快速脱缆装置机械结构设计
- 格式：doc
- 大小：25.50 KB
- 文档页数：5
快速脱缆装置机械结构设计
摘要：船舶与缆绳栓通过本装置进行固定，当缆绳拉力超过设定值时，装置使得码头、港岸与船只之间快速、自动脱离束缚关系。
装置由电气和机械部分组成，电气部分由传感器负载检测缆绳拉力，单片机负责分析处理数据，实现对机械装置的控制，机械装置由采用两级杠杆原理部件和气缸等组成，实现脱钩和复位等机械动作。
经过实践检验，本装置能够减轻操作人员的劳动强度，具有提高劳动效率的作用。
关键词：快速脱缆装置压紧机构自动脱钩
船舶的大型化是世界航运业发展的大趋势之一，进入21世纪以来，我国的航运业面临着新的机遇与挑战，其中之一就是船舶大型化所带来的各项技术问题。
随着船舶大型化以及国内运输业的快速发展，快速脱缆装置将是码头新增设施的必备装置。
以前，国内船舶停靠码头时，船员会将缆绳拴在码头的系缆桩上，从而使得船舶平稳不会漂走。
船舶在码头固定缆桩上系缆、解缆完全依靠人力，费时费事费力以及当码头或船舶发生非常状况需船舶迅速撤离码头时又不能快速脱缆。
在发生紧急情况船只需要快速脱离时，工作人员往往手忙脚乱，甚至还会对码头人员的人身安全造成威胁。
因此，需要一种智能脱缆装置，在缆绳应力达到危险值时，自动脱缆。
1快速脱缆装置的工作原理
如图1所示，在船舶停靠码头时，通过该装置使得船与岸边缆绳栓固定，当缆绳拉力超过设定值时，装置使得缆绳与船迅速分离，应对船舶需紧急离港状况。
钩体采用扭转弹簧，无需手动复位，在脱缆后钩体可以自动复位。
控制装置通过单片机控制气缸，带动挡块运动，解除缆钩约束，使缆钩运动以实现自动脱钩。
通过两级杠杆效应，用较小的气缸压力来平衡较大的缆绳拉力。
当船舶停靠在码头系缆时，只需要将缆绳套在钩子上就可以了。
钩子被挡块锁紧，外力无法把缆绳从钩子里面拉出来，如图2所示，安全系数大大增加了。
脱缆时，缆绳拉动缆钩，装置整体受到拉力，拉力传感器检测到拉力信号，当拉力超过设定值时，控制中心就会发出预警信号，单片机控制气缸运动并带动挡块运动打开压紧机构，缆钩得以脱离压紧机构的束缚，缆绳迅速脱钩解缆。
脱缆后，缆钩与挡板之间安装的扭转弹簧让缆钩具有自动复位功能。
缆钩复位的同时触发限位开关，单片机控制气缸运动继而带动挡块运动重新锁紧缆钩。
如果码头和船舶发生火灾等紧急情况，在离港船只产生的拉力没有达到预定值时，可以按下紧急按钮，缆绳也可以快速脱缆，从而保证码头和船舶的安全，避免损失扩大。
2快速脱缆装置的组成结构设计
2.1 压紧机构设计
（1）在不工作的情况下，锁紧机构中的挡块2由气缸7控制，处于压紧钩子1的状态，只有当拉力达到传感器12的设定值时，挡块2才会解除对钩子的约束。
当拉力传感器12检测到力的信号，需要脱钩时，控制中心控制气缸7挡块2运动，挡块2开始顺时针旋转，缆钩1解锁，以水平轴为旋转中心作逆时针旋转，使得缆绳脱出。
气缸7、挡块2与钩子1组成了一个气动压紧机构，如图3所示。
（2）研究设计防误脱缆机构，避免缆绳在零负载、无张力、松弛的情况下工作，在船舶随风摇摆的过程中发生误脱缆现象。
（3）运用参数化设计手段以及有限元分析方法，对该装置中的主要零部件进行受力分析和强度校核，确保装置能够进行可靠工作，避免出现意外状况。
2.2 自动复位机构
缆绳脱缆后，缆钩1不需要人工手动复位，在钩子与挡板连接的部位11装有扭转弹簧10，可以使钩子自动复位。
复位的同时钩子触发限位开关，控制中心控制气缸带动挡块重新锁紧钩子，如图4所示。
2.3 拉力测量机构和支撑机构
如图3所示，当钩子1被拉动时，轴销式传感器12和挡板11之间形成了剪切梁结构，轴销式传感器12受到了剪力，当剪力达到一定大小时，传感器将力信号转换成电信号，此时通过单片机控制，将钩子1释放，当绳索脱离拉钩1，拉力也随之减小为零，此时传感器传递信号，单片机控制气缸回复到原始压紧位置。
支架机构由角架8与挡板通过轴、螺母、平垫圈、弹簧垫圈来连接构成了支架结构，同时连接摆尾气缸的底座6和与支架相连接，稳住了气缸，由此角架和底座形成了支撑机构。
2.4 气动执行机构
通过对常用的传动方式进行比较发现，气压传动最适合本装置选用，调研之后最终确定了普通型摆尾气缸体。
气缸由缸筒、前后盖、活塞、活塞杆、密封件和紧固件等零件组成，缸筒在前后缸盖之间由四根拉杆和螺母将其连接锁紧。
活塞与活塞杆相连，活塞上装有密封圈、导向环及磁性环。
为防止漏气和外部粉尘的侵入，前缸盖上装有活塞杆用防尘组合密封圈。
磁性环用来产生磁场，使活塞接近磁性开关时发出电信号，即在普通气缸上安装磁性开关就成为可以检测气缸活塞位置的开关气缸。
当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔压力差作用在活塞上所形成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞杆伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气，使活塞杆缩回。
若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。
3 结语
快速脱缆装置通过传感器测量缆绳拉力，通过控制系统实现脱缆钩的自动脱钩，让缆绳与船只迅速分离，从而保证了码头和船只的安全，避免巨大损失。
与系缆桩相比，它能减轻工人劳动强度，脱缆便捷，费用不高，能够提高劳动效率、安全性和可靠性，近年得到广泛使用。
参考文献
[1]徐锦康.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2009，7.
[2]王贤民，霍仕武.机械设计[M].北京：北京大学出版社，2012.
[3]沈萌红.机械设计[M].武汉:华中科技大学出版社，2012,9.
[4]王三民.机械设计计算手册[M].北京：化学工业出版社，2010,7.
[5]姜洪源，敖宏瑞.现代机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,2010.。
