張 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

0 引言

某自升式平臺(tái)升降系統(tǒng)單樁4 個(gè)提升油缸系統(tǒng)為開式并聯(lián)系統(tǒng)，用一個(gè)主比例閥同時(shí)控制4 個(gè)油缸的升降，用平衡閥來(lái)實(shí)現(xiàn)提升油缸的安全升降和管路防爆。由于一個(gè)樁腿時(shí)上的每個(gè)提升油缸由于制造精度、裝配誤差以及管路損失不同，在加上提升油缸液壓系統(tǒng)中又未設(shè)計(jì)流量同步控制功能，必然導(dǎo)致在升降過(guò)程中，4 個(gè)提升油缸負(fù)載不均衡，導(dǎo)致輕負(fù)載側(cè)速度快，重負(fù)載側(cè)速度慢，從而4 個(gè)油缸伸縮速度不一致，同樁腿的4 個(gè)提升油缸同步性很差。

1 優(yōu)化方案選擇

為改善同樁腿4 個(gè)提升油缸的同步性能，在升降液壓系統(tǒng)回路中增加同步控制組件回路；一般液壓系統(tǒng)主要同步控制回路類型表1 所示。通過(guò)分析，對(duì)于本升降系統(tǒng)同步方案采用同步馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)油缸同步。

2 方案

2.1 同步馬達(dá)原理

圖1 為同步馬達(dá)的原理圖，圖2 為改造之后的升降裝置部分液壓原理圖，同步馬達(dá)連接在比例閥與提升油缸有桿腔管路之間，同時(shí)在系統(tǒng)的總回油管增加1 個(gè)0.3 MPa（3 bar）的單向閥。油缸活塞桿縮回動(dòng)作時(shí)，當(dāng)某個(gè)提升油缸提前達(dá)到終點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溢流閥開啟，即起安全調(diào)壓的作用；同時(shí)保證即使回路中只有一只液壓缸已經(jīng)提前完成了整個(gè)行程的情況下，其他液壓缸仍然可以完成其工作行程；當(dāng)油缸伸出時(shí)，肯定有一條油缸會(huì)先到底端，此時(shí)，通過(guò)同步馬達(dá)的單向閥和系統(tǒng)回油管路中的單向閥，保證的系統(tǒng)回油有一定的背壓，使油液補(bǔ)充到同步馬達(dá)中，保證剩余的幾條缸都能到達(dá)底端，消除同步誤差。

圖1 同步馬達(dá)原理

2.2 同步馬達(dá)選型

已知該系統(tǒng)每條樁腿通過(guò)比例閥的總流量為292 L/min，即通過(guò)每個(gè)油缸的最大流量為73 L/min，油缸平衡閥二次溢流閥設(shè)定壓力為22 MPa，泵出口溢流閥設(shè)定值為25 MPa；由于同步馬達(dá)分為齒輪同步馬達(dá)和柱塞同步馬達(dá)，柱塞同步馬達(dá)的壓損較大，為進(jìn)口壓力的20%，故選用壓損較小的齒輪同步馬達(dá)，選用的同步馬達(dá)具體參數(shù)見(jiàn)表2。

2.3 實(shí)施方案

同步馬達(dá)放置在主閥支架一側(cè)，同步馬達(dá)油口方向與主閥一側(cè)平行，主閥出口有桿腔總管，從同步馬達(dá)出口分出來(lái)的4 支管路分別于4 個(gè)提升油缸的有桿腔軟管連接處的球閥相連，具體布置如圖3 所示。

2.4 樁腿升降速度計(jì)算

提升油缸缸徑：Dt=600 mm，提升油缸桿徑：dt=300 mm，提升油缸行程：Lt=1200 mm，提升油缸數(shù)量：Nt=4，活塞伸出無(wú)桿腔進(jìn)油量：Q伸無(wú)=Q單/Nt=73 L/min，活塞伸出有桿腔回油量：Q伸有=Q伸無(wú)/ψ=54.75 L/min，活塞桿伸出時(shí)間：t伸=LtπDt2/4Q伸無(wú)·106=4.648 min，活塞桿縮回時(shí)間：t縮=Ltπ（Dt2-dt2）/4Q縮有·106=3.486 min。

表1 液壓系統(tǒng)主要同步控制回路

圖2 升降裝置部分液壓原理

表2 同步馬達(dá)參數(shù)

圖3 同步馬達(dá)管路布置

2.4.1 降平臺(tái)工況

（1）4 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t1J=t伸+t縮+t其他=8.304 min，平臺(tái)升降速度：v1J=Lt·60/t1J·1000=8.671 m/h。

（2）3 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致，一個(gè)樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t2J=t伸+t縮·2+t其他·2=11.96 min，平臺(tái)升降速度：v2J=Lt·60/t2J·1000=6.02 m/h。

（3）2 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致，2 個(gè)樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t3J=t伸+t縮·3+t其他·3=15.615 min，平臺(tái)升降速度：v3J=Lt·60/t3J·1000=4.611 m/h。

（4）4 個(gè)樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t4J=t伸+t縮·4+t其他·4=19.271 min，平臺(tái)升降速度：v4J=Lt·60/t4J·1000=3.736 m/h。

2.4.2 升平臺(tái)工況

（1）4 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t1S=t縮+t伸+t其他=8.304 min，平臺(tái)升降速度：v1S=Lt·60/t1S·1000=8.671 m/h。

（2）3 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致，一個(gè)樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t2S=t縮+t伸·2+t其他·2=13.122 min，平臺(tái)升降速度：vS=Lt·60/t2S·1000=5.487 m/h。

（3）2 個(gè)樁腿的插銷孔高度一致，兩個(gè)樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t3S=t縮+t伸·3+t其他·3=17.939 min，平臺(tái)升降速度：v3S=Lt·60/t3S·1000=4.014 m/h。

（4）4 個(gè)樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個(gè)節(jié)距循環(huán)所用時(shí)間：t4S=t縮+t伸·4+t其他·4=22.757 min，平臺(tái)升降速度：v4S=Lt·60/t4S·1000=3.164 m/h。

3 結(jié)論

從以上數(shù)據(jù)可以得出，平臺(tái)升降速度與各樁腿樁靴的觸地狀態(tài)有關(guān)，即與各樁腿的插銷孔是否在同一個(gè)高度有關(guān)系，各樁腿插銷孔的高度差異性越小，則各樁腿負(fù)載轉(zhuǎn)移倒手等待的時(shí)間越短，平臺(tái)升降速度越快；若各樁腿插銷孔的高度差異性越大，則各樁腿負(fù)載轉(zhuǎn)移倒手等待的時(shí)間越長(zhǎng)，平臺(tái)升降速度越慢。

樁腿升降速度滿足7.5 m/h 的設(shè)計(jì)要求；而平臺(tái)升降速度只有在4 條樁腿插銷孔高度完全一致時(shí)，才滿足7.5 m/h 的設(shè)計(jì)要求；在其他情況下，平臺(tái)升降速度小于設(shè)計(jì)速度7.5 m/h，這是由液壓系統(tǒng)本身的選型配置決定的；若要提高平臺(tái)升降速度，則需要增加泵的輸出流量和電機(jī)功率，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)電機(jī)、泵組、主閥、平衡閥以及管路全部重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型匹配。