限狀態(tài)計(jì)算法是指對(duì)金屬材料性能的均勻程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并研究，在工作裝備使用條件下對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的受載情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。在國(guó)外人們?cè)缭诎耸甏桶褦?shù)理統(tǒng)計(jì)、概率論、可靠性理論等各相關(guān)學(xué)科引進(jìn)至各種起重機(jī)的設(shè)計(jì)中來(lái)，出現(xiàn)了以概率統(tǒng)計(jì)法的極限設(shè)計(jì)狀態(tài)法。把所受到的載荷、選用的材料、零件的實(shí)際尺

58、寸等都看成是基于某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量中去，通過(guò)大量的實(shí)測(cè)得到基本變量的分布概率及參數(shù)，然后運(yùn)用概率可靠性知識(shí)，計(jì)算失敗的概率（風(fēng)險(xiǎn)大?。?duì)鋼結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行初步的估算，所以在極限狀態(tài)法中沒(méi)有安全系數(shù)這一概念。</p><p>　　（2）許用應(yīng)力計(jì)算法</p><p>　　許用應(yīng)力法到目前為止依然是鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)用最廣的方法。它主要是采用根據(jù)前人積累的一系列經(jīng)驗(yàn)所確定的強(qiáng)度安全系數(shù)，安全系數(shù)

59、是許用應(yīng)力計(jì)算法的基礎(chǔ)。</p><p>　　許用應(yīng)力法是定值法，是經(jīng)過(guò)以往多年前輩們長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)實(shí)踐獲得載荷的標(biāo)準(zhǔn)值和結(jié)構(gòu)抗力的標(biāo)準(zhǔn)值?？沽?biāo)準(zhǔn)值是正常情況下抗力的最小值；非正常情況下實(shí)際抗力也有可能小于抗力標(biāo)準(zhǔn)值。載荷標(biāo)準(zhǔn)值是在正常情況下載荷的最大值；非正常情況下實(shí)際載荷也可能超過(guò)其載荷標(biāo)準(zhǔn)值。</p><p>　　考慮非正常情況，載荷標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)S（應(yīng)力或內(nèi)力）應(yīng)當(dāng)乘以大于一個(gè)1的

60、系數(shù)；抗力標(biāo)準(zhǔn)值R（也稱(chēng)破壞抗力或構(gòu)件的極限強(qiáng)度）則應(yīng)乘以一個(gè)小于1的系數(shù)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)式為：</b></p><p>　　,或 （3-1）</p><p>　　式中n——安全系數(shù)，。</p><p>　　許用

61、應(yīng)力法的設(shè)計(jì)表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中——載荷標(biāo)準(zhǔn)值作用之下的構(gòu)件應(yīng)力；</p><p><b>　　——許用應(yīng)力。</b></p><p><b>　?。?）優(yōu)化設(shè)計(jì)</b></p><p>　

62、　隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)漸漸成為了一種迅速有效的方法。這種設(shè)計(jì)方法可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合的產(chǎn)物，成為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題的一種有效工具。采用優(yōu)化方法，首先得根據(jù)產(chǎn)品要求，合理地確定和計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，從而達(dá)到最佳設(shè)計(jì)目標(biāo)，例如成本、性能、重量和承載能力等。</p><p><b>　?。?）可靠性設(shè)計(jì)</b></p><p>　　可靠性設(shè)

63、計(jì)的目的是在費(fèi)用允許的條件之下，是從安全和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，實(shí)現(xiàn)確定出產(chǎn)品最小失敗概率的一種設(shè)計(jì)方法，盡可能地防止產(chǎn)品失效、不合格，設(shè)計(jì)出可靠性很高的產(chǎn)品?？煽啃栽O(shè)計(jì)的內(nèi)容包括確定可靠性指標(biāo)及其量值、可靠性分析、失效分析、可靠性分配、可靠性驗(yàn)證等。</p><p><b>　　（5）有限元法</b></p><p>　　有限元法是一種基于變分原理求解數(shù)學(xué)、物理問(wèn)題的數(shù)值

64、計(jì)算法，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在工程領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。它主要通過(guò)一個(gè)英文軟件Ansys中的Workbench進(jìn)行模擬結(jié)構(gòu)，它顯然是在21世紀(jì)國(guó)際化的年代后起之秀，掌握一門(mén)軟件，首先得掌握它的語(yǔ)言。所以比較的前衛(wèi)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，只能進(jìn)行粗略的簡(jiǎn)化分析，局限性較大，載荷工況也只有為數(shù)不多的幾種，所以沒(méi)有辦法隨意組合，大多數(shù)只能夠進(jìn)行靜力分析。而采用有限元法則優(yōu)越得多，不僅能整體、全面、多工況隨意組合，而且可以對(duì)靜力、動(dòng)力、線(xiàn)型和飛行性進(jìn)行分

65、析。</p><p>　　3.2 下部支撐結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　3.2.1 下部支撐結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　本文主要是針對(duì)某船廠(chǎng)的技術(shù)要求，在該廠(chǎng)原有場(chǎng)地條件和設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行船體分段合攏設(shè)備的研究。</p><p>　　在對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)下部支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)保持靜止不動(dòng)，通過(guò)上部移船定位模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整船體分段位置。在合攏作業(yè)過(guò)程中，不

66、僅要求對(duì)中合攏設(shè)備結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，為了達(dá)到合攏作業(yè)所需要的精度還需要設(shè)備結(jié)構(gòu)有較高的剛度要求，所用材料為合金鋼。</p><p>　　通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參考傳統(tǒng)船臺(tái)小車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文中合攏設(shè)備的下部支撐結(jié)構(gòu)采用的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)布置，液壓系統(tǒng)的泵、閥及油箱等都均衡布置在結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部，所以支撐結(jié)構(gòu)的自重也近似對(duì)稱(chēng)分布。在合攏作業(yè)時(shí)采用四點(diǎn)同時(shí)支撐船體分段的結(jié)構(gòu)形式。船廠(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有一串小車(chē)的鋼軌，其支撐結(jié)構(gòu)有兩種方案可供

67、選擇：一種方案是采用對(duì)稱(chēng)的四個(gè)鋼輪支撐；另外一種方案是在船臺(tái)小車(chē)的外側(cè)采用兩個(gè)鋼輪支撐，而在內(nèi)側(cè)采用兩個(gè)油缸支撐。前者在結(jié)構(gòu)上左右對(duì)稱(chēng)，符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，不過(guò)存在一個(gè)需要重新設(shè)計(jì)內(nèi)側(cè)鋼軌的問(wèn)題，顯得比較繁雜；而后一種方案，無(wú)需重新設(shè)置鋼軌，可需要考慮的是結(jié)構(gòu)布置問(wèn)題以及對(duì)中合攏設(shè)備的行走、運(yùn)輸問(wèn)題。</p><p>　　本文選用后面一種方案，在鋼軌的外側(cè)用鋼輪來(lái)支撐，鋼軌內(nèi)側(cè)則用兩個(gè)沿船長(zhǎng)方向?qū)ΨQ(chēng)布置的液壓

68、缸來(lái)支撐。如圖2-3所示，油缸支撐的位置與外側(cè)鋼輪輪軸的位置在船高和船長(zhǎng)方向保持一致，在支撐油缸這一側(cè)布置一個(gè)行走輔助輪。</p><p>　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時(shí)，對(duì)此設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，分別研究車(chē)架以及鋼輪和輪軸等零部件。車(chē)架的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.2.2 車(chē)架結(jié)構(gòu)尺寸</p>&

69、lt;p>　　本文中，車(chē)架的結(jié)構(gòu)尺寸并不是一次性就確定的。第一步必須是查閱相關(guān)資料，參考傳統(tǒng)的船臺(tái)小車(chē)的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，還要結(jié)合該船廠(chǎng)的生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)工藝等各方面的限制條件和技術(shù)需求，初步地對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后用Solidworks軟件畫(huà)出三維實(shí)體模型，然后簡(jiǎn)化畫(huà)出的模型并在Solidworks中進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析校核。如果結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核不滿(mǎn)足要求，就再一次初步設(shè)計(jì)步驟，再一次進(jìn)行建模和結(jié)構(gòu)校核，直到結(jié)構(gòu)分析結(jié)果滿(mǎn)

70、足要求，并且滿(mǎn)足該船廠(chǎng)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　如圖3-2所示為經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)校核后得到的車(chē)架結(jié)構(gòu)總體尺寸示意圖：</p><p>　　圖3-2 車(chē)架結(jié)構(gòu)總體尺寸示意圖</p><p>　　車(chē)架結(jié)構(gòu)總體尺寸為14001174296mm，軌道的中心線(xiàn)距離車(chē)架的內(nèi)側(cè)998mm。車(chē)架的左、右縱梁尺寸大小基本上一致，不一樣的地方在于：左縱梁上安裝鋼輪輪軸的軸

71、孔中心在離兩端280mm，輔助行走輪的軸孔中心安裝在右縱梁中間。左、右縱梁靠橫梁連接。橫梁的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3所示，首先要說(shuō)明的是橫梁屬于板架結(jié)構(gòu)，上面板的尺寸為54053516mm。上面板下部尺寸為48012264mm的橫向腹板，有縱向腹板支撐，各腹板有寬為50mm，厚度為16mm的下面板。</p><p>　　圖3-4為左縱梁的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可以看出梁體的整體尺寸長(zhǎng)為1400mm，高為296mm。在左縱梁

72、上有兩個(gè)100mm的孔，用來(lái)安裝鋼輪輪軸，其上面板的尺寸為14009016mm，考慮結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)所以下面板尺寸與上面板的基本一致，腹板尺寸隨梁截面變化而變化，厚度均為12mm。</p><p>　　圖3-3 橫梁結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖3-4 左縱梁結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.3 下部支撐結(jié)構(gòu)載荷分析</p><p>　　3.3

73、.1合攏設(shè)備工作載荷</p><p>　　船體分段合攏設(shè)備單臺(tái)設(shè)計(jì)承載能力為40t。在船體分段對(duì)中合攏時(shí)，對(duì)中合攏設(shè)備為四臺(tái)一組，成組使用。</p><p>　　在船體分段對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，合攏設(shè)備的下部支撐結(jié)構(gòu)的四個(gè)支撐點(diǎn)應(yīng)保持靜止，船體分段通過(guò)主頂升油缸承接，分段重量通過(guò)主頂升裝置傳遞到橫梁上部面板，然后經(jīng)過(guò)橫梁再傳遞給左右兩邊的縱梁，通過(guò)下部四點(diǎn)支撐的方式，承載整個(gè)工作載荷。</

74、p><p>　　分段對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，工作載荷為P=40t，考慮動(dòng)力系數(shù)，取動(dòng)力系數(shù):K=1.2，則在下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算校核時(shí)，設(shè)備的總載荷為：</p><p>　　3.3.2 船體分段合攏作業(yè)工況分析</p><p>　　通過(guò)上面得分析可以得出，在船體分段對(duì)中合攏過(guò)程中，船體分段的所有重量通過(guò)主頂升裝置圓形底盤(pán)傳遞給下部支撐結(jié)構(gòu)，工作載荷可把它簡(jiǎn)化為作用在200mm的

75、圓面上的均布載荷。如圖3-5所示</p><p>　　圖3-5 均布載荷位置</p><p>　　均布載荷的中心點(diǎn)A點(diǎn)只能夠在下部支撐結(jié)構(gòu)上面板矩形中心O處150150mm的一個(gè)矩形區(qū)域BCDE內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，假設(shè)A點(diǎn)距O點(diǎn)橫向距離為b，縱向距離為a。</p><p>　　車(chē)架中的橫向梁可以簡(jiǎn)化成左、右縱梁的簡(jiǎn)支梁，左、右縱梁又可以分別簡(jiǎn)化成靠?jī)蓚€(gè)鋼輪和兩

76、個(gè)支撐油缸支撐的簡(jiǎn)支梁。</p><p>　　依據(jù)力系的簡(jiǎn)化原理，將均布載荷簡(jiǎn)化為位于中心A點(diǎn)處的集中載荷，A點(diǎn)處的集中載荷向O點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以得到一個(gè)位于O點(diǎn)的集中載荷P加上一個(gè)力矩M,M=Pb</p><p>　　對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)的橫向梁來(lái)說(shuō)，其受理可以簡(jiǎn)化成圖3-6所示</p><p>　　圖3-6 均布載荷簡(jiǎn)化為O點(diǎn)的集中載荷</p><p&

77、gt;　　對(duì)圖3-6（b）等效求解，作橫向梁中的彎矩和剪力圖如圖3-7</p><p>　　圖3-7 橫向梁彎矩剪力示意圖</p><p>　　由圖3-7可知橫向梁的最大彎矩發(fā)生在橫向梁中間位置，最大剪力位于左半梁體上。</p><p>　　當(dāng)均布載荷的中心位置A在圖3-5中右邊時(shí)，也可以知道橫向梁的最大彎矩在中間位置、而最大剪力發(fā)生在右半梁體上。</p>

78、;<p>　　因?yàn)榫驾d荷中心點(diǎn)A只能夠在矩形BCDE內(nèi)運(yùn)動(dòng)，所以。</p><p>　　當(dāng)=75mm時(shí)，橫向梁的中心位置受到的彎矩M=Pb達(dá)到最大，此時(shí)左半梁上的剪力也達(dá)到最大。</p><p>　　對(duì)橫向梁進(jìn)行受力分析如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 橫向梁受力分析圖</p><p>　　對(duì)橫向梁列力平衡方程和

79、力矩平衡方程：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由（式3-3）可求得</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　由（式3-4）可知：，即橫梁左端反力大于右端反力，說(shuō)明在均布載荷中心A在左側(cè)時(shí)，左縱梁受力較大。</p><

80、;p>　　同橫向梁，對(duì)作用在縱梁上的力進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 左縱梁載荷簡(jiǎn)化分析</p><p>　　同橫向梁的一樣方法進(jìn)行分析，可以得出，左縱梁中最大彎矩的位置發(fā)生在中間位置，最大剪力的位置發(fā)生在是a=75mm的地方，即圖3-5中的E點(diǎn)，結(jié)論是左邊的鋼輪的載荷較大。</p><p>　　由于下部支撐結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)分布的，因此

81、橫向梁出現(xiàn)最大彎矩的地方在橫梁的中心位置，當(dāng)載荷中心位置在=75mm時(shí)候彎矩和剪力都達(dá)到最大。</p><p>　　對(duì)縱向梁來(lái)說(shuō)，中間位置出現(xiàn)最大彎矩，當(dāng)且時(shí)，縱向梁的彎矩和剪力達(dá)到最大。在輪軸固定的地方以及油缸與縱梁連接固定的地方設(shè)有開(kāi)孔，截面尺寸發(fā)生了變化引起應(yīng)力集中，所以這些位置的應(yīng)力相對(duì)較大。</p><p>　　經(jīng)上述分析，考慮到下部支撐結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的時(shí)候，選

82、取載荷中心位置A分別位于圖3-5中O點(diǎn)（初始狀態(tài)）、F點(diǎn)（左中位置）和D點(diǎn)（右下位置）時(shí)來(lái)校核。</p><p><b>　　3.4 車(chē)架設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.4.1 車(chē)架模型建立</p><p>　　在本文中，用Solidworks三維實(shí)體建模，經(jīng)簡(jiǎn)化處理，對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。</p><p>　　

83、在建模的過(guò)程中，Solidworks采用的步驟是多個(gè)零件組合成一個(gè)裝配體的方式，各個(gè)零件依靠裝配關(guān)系來(lái)連接的，并不是一個(gè)整體。而在實(shí)際的加工生產(chǎn)中，車(chē)架的各個(gè)零件，如板和梁體是焊接連在一起的。</p><p>　　圖3-10 車(chē)架在Solidworks的模型建立</p><p>　　在Solidworks中，對(duì)模型進(jìn)行分析，定義它的單元類(lèi)型、材料屬性和載荷，然后選取要求解的類(lèi)型以及內(nèi)容等處

84、理。</p><p>　　3.4.2 車(chē)架分析</p><p>　　根據(jù)上述的分析，在Solidworks中對(duì)導(dǎo)入的車(chē)架模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。選取均布載荷中心位置進(jìn)行強(qiáng)度校核。車(chē)架結(jié)構(gòu)所用的材料是合金鋼。</p><p>　　圖3-10 合金鋼基本參數(shù)</p><p>　　圖3-11 車(chē)架質(zhì)量分析</p><p>　　

85、由圖3-11可以知道，合金鋼的彈性模量為E=2100000 ,泊松比為0.28，密度為0.0077 ，質(zhì)量是149kg。</p><p>　　圖3-12 車(chē)架結(jié)構(gòu)分析結(jié)果</p><p>　　3.4.3 結(jié)果分析</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核</b></p><p>　　車(chē)架采用材料是合金鋼，。對(duì)塑性材

86、料來(lái)說(shuō)，一般取安全系數(shù)為n=1.5~2.5。許用應(yīng)力：</p><p>　　， 所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　第4章 油缸選擇</b></p><p><b>　　4.1 主油缸選擇</b></p><p>　　4.1.1 主頂升油缸的選擇</p><p&g

87、t;　　首先介紹一下我所設(shè)計(jì)的分段合攏設(shè)備的技術(shù)要求</p><p>　　船體分段在合攏時(shí)，由頂升和水平移動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作配合來(lái)完成對(duì)中合攏的調(diào)整。</p><p>　　單臺(tái)承載能力：40t；</p><p>　　垂直方向調(diào)整范圍：200mm；</p><p>　　水平方向調(diào)整范圍：150mm；</p><p><b&

88、gt;　　定位精度：2mm；</b></p><p>　　工作方式：分段合攏作業(yè)應(yīng)持續(xù)、可控、安全。</p><p>　　在船體分段對(duì)中合攏作業(yè)工程中，垂直定向時(shí)，因?yàn)槭艿狡渖a(chǎn)工藝等限制，要求垂直定位能夠在上下方向進(jìn)行調(diào)整，也也就是高度調(diào)整，結(jié)束了船體分段高度調(diào)整之后，在分段合攏定位作業(yè)還沒(méi)有徹底完成之前，船體分段要求要在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地保持著一定的高度靜止不動(dòng)，在此期

89、間調(diào)整船體分段水平方向上的位置來(lái)微調(diào)待合攏船體分段與基準(zhǔn)船體分段之間的定位。在整個(gè)對(duì)中合攏作業(yè)過(guò)程，主要要求持續(xù)、平穩(wěn)、可控，同時(shí)還得確保船體分段的安全。</p><p>　　要滿(mǎn)足上述要求，首先主頂升油缸必須是雙作用油缸，從安全角度考慮，可以再采用機(jī)械鎖緊裝置，依靠活塞桿上羅威鎖定，這樣可以滿(mǎn)足在船體分段合攏作業(yè)過(guò)程達(dá)到可靠的定位高度，實(shí)現(xiàn)雙保險(xiǎn)，整個(gè)過(guò)程更加易于掌控。</p><p>

90、　　本文中的船體分段對(duì)中合攏設(shè)備的單臺(tái)設(shè)備最大承載能力是40t。選用液壓缸時(shí)應(yīng)該按照液壓缸承載能力的80%來(lái)計(jì)算，則主頂升油缸的承載能力應(yīng)不小于50t。</p><p>　　經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料，上海奈斯特液壓設(shè)備有限公司生產(chǎn)的HD薄形大噸位雙作用油缸滿(mǎn)足技術(shù)要求，見(jiàn)表4-1， </p><p>　　表4-1HD薄形大噸位上作用液壓缸型號(hào)及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　

91、其主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　(a)雙作用設(shè)計(jì)，液壓回程;</p><p>　　(b)額定工作壓力:70MPa/700bar;</p><p>　　(c)油缸可以承受的側(cè)向載荷相當(dāng)于額定荷載的10%;</p><p>　　(d)配有硬質(zhì)深槽鞍座，可以選用5“可傾斜鞍座以適應(yīng)構(gòu)件的不平;</p><p>　　

92、(e)安全閥內(nèi)置，防止有桿腔回路中壓力過(guò)高;</p><p>　　(f)選用板式液壓?jiǎn)蜗蜷y或者單向節(jié)流閥，保證油缸在頂升和下降過(guò)程的安全。</p><p>　　對(duì)于上述參數(shù)分析，40t船體分段對(duì)中合攏裝置的主頂升油缸可以選用型號(hào)為HD508的雙作用油缸。</p><p>　　在船臺(tái)上分段對(duì)中合攏作業(yè)時(shí)，調(diào)整船體分段上下方向時(shí)，首先控制各個(gè)主頂升油缸來(lái)粗調(diào)船體分段的大

93、概位置，等到分段上下方向調(diào)整基本定位好以后，手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)械鎖緊螺母，當(dāng)機(jī)械鎖緊螺母旋緊與缸筒面貼合以后，活塞桿—螺母—缸筒形成了剛性的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有特殊情況下，它們之間的高度基本上保持不變，可以使得船體分段對(duì)中合攏過(guò)程中在船高方向上的定位保持較長(zhǎng)一段時(shí)間。主頂升油缸的開(kāi)始狀態(tài)如下圖所示：</p><p>　　圖4-1 主頂升油缸結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.1.2 主頂升油缸底部

94、設(shè)計(jì)</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)船體分段在船體長(zhǎng)度和寬度方向上的調(diào)整，主頂升油缸與船體分段時(shí)相對(duì)靜止的關(guān)系，所以主頂升油缸裝置不可以用固定連接的方式和下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。</p><p>　　基于以上的分析，本文中可以采用一個(gè)圓形底座來(lái)實(shí)現(xiàn)主頂升裝置與下部支撐結(jié)構(gòu)的連接，圓形底座的底部裝有若干個(gè)滾珠，對(duì)于滾珠，必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算校核，底部圓形底座的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示：</p>&

95、lt;p>　　圖4-2 下部底座結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.1.3 滾珠強(qiáng)度校核</p><p>　　假設(shè)主頂升裝置圓形底座由2個(gè)直徑為D的Q235鋼質(zhì)滾珠組成，取船體分段對(duì)中合攏設(shè)備的極限承載載荷為50t，那么：</p><p>　　每個(gè)滾珠平均承受重量50/n t。如圖4-3所示是滾珠的受力分析圖：</p><p>　　圖4-3

96、 滾珠強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　滾珠受到的壓應(yīng)力為：</p><p>　　其中: 為滾珠的壓應(yīng)力</p><p><b>　　F為滾珠受到的壓力</b></p><p><b>　　D為滾珠的直徑</b></p><p><b>　　A為滾珠最大截面積<

97、;/b></p><p>　　設(shè)n=20，D=30mm。</p><p>　　則有，故強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。</p><p>　　查《材料硬度試驗(yàn)手冊(cè)》得：滾珠的壓應(yīng)力.</p><p><b>　　則有，</b></p><p><b>　　則滾珠的硬度足夠。</b><

98、/p><p>　　4.2 副油缸選擇</p><p>　　副油缸的作用是通過(guò)伺服控制系統(tǒng)來(lái)控制油缸的伸縮量從而完成水平方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而來(lái)完成船體的位姿調(diào)整。</p><p>　　船體分段定位調(diào)整，在船體高度方向上的調(diào)整是由主頂升油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在水平方向上的調(diào)整則通過(guò)副油缸的伸縮調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　要對(duì)副油缸進(jìn)行選型和布置，需要知道其

99、所需的推力大小以及油缸的長(zhǎng)度。在本文中，船體的分段對(duì)中合攏設(shè)備只在船寬的方向安裝了副油缸。</p><p>　　頂升裝置的受力分析如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 頂升裝置受力分析</p><p>　　設(shè)副油缸的水平方向的推力為F1，N是下部支撐結(jié)構(gòu)對(duì)主頂升裝置的反作用力，是船體分段對(duì)主頂升裝置的最大靜摩擦力，F(xiàn)為船體分段對(duì)主頂升裝置的正壓力，為下部支撐

100、結(jié)構(gòu)對(duì)主頂升裝置的動(dòng)摩擦力，AB的長(zhǎng)度為，BC的長(zhǎng)度為，在主頂升裝置工作的過(guò)程中，是變化的。</p><p>　　在分段對(duì)中合攏過(guò)程中，船體分段的調(diào)整定位是一個(gè)非常平穩(wěn)的過(guò)程，可看成是勻速的運(yùn)動(dòng)，對(duì)主頂升裝置進(jìn)行列力平衡方程和力矩平衡方程：</p><p>　　力平衡： F1—=0 （4-1）&l

101、t;/p><p>　　力矩平衡： M（B）= （4-2）</p><p>　　由（式4-4）和（式4-5）可以求出：</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　取鋼與硬木之間的靜摩擦因數(shù)</p><p>　　單臺(tái)

102、合攏設(shè)備的最大設(shè)計(jì)承載能力為m=40t</p><p>　　因而船體分段對(duì)主頂升裝置的靜摩擦力為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　本文中，初始狀態(tài)時(shí)上部頂升裝置總高度為426mm，。</p><p>　　當(dāng)最大，即當(dāng)主頂升油缸行程為200mm時(shí)，副油缸所需的推力F1最大，此時(shí)，。&l

103、t;/p><p>　　代入（式4-3）和（式4-4）可求得：F1=286.3KN</p><p>　　因此副油缸的推力應(yīng)當(dāng)不小于286.3KN。</p><p>　　第5章 車(chē)輪導(dǎo)軌設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1車(chē)輪設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1.1 車(chē)輪計(jì)算載荷</p>

104、;<p>　　鋼輪的材料為ZG55熱處理后要求HB300</p><p>　　鋼輪的材料的許用接觸應(yīng)力為：</p><p>　　式中——線(xiàn)接觸許用應(yīng)力</p><p><b>　　——點(diǎn)接觸許用應(yīng)力</b></p><p>　　鋼輪的輪徑為，接觸鋼軌的面直徑。鋼軌為380N/m的鐵路鋼軌，其其頂面曲率半徑為

105、R=300mm，移船區(qū)采用枕木軌道，許用輪壓為個(gè)。</p><p>　　本計(jì)算方法適用于軌道安裝與維護(hù)良好、車(chē)輪調(diào)整正確、直徑不超過(guò)1.25m的車(chē)輪，直徑更大的車(chē)輪與軌道間的許用壓力應(yīng)降低。</p><p>　　車(chē)輪踏面疲勞計(jì)算載荷按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>　　式中

106、：——車(chē)輪踏面疲勞計(jì)算載荷，N；</p><p>　　——設(shè)備正常工作時(shí)的最大輪壓，N；</p><p>　　——設(shè)備正常工作時(shí)的最小輪壓，N；</p><p>　　在確定、時(shí)，計(jì)算中等均為1</p><p>　　5.1.2 車(chē)輪踏面疲勞計(jì)算</p><p>　　按照赫茲公式來(lái)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度。根據(jù)車(chē)輪與軌道接觸情況的

107、變化而變化，有兩種 情況：a、線(xiàn)接觸；按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（5-2）</b></p><p>　　式中：——與材料有關(guān)的許用線(xiàn)接觸應(yīng)力常數(shù)，；</p><p>　　D——車(chē)輪直徑，mm；</p><p>　　——車(chē)輪與軌道有效接觸長(zhǎng)度，mm；</p><p>　　——轉(zhuǎn)速系數(shù)

108、，按表5-3選擇；</p><p>　　——工作級(jí)別系數(shù)，按表5-4選擇；</p><p><b>　　表5-1 系數(shù)值</b></p><p>　　注：（1）——材料的抗拉強(qiáng)度，；</p><p>　　（2）鋼制車(chē)輪一般應(yīng)經(jīng)熱處理，踏面硬度推薦為HB=300——380，淬火層深度為15——20mm，在確定許用的、值時(shí)仍

109、取材料未經(jīng)熱處理時(shí)的。</p><p>　?。?） 當(dāng)車(chē)輪材料采用球墨鑄鐵時(shí)，>500的材料，、值按=500選取。</p><p>　　b、點(diǎn)接觸按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：——與材料有關(guān)的許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)，；鋼制車(chē)輪按表5-1選??；</p>

110、<p>　　R——曲率直徑，為車(chē)輪曲率半徑與軌道曲率半徑之大值，mm；</p><p>　　m——由軌道頂?shù)呐c車(chē)輪的曲率半徑之比（r/R）所確定的系數(shù)，按表5-2選取</p><p><b>　　表5-2 m的值</b></p><p>　　注：(1）為其他值時(shí)，m值用內(nèi)插法計(jì)算。</p><p>　　(2

111、）r為點(diǎn)接觸面曲率半徑的小值。</p><p>　　表5-3 轉(zhuǎn)速系數(shù)值</p><p>　　表5-4 轉(zhuǎn)速系數(shù)值</p><p>　　5.1.3 輪壓計(jì)算</p><p>　　在極限狀態(tài)下單臺(tái)設(shè)備的極限工作載荷為184KN.理論上車(chē)輪與鋼軌是點(diǎn)接觸，其接觸應(yīng)力按照下面的計(jì)算公式：</p><p><b>　

112、　（5-4）</b></p><p>　　式中：——綜合曲率半徑（cm）</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　將上述參數(shù)代入（式5-4）和（式5-5）中，經(jīng)單位換算后可以求得：</p><p>　　<（16500~19800），所以鋼輪符合強(qiáng)度要求。</p>

113、<p>　　5.1.4 輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核</p><p>　　本文中，合攏設(shè)備的單臺(tái)承載能力是40t，而四臺(tái)設(shè)備組成為一組，所以，每一臺(tái)設(shè)備所要承受的載荷是10t，每臺(tái)設(shè)備有三個(gè)輪，那么每個(gè)車(chē)輪所要承受的最大載荷就為3.3t，即33000N，已知軸的直徑為100mm，軸長(zhǎng)為560mm，首先要擬定軸的裝配方案，選用向心軸承，如圖5-1所示，</p><p>　　圖5-1軸裝配