自升式平臺升降系統同樁腿油缸不同步問題處理

張 亮

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

0 引言

某自升式平臺升降系統單樁4 個提升油缸系統為開式并聯系統，用一個主比例閥同時控制4 個油缸的升降，用平衡閥來實現提升油缸的安全升降和管路防爆。由于一個樁腿時上的每個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中又未設計流量同步控制功能，必然導致在升降過程中，4 個提升油缸負載不均衡，導致輕負載側速度快，重負載側速度慢，從而4 個油缸伸縮速度不一致，同樁腿的4 個提升油缸同步性很差。

1 優化方案選擇

為改善同樁腿4 個提升油缸的同步性能，在升降液壓系統回路中增加同步控制組件回路；一般液壓系統主要同步控制回路類型表1 所示。通過分析，對于本升降系統同步方案采用同步馬達來實現油缸同步。

2 方案

2.1 同步馬達原理

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

圖1 同步馬達原理

2.2 同步馬達選型

已知該系統每條樁腿通過比例閥的總流量為292 L/min，即通過每個油缸的最大流量為73 L/min，油缸平衡閥二次溢流閥設定壓力為22 MPa，泵出口溢流閥設定值為25 MPa；由于同步馬達分為齒輪同步馬達和柱塞同步馬達，柱塞同步馬達的壓損較大，為進口壓力的20%，故選用壓損較小的齒輪同步馬達，選用的同步馬達具體參數見表2。

2.3 實施方案

同步馬達放置在主閥支架一側，同步馬達油口方向與主閥一側平行，主閥出口有桿腔總管，從同步馬達出口分出來的4 支管路分別于4 個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，提升油缸數量：Nt=4，活塞伸出無桿腔進油量：Q伸無=Q單/Nt=73 L/min，活塞伸出有桿腔回油量：Q伸有=Q伸無/ψ=54.75 L/min，活塞桿伸出時間：t伸=LtπDt2/4Q伸無·106=4.648 min，活塞桿縮回時間：t縮=Ltπ（Dt2-dt2）/4Q縮有·106=3.486 min。

表1 液壓系統主要同步控制回路

圖2 升降裝置部分液壓原理

表2 同步馬達參數

圖3 同步馬達管路布置

2.4.1 降平臺工況

（1）4 個樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個節距循環所用時間：t1J=t伸+t縮+t其他=8.304 min，平臺升降速度：v1J=Lt·60/t1J·1000=8.671 m/h。

（2）3 個樁腿的插銷孔高度一致，一個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t2J=t伸+t縮·2+t其他·2=11.96 min，平臺升降速度：v2J=Lt·60/t2J·1000=6.02 m/h。

（3）2 個樁腿的插銷孔高度一致，2 個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t3J=t伸+t縮·3+t其他·3=15.615 min，平臺升降速度：v3J=Lt·60/t3J·1000=4.611 m/h。

（4）4 個樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t4J=t伸+t縮·4+t其他·4=19.271 min，平臺升降速度：v4J=Lt·60/t4J·1000=3.736 m/h。

2.4.2 升平臺工況

（1）4 個樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個節距循環所用時間：t1S=t縮+t伸+t其他=8.304 min，平臺升降速度：v1S=Lt·60/t1S·1000=8.671 m/h。

（2）3 個樁腿的插銷孔高度一致，一個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t2S=t縮+t伸·2+t其他·2=13.122 min，平臺升降速度：vS=Lt·60/t2S·1000=5.487 m/h。

（3）2 個樁腿的插銷孔高度一致，兩個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t3S=t縮+t伸·3+t其他·3=17.939 min，平臺升降速度：v3S=Lt·60/t3S·1000=4.014 m/h。

（4）4 個樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個節距循環所用時間：t4S=t縮+t伸·4+t其他·4=22.757 min，平臺升降速度：v4S=Lt·60/t4S·1000=3.164 m/h。

3 結論

從以上數據可以得出，平臺升降速度與各樁腿樁靴的觸地狀態有關，即與各樁腿的插銷孔是否在同一個高度有關系，各樁腿插銷孔的高度差異性越小，則各樁腿負載轉移倒手等待的時間越短，平臺升降速度越快；若各樁腿插銷孔的高度差異性越大，則各樁腿負載轉移倒手等待的時間越長，平臺升降速度越慢。

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