海洋平臺起重機的恒張力壓力補償控制系統

余小兵 顧寶群 劉國 張健 韋正生

（江蘇威和海洋工程設備有限公司，江蘇揚中 212219）

海洋平臺起重機的恒張力壓力補償控制系統

余小兵 顧寶群 劉國 張健 韋正生

（江蘇威和海洋工程設備有限公司，江蘇揚中 212219）

針對海洋平臺起重機的特種工況，設計了一種隨負載情況變化而變化的自動恒張力系統，并通過對各種工況原理簡析，驗證這種系統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設計研究提供參考。此恒張力系統自動實現恒張力、成本低、操作性高、維修方便、工作穩定等許多優點。

恒張力 海洋平臺起重機 壓力補償控制系統

1 前言

根據工業部和信息化部下發的《船舶工業“十二五”發展規劃》和《船用設備科研項目指南》，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境中進行起吊作業的機械設備，它在海上作業時，由于作業時船舶之間通常會因風浪的影響相對上下運動，前后或左右運動，會出現一些危險的現象。具有恒張力壓力補償控制系統的海洋平臺吊機是一種新型的高性能吊裝作業系統，其主要目的是保證吊機作業時不受波浪起伏的影響，避免一些危險現象的發生，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。

通過電磁換向閥用來轉換回路，以便自動實現恒張力液壓系統，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運動，從而保證了在貨物的吊放過程其相對平穩性，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原理圖見圖1。

2 系統簡析

圖1 恒張力壓力補償控制系統原理圖

一種恒張力壓力補償控制系統，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、第一節流閥、第二節流閥、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并聯后與單向閥的出油口連接；所述第二節流閥和液壓馬達并聯后與第一手動換向閥的油口D連接，所述第二節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并聯后與第一手動換向閥的油口C連接；所述第一節流閥與電磁換向閥的油口B2連接；所述截止閥、第一節流閥、順序閥以及第二手動換向閥的油口B1并聯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內設有復位彈簧。

3 各元件在系統中的作用

液壓泵1為液壓系統提供動力；第一溢流閥2限制系統最高壓力，安全保護液壓系統；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作為液壓系統的背壓，以提高液壓系統運動的平穩性，保證液壓馬達13正常運轉；截止閥6用來連接油路；電磁換向閥7用來轉換回路，以便自動實現恒張力液壓系統；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；第一節流閥10和第二節流閥11是控制下放速度的，第二節流閥11控制空載下降速度，第一節流閥10控制負載下降速度；壓力繼電器12當壓力變化時向電磁換向閥7發出接通，斷開信號；液壓馬達13是執行元件，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電磁換向閥、第一節流閥、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供油做功，第一節流閥作為液壓馬達的負載，并可以調節液壓馬達反轉的速度，此時系統有二個油路。一是液壓馬達出口經第一手動換向閥到電磁換向閥到第一節流閥到第二手動換向閥再回到液壓馬達，二是液壓泵經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，當液壓馬達在外負載作用下轉動時，液壓馬達出口壓力高，壓力繼電器不工作；當無外負載作用，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。外負載大于調定張力時油路流向，液壓泵、液壓馬達經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，液壓馬達反轉放繩。外負載小于調定張力時油路流向：液壓泵經第一手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達旋轉排油經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，液壓馬達正轉收放鋼絲繩。此系統在恒張力工作時，對外負載變化的響應較快，由于外負載變化幅度大，對液壓系統的壓力變化值也就大，得到恒張力信號就強，

············當外負載變化周期慢，馬達能適應變化周期。

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、第一節流閥隔開與系統工作無關，系統成了一簡單上升回路，其油路流向為液壓泵經第一手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達轉動排油，經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，第二節流閥回油調速。在控制下降速度，順序閥限制液壓泵的最高供油壓力，使系統減少功率消耗。其油路流向為液壓泵經第二手動換向閥到液壓馬達，液壓馬達旋轉排油經第二節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。液壓泵提供的油經第一手動換向閥至順序閥、第二溢流閥卸荷，當液壓馬達支承負載時，壓力繼電器不工作，第一節流閥也能卸荷。當液壓馬達無支承負載時，壓力電器工作，第一節流閥不工作，此時，經順序閥卸荷，因此電磁換向閥工作狀態工況無關。

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，就實現其快速下降。

為防止誤操作，所述第二手動換向閥內設有復位彈簧。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。液壓馬達經第二節流閥到第二手動換向閥及第一手動換向閥到第一節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，誤操作帶來的結果是回路變成了下降回路，對系統影響不大，但為防止誤操作，第二手動換向閥采用彈簧復位，一般情況下，都是處在右位，處于工作狀態，只要一只手進行操作就不會出現誤動作。

5 結語

本系統能夠根據負載情況，自動實現恒張力；通過節流閥調節下降速度，比用變量馬達來調節速度更節約成本；操作性高、即使出現誤操作對系統不會造成損害；增加第二溢流閥保證液壓馬達吸油壓力，不出現吸空現象，提供了馬達使用壽命。

［1］魏洪興.智能化工程機械及其關鍵技術研究［J］工程機械，2004（5）：1-4.

［2］徐小軍，徐循.波浪補償系統差動行星傳動多目標模糊可靠性優化設計.中國機械工程第19卷第四期.

［3］鄢化林.海洋平臺吊機波浪補償系統研究.液壓與氣動，2011年第2期.

［4］烏建中，鄭福來.船用起重機波浪補償系統自整定模糊PID控制.機電一體化2010 Vol.16 No.9.

［5］陸衛杰.艦艇并靠導彈補給及波浪補償系統研究［D］.南京：南京理工大學，2006.

［6］王悅民，童民慧.超大型浮吊重載打撈波浪補償系統的關鍵技術.中國工程機械學報，2009 Vol.7.

［7］龔承澤，莫祟君.波浪補償技術及其在起重機設計中的應用.裝備制造技術，2011年1期.

余小兵（1983—），男，漢，重慶人，本科，工程師，研究方向：船舶和機械。