一種新型波浪補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

胡軍馳

（上海華豐工業(yè)控制技術(shù)工程有限公司，上海 200070）

1 原波浪補(bǔ)償器存在的問題

波浪補(bǔ)償器應(yīng)用的是恒張力的原理，比如在耙吸式挖泥船上設(shè)有耙頭波浪補(bǔ)償器，用于補(bǔ)償船舶因波浪升降而影響耙頭對河床的壓力，當(dāng)波浪抬起船舶時(shí)，耙頭也有被抬起的傾向，耙頭對河床的壓力變小，鋼絲繩拉力變大，則補(bǔ)償油缸壓縮，油被壓縮進(jìn)蓄能器，鋼絲繩放出，減小船體被抬起時(shí)耙頭所受的影響。反之，當(dāng)船處于波谷而下降時(shí)，耙頭對河床的壓力加大，鋼絲繩的拉力變小，這時(shí)油在蓄能器壓力的作用下進(jìn)入補(bǔ)償油缸，升起液壓缸，將鋼絲繩收回，以抵消耙頭給河床壓力加大的傾向，其系統(tǒng)的原理如圖1所示。

此系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

（1）補(bǔ)償?shù)男谐逃邢蕖Ｓ捎谟透椎男谐逃邢?，?dāng)波浪大時(shí)，可能油缸會(huì)達(dá)到伸出或縮回的終點(diǎn)，如果超過這兩點(diǎn)上，就失去了補(bǔ)償作用。

（2）在整個(gè)行程中，鋼絲繩的張力變化較大，由于是用蓄能器形式，蓄能器的儲(chǔ)油有限，當(dāng)補(bǔ)償油缸縮回時(shí)，油進(jìn)入蓄能器，蓄能器氣囊壓縮，使壓力升高，鋼絲繩張力變大，從而使得耙頭對河床的壓力變小。反之，補(bǔ)償油缸伸出時(shí)，蓄能器油流出，壓力變小，鋼絲繩張力變小，使得耙頭對河床的壓力變大。

2 新型波浪補(bǔ)償器的工作原理

新型波浪補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方案是：使用閉式液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)鋼絲繩恒張力的作用，并應(yīng)用到挖泥船的耙頭波浪補(bǔ)償系統(tǒng)上。

該系統(tǒng)的原理如圖2所示。

圖1

圖2

剛開動(dòng)電機(jī)時(shí)，閉式泵工作，由于這時(shí)鋼絲繩的拉力為零，則這時(shí)液控伺服閥一端X1口的作用壓力為補(bǔ)油壓力，一般為2.4MPa，另一端X2口作用壓力為零，這時(shí)泵的排量為最大，馬達(dá)以最高的轉(zhuǎn)速拉緊鋼絲繩，當(dāng)鋼絲繩拉力達(dá)到一定時(shí)，相應(yīng)的系統(tǒng)壓力也達(dá)到了順序閥的設(shè)定壓力，這時(shí)順序閥打開，液壓油流過兩個(gè)節(jié)流孔，產(chǎn)生分壓作用，此壓差會(huì)作用于液控伺服閥的另一端X2口，這時(shí)液控伺服閥兩側(cè)的壓差減小，則泵的排量開始減小，隨著鋼絲繩張緊力的增加，系統(tǒng)壓力也增加，當(dāng)鋼絲繩張力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)壓力也達(dá)到了設(shè)定壓力，這時(shí)X2口的分壓等于X1口的壓力，則伺服閥兩端的壓差為零，伺服閥回到中位，泵的排量變?yōu)榱悖@時(shí)泵工作在高壓待命狀態(tài)，消耗的功率為零，安全閥的作用是保護(hù)伺服閥，調(diào)定的最大壓力是剛好使得閉式泵斜盤反向偏轉(zhuǎn)到最大位置，順序閥的作用是希望繩索在張緊到一定張力前閉式泵保持最大排量，使得馬達(dá)可以繼續(xù)以最大的速度拉緊鋼纜，到達(dá)設(shè)定壓力點(diǎn)后才開始減小排量，直至排量減為零。

當(dāng)波浪掀起船舶時(shí)，鋼絲繩張力超過設(shè)定壓力，X2口的分壓超過X1口的壓力，伺服閥開向相反的方向，泵的排量變?yōu)橄喾矗@時(shí)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷筒將鋼絲繩放出，以使鋼絲繩張力保持為設(shè)定值，保持系統(tǒng)壓力為設(shè)定值，當(dāng)船舶沉向波谷時(shí)，鋼絲繩張力變小，系統(tǒng)壓力變小，這時(shí)泵排量變大，馬達(dá)將驅(qū)動(dòng)卷筒收緊鋼絲繩，以保持鋼絲繩的張力，從而保持系統(tǒng)壓力，如此往復(fù)。

3 恒張力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）系統(tǒng)壓力采用液壓伺服控制，壓力保持恒定，波動(dòng)低，相對于蓄能器氣囊壓縮和膨脹產(chǎn)生的壓力波動(dòng)而言有很大的優(yōu)勢。（2）控制的幅度大，本系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)使用一個(gè)大的卷筒來驅(qū)動(dòng)鋼絲繩，鋼絲繩的長度可以設(shè)計(jì)得足夠長，在足夠大的范圍內(nèi)可以精確地實(shí)現(xiàn)恒張力控制，相對于油缸的行程有很大的優(yōu)勢，可以在有更大風(fēng)浪的條件下工作。

此恒張力系統(tǒng)也可以用于遠(yuǎn)洋拖船的鋼纜，使用恒張力系統(tǒng)可以保護(hù)鋼纜和拖拉機(jī)構(gòu)，也可以用于航母飛機(jī)阻攔索等。