余小兵 顧寶群 劉國 張健 韋正生

（江蘇威和海洋工程設(shè)備有限公司，江蘇揚中 212219）

海洋平臺起重機的恒張力壓力補償控制系統(tǒng)

余小兵 顧寶群 劉國 張健 韋正生

（江蘇威和海洋工程設(shè)備有限公司，江蘇揚中 212219）

針對海洋平臺起重機的特種工況，設(shè)計了一種隨負載情況變化而變化的自動恒張力系統(tǒng)，并通過對各種工況原理簡析，驗證這種系統(tǒng)滿足其在起吊過程中的要求，從而為海洋平臺起重機氣動貨物過程其相對平穩(wěn)性，使得貨物裝卸過程的安全可靠，也為以后更智能化補償系統(tǒng)設(shè)計研究提供參考。此恒張力系統(tǒng)自動實現(xiàn)恒張力、成本低、操作性高、維修方便、工作穩(wěn)定等許多優(yōu)點。

恒張力 海洋平臺起重機 壓力補償控制系統(tǒng)

1 前言

根據(jù)工業(yè)部和信息化部下發(fā)的《船舶工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《船用設(shè)備科研項目指南》，有必要進行高性能海洋平臺吊機的研究工作。海洋平臺吊機在海洋環(huán)境中進行起吊作業(yè)的機械設(shè)備，它在海上作業(yè)時，由于作業(yè)時船舶之間通常會因風(fēng)浪的影響相對上下運動，前后或左右運動，會出現(xiàn)一些危險的現(xiàn)象。具有恒張力壓力補償控制系統(tǒng)的海洋平臺吊機是一種新型的高性能吊裝作業(yè)系統(tǒng)，其主要目的是保證吊機作業(yè)時不受波浪起伏的影響，避免一些危險現(xiàn)象的發(fā)生，使海洋平臺吊機在惡劣海況下進行可靠、安全、準備的完成各項任務(wù)。

通過電磁換向閥用來轉(zhuǎn)換回路，以便自動實現(xiàn)恒張力液壓系統(tǒng)，保證恒張力絞車的馬達吊著貨物隨波浪一起作正向或者反向的旋轉(zhuǎn)運動，從而保證了在貨物的吊放過程其相對平穩(wěn)性，使得貨物裝卸過程的安全可靠。其恒張力壓力補償控制系統(tǒng)原理圖見圖1。

2 系統(tǒng)簡析

圖1 恒張力壓力補償控制系統(tǒng)原理圖

一種恒張力壓力補償控制系統(tǒng)，包括液壓泵、第一溢流閥、單向閥、第一手動換向閥、第二溢流閥、截止閥、電磁換向閥、順序閥、第二手動換向閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、壓力繼電器、液壓馬達；所述第一手動換向閥為三位四通閥有A、B、C、D四個油口，所述第二手動換向閥為二位四通換向閥A1、B1、C1、D1的四個油口，所述電磁換向閥為二位三通電磁閥有A2、B2、C2的三個油口，所述動力繼電器控制電磁換向閥的切換；所述液壓泵和第一溢流閥并聯(lián)后與單向閥進油口連接，所述第一手動換向閥的油口A和第二手動換向閥的油口A1并聯(lián)后與單向閥的出油口連接；所述第二節(jié)流閥和液壓馬達并聯(lián)后與第一手動換向閥的油口D連接，所述第二節(jié)流閥和液壓馬達的另一端油口分別與第二手動換向閥的油口D1和油口C1的兩個油口連接，所述截止閥和電磁換向閥的油口A2并聯(lián)后與第一手動換向閥的油口B連接；所述順序閥和電磁換向閥的油口C2并聯(lián)后與第一手動換向閥的油口C連接；所述第一節(jié)流閥與電磁換向閥的油口B2連接；所述截止閥、第一節(jié)流閥、順序閥以及第二手動換向閥的油口B1并聯(lián)后與第二溢流閥連接，第二溢流閥另一油口通向油箱。為防止誤操作，所述第二手動換向閥9內(nèi)設(shè)有復(fù)位彈簧。

3 各元件在系統(tǒng)中的作用

液壓泵1為液壓系統(tǒng)提供動力；第一溢流閥2限制系統(tǒng)最高壓力，安全保護液壓系統(tǒng)；單向閥3用來防止油液倒流而影響液壓泵1；第一手動換向閥4控制液壓馬達13正、反轉(zhuǎn)動，中位時使液壓馬達13橫緊，液壓泵1卸荷；第二溢流閥5作為液壓系統(tǒng)的背壓，以提高液壓系統(tǒng)運動的平穩(wěn)性，保證液壓馬達13正常運轉(zhuǎn)；截止閥6用來連接油路；電磁換向閥7用來轉(zhuǎn)換回路，以便自動實現(xiàn)恒張力液壓系統(tǒng)；順序閥8提供恒張力的壓力；第二手動換向閥9用來控制下放工況；第一節(jié)流閥10和第二節(jié)流閥11是控制下放速度的，第二節(jié)流閥11控制空載下降速度，第一節(jié)流閥10控制負載下降速度；壓力繼電器12當(dāng)壓力變化時向電磁換向閥7發(fā)出接通，斷開信號；液壓馬達13是執(zhí)行元件，對外做功。

4 各種工況的工作原理介紹

下降工況，第一手動換向閥右位工作，第二手動換向閥右位工作，由于第一手動換向閥使液壓馬達壓力油口經(jīng)電磁換向閥、第一節(jié)流閥、第二手動換向閥與液壓馬達另一油口接通，形成了回路，在重力的作用下，液壓馬達作為工作泵向系統(tǒng)供油做功，第一節(jié)流閥作為液壓馬達的負載，并可以調(diào)節(jié)液壓馬達反轉(zhuǎn)的速度，此時系統(tǒng)有二個油路。一是液壓馬達出口經(jīng)第一手動換向閥到電磁換向閥到第一節(jié)流閥到第二手動換向閥再回到液壓馬達，二是液壓泵經(jīng)第一手動換向閥到順序閥到第二溢流閥回油箱。但這兩路油在第二溢流閥處匯合，這樣可以對液壓馬達補油，保證液壓馬達吸油壓力，當(dāng)液壓馬達在外負載作用下轉(zhuǎn)動時，液壓馬達出口壓力高，壓力繼電器不工作；當(dāng)無外負載作用，液壓馬達出口壓力降低，壓力繼電器工作，切斷第一手動換向閥到第一節(jié)流閥的通路，接通液壓泵到液壓馬達通路和液壓泵到順序閥通路形成恒張力回路。外負載大于調(diào)定張力時油路流向，液壓泵、液壓馬達經(jīng)第一手動換向閥到順序閥到第二手動換向閥回到油箱、液壓馬達，液壓馬達反轉(zhuǎn)放繩。外負載小于調(diào)定張力時油路流向：液壓泵經(jīng)第一手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達旋轉(zhuǎn)排油經(jīng)第二手動換向閥到第二溢流閥回油箱。順序閥、第二手動換向閥控制液壓泵輸出壓力，液壓馬達正轉(zhuǎn)收放鋼絲繩。此系統(tǒng)在恒張力工作時，對外負載變化的響應(yīng)較快，由于外負載變化幅度大，對液壓系統(tǒng)的壓力變化值也就大，得到恒張力信號就強，

············當(dāng)外負載變化周期慢，馬達能適應(yīng)變化周期。

起升工況，第一手動換向閥左位工作，第二手動換向閥右位工作。由于第一手動換向閥將截止閥、電磁換向閥、順序閥、第一節(jié)流閥隔開與系統(tǒng)工作無關(guān)，系統(tǒng)成了一簡單上升回路，其油路流向為液壓泵經(jīng)第一手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達轉(zhuǎn)動排油，經(jīng)第二手動換向閥到第二溢流閥回油箱。最大起升負載為第一溢流閥調(diào)定。

空放工況，第一手動換向閥在中位工作，第二手動換向閥左位工作，由于第一手動換向閥改變了液壓馬達進出油口的油路，液壓馬達在液壓泵的作用下進行下降，第二節(jié)流閥回油調(diào)速。在控制下降速度，順序閥限制液壓泵的最高供油壓力，使系統(tǒng)減少功率消耗。其油路流向為液壓泵經(jīng)第二手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達旋轉(zhuǎn)排油經(jīng)第二節(jié)流閥到第二手動換向閥再到第二溢流閥回油箱。

停止工況，第一手動換向閥閥芯在中位，第二手動換向閥右位工作，由于液壓馬達進油口被第一手動換向閥和第二手動換向閥切斷，不得進出油液，不能形成回路，液壓馬達停止運動。液壓泵提供的油經(jīng)第一手動換向閥至順序閥、第二溢流閥卸荷，當(dāng)液壓馬達支承負載時，壓力繼電器不工作，第一節(jié)流閥也能卸荷。當(dāng)液壓馬達無支承負載時，壓力電器工作，第一節(jié)流閥不工作，此時，經(jīng)順序閥卸荷，因此電磁換向閥工作狀態(tài)工況無關(guān)。

其它工況，如需快速放物品時，將第一手動換向閥右位工作，第一手動換向閥右位工作，接通截止閥，就實現(xiàn)其快速下降。

為防止誤操作，所述第二手動換向閥內(nèi)設(shè)有復(fù)位彈簧。兩個手動換向閥有六種組合進行工作，其中四種組合為正常工作位置，另兩種為誤操縱位置，如果誤操縱會出現(xiàn)以下情況：

第一手動換向閥左位工作，第二手動換向閥左位工作，其油路為液壓泵經(jīng)第一手動換向閥、第二手動換向閥到液壓馬達兩個進出油口，液壓馬達進出壓力相等，在外力作用下液壓馬達下降，液壓泵的最高壓力由背壓第二溢流閥和第二節(jié)流閥決定。

第一手動換向閥右位工作，第二手動換向閥右位工作，其油路流向為液壓泵經(jīng)第二手動換向閥向液壓馬達進油，順序閥控制液壓泵的最高壓力。液壓馬達經(jīng)第二節(jié)流閥到第二手動換向閥及第一手動換向閥到第一節(jié)流閥一起到第二溢流閥回油箱，液壓馬達工況為下降。

從分析看，誤操作帶來的結(jié)果是回路變成了下降回路，對系統(tǒng)影響不大，但為防止誤操作，第二手動換向閥采用彈簧復(fù)位，一般情況下，都是處在右位，處于工作狀態(tài)，只要一只手進行操作就不會出現(xiàn)誤動作。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)能夠根據(jù)負載情況，自動實現(xiàn)恒張力；通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)下降速度，比用變量馬達來調(diào)節(jié)速度更節(jié)約成本；操作性高、即使出現(xiàn)誤操作對系統(tǒng)不會造成損害；增加第二溢流閥保證液壓馬達吸油壓力，不出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，提供了馬達使用壽命。

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余小兵（1983—），男，漢，重慶人，本科，工程師，研究方向：船舶和機械。