海洋平台起重机的恒张力压力补偿控制系统

【摘 要】 针对海洋平台起重机的特种工况，设计了一种随负载情况变化而变化的自动恒张力系统，并通过对各种工况原理简析，验证这种系统满足其在起吊过程中的要求，从而为海洋平台起重机气动货物过程其相对平稳性，使得货物装卸过程的安全可靠，也为以后更智能化补偿系统设计研究提供参考。此恒张力系统自动实现恒张力、成本低、操作性高、维修方便、工作稳定等许多优点。

【关键词】 恒张力 海洋平台起重机 压力补偿控制系统

1 前言

根据工业部和信息化部下发的《船舶工业“十二五”发展规划》和《船用设备科研项目指南》，有必要进行高性能海洋平台吊机的研究工作。海洋平台吊机在海洋环境中进行起吊作业的机械设备，它在海上作业时，由于作业时船舶之间通常会因风浪的影响相对上下运动，前后或左右运动，会出现一些危险的现象。具有恒张力压力补偿控制系统的海洋平台吊机是一种新型的高性能吊装作业系统，其主要目的是保证吊机作业时不受波浪起伏的影响，避免一些危险现象的发生，使海洋平台吊机在恶劣海况下进行可靠、安全、准备的完成各项任务。

通过电磁换向阀用来转换回路，以便自动实现恒张力液压系统，保证恒张力绞车的马达吊着货物随波浪一起作正向或者反向的旋转运动，从而保证了在货物的吊放过程其相对平稳性，使得货物装卸过程的安全可靠。其恒张力压力补偿控制系统原理图见图1。

2 系统简析

一种恒张力压力补偿控制系统，包括液压泵、第一溢流阀、单向阀、第一手动换向阀、第二溢流阀、截止阀、电磁换向阀、顺序阀、第二手动换向阀、第一节流阀、第二节流阀、压力继电器、液压马达；所述第一手动换向阀为三位四通阀有A、B、C、D四个油口，所述第二手动换向阀为二位四通换向阀A1、B1、C1、D1的四个油口，所述电磁换向阀为二位三通电磁阀有A2、B2、C2的三个油口，所述动力继电器控制电磁换向阀的切换；所述液压泵和第一溢流阀并联后与单向阀进油口连接，所述第一手动换向阀的油口A和第二手动换向阀的油口A1并联后与单向阀的出油口连接；所述第二节流阀和液压马达并联后与第一手动换向阀的油口D连接，所述第二节流阀和液压马达的另一端油口分别与第二手动换向阀的油口D1和油口C1的两个油口连接，所述截止阀和电磁换向阀的油口A2并联后与第一手动换向阀的油口B连接；所述顺序阀和电磁换向阀的油口C2并联后与第一手动换向阀的油口C连接；所述第一节流阀与电磁换向阀的油口B2连接；所述截止阀、第一节流阀、顺序阀以及第二手动换向阀的油口B1并联后与第二溢流阀连接，第二溢流阀另一油口通向油箱。为防止误操作，所述第二手动换向阀9内设有复位弹簧。

3 各元件在系统中的作用

液压泵1为液压系统提供动力；第一溢流阀2限制系统最高压力，安全保护液压系统；单向阀3用来防止油液倒流而影响液压泵1；第一手动换向阀4控制液压马达13正、反转动，中位时使液压马达13横紧，液压泵1卸荷；第二溢流阀5作为液压系统的背压，以提高液压系统运动的平稳性，保证液压马达13正常运转；截止阀6用来连接油路；电磁换向阀7用来转换回路，以便自动实现恒张力液压系统；顺序阀8提供恒张力的压力；第二手动换向阀9用来控制下放工况；第一节流阀10和第二节流阀11是控制下放速度的，第二节流阀11控制空载下降速度，第一节流阀10控制负载下降速度；压力继电器12当压力变化时向电磁换向阀7发出接通，断开信号；液压马达13是执行元件，对外做功。

4 各种工况的工作原理介绍

下降工况，第一手动换向阀右位工作，第二手动换向阀右位工作，由于第一手动换向阀使液压马达压力油口经电磁换向阀、第一节流阀、第二手动换向阀与液压马达另一油口接通，形成了回路，在重力的作用下，液压马达作为工作泵向系统供油做功，第一节流阀作为液压马达的负载，并可以调节液压马达反转的速度，此时系统有二个油路。一是液压马达出口经第一手动换向阀到电磁换向阀到第一节流阀到第二手动换向阀再回到液压马达，二是液压泵经第一手动换向阀到顺序阀到第二溢流阀回油箱。但这两路油在第二溢流阀处汇合，这样可以对液压马达补油，保证液压马达吸油压力，当液压马达在外负载作用下转动时，液压马达出口压力高，压力继电器不工作；当无外负载作用，液压马达出口压力降低，压力继电器工作，切断第一手动换向阀到第一节流阀的通路，接通液压泵到液压马达通路和液压泵到顺序阀通路形成恒张力回路。外负载大于调定张力时油路流向，液压泵、液压马达经第一手动换向阀到顺序阀到第二手动换向阀回到油箱、液压马达，液压马达反转放绳。外负载小于调定张力时油路流向：液压泵经第一手动换向阀到液压马达，液压马达旋转排油经第二手动换向阀到第二溢流阀回油箱。顺序阀、第二手动换向阀控制液压泵输出压力，液压马达正转收放钢丝绳。此系统在恒张力工作时，对外负载变化的响应较快，由于外负载变化幅度大，对液压系统的压力变化值也就大，得到恒张力信号就强，当外负载变化周期慢，马达能适应变化周期。

起升工况，第一手动换向阀左位工作，第二手动换向阀右位工作。由于第一手动换向阀将截止阀、电磁换向阀、顺序阀、第一节流阀隔开与系统工作无关，系统成了一简单上升回路，其油路流向为液压泵经第一手动换向阀到液压马达，液压马达转动排油，经第二手动换向阀到第二溢流阀回油箱。最大起升负载为第一溢流阀调定。

空放工况，第一手动换向阀在中位工作，第二手动换向阀左位工作，由于第一手动换向阀改变了液压马达进出油口的油路，液压马达在液压泵的作用下进行下降，第二节流阀回油调速。在控制下降速度，顺序阀限制液压泵的最高供油压力，使系统减少功率消耗。其油路流向为液压泵经第二手动换向阀到液压马达，液压马达旋转排油经第二节流阀到第二手动换向阀再到第二溢流阀回油箱。

停止工况，第一手动换向阀阀芯在中位，第二手动换向阀右位工作，由于液压马达进油口被第一手动换向阀和第二手动换向阀切断，不得进出油液，不能形成回路，液压马达停止运动。液压泵提供的油经第一手动换向阀至顺序阀、第二溢流阀卸荷，当液压马达支承负载时，压力继电器不工作，第一节流阀也能卸荷。当液压马达无支承负载时，压力电器工作，第一节流阀不工作，此时，经顺序阀卸荷，因此电磁换向阀工作状态工况无关。

其它工况，如需快速放物品时，将第一手动换向阀右位工作，第一手动换向阀右位工作，接通截止阀，就实现其快速下降。

为防止误操作，所述第二手动换向阀内设有复位弹簧。两个手动换向阀有六种组合进行工作，其中四种组合为正常工作位置，另两种为误操纵位置，如果误操纵会出现以下情况：

第一手动换向阀左位工作，第二手动换向阀左位工作，其油路为液压泵经第一手动换向阀、第二手动换向阀到液压马达两个进出油口，液压马达进出压力相等，在外力作用下液压马达下降，液压泵的最高压力由背压第二溢流阀和第二节流阀决定。

第一手动换向阀右位工作，第二手动换向阀右位工作，其油路流向为液压泵经第二手动换向阀向液压马达进油，顺序阀控制液压泵的最高压力。液压马达经第二节流阀到第二手动换向阀及第一手动换向阀到第一节流阀一起到第二溢流阀回油箱，液压马达工况为下降。

从分析看，误操作带来的结果是回路变成了下降回路，对系统影响不大，但为防止误操作，第二手动换向阀采用弹簧复位，一般情况下，都是处在右位，处于工作状态，只要一只手进行操作就不会出现误动作。

5 结语

本系统能够根据负载情况，自动实现恒张力；通过节流阀调节下降速度，比用变量马达来调节速度更节约成本；操作性高、即使出现误操作对系统不会造成损害；增加第二溢流阀保证液压马达吸油压力，不出现吸空现象，提供了马达使用寿命。

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