船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計與試驗(yàn)研究

陸 飛

（江蘇政田重工股份有限公司，江蘇南通226000）

0 引言

船用起重機(jī)為船舶工程的重要裝備之一，主要被應(yīng)用在船舶港口裝卸、軍用艦船補(bǔ)給等工作中。船用起重機(jī)應(yīng)用的是欠驅(qū)動系統(tǒng)，受到復(fù)雜海洋環(huán)境因素的影響及起重機(jī)結(jié)構(gòu)的耦合影響，在作業(yè)過程中會出現(xiàn)一定幅度的搖晃，這會影響起重機(jī)的運(yùn)行性能及效率，因此需要安裝減搖裝置。

1 船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)運(yùn)行原理

1.1 三繩牽引式減搖裝置結(jié)構(gòu)

本次研究對象為三繩牽引式船用減搖起重機(jī)，其減搖裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三繩牽引式減搖裝置結(jié)構(gòu)

1.2 減搖裝置運(yùn)行原理

在圖1中，牽引索Ⅱ、牽引索Ⅲ的其中一端分別纏繞在2個不同的卷筒上，另外一端則繞過折疊臂頂端的滑輪組連接吊盤上的吊鉤。3根牽引索會在運(yùn)行過程中呈現(xiàn)出三角形結(jié)構(gòu)，繼而起到控制并減輕起吊物品擺動的作用[1]。

1.3 液壓系統(tǒng)運(yùn)行原理

船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)主要通過調(diào)整回路中節(jié)流閥的方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，即通過改變節(jié)流閥口面積的方式來改變減搖裝置流量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。不考慮節(jié)流閥的泄漏因素，基于流量連續(xù)性原理，可以用公式來表示節(jié)流閥通過的流量。

當(dāng)節(jié)流閥口打開到一定程度后，節(jié)流閥壓差便會對減搖裝置流量產(chǎn)生影響，因此，減搖裝置的負(fù)載發(fā)生變化時，節(jié)流閥壓差會隨之變化，繼而導(dǎo)致減搖裝置速度不穩(wěn)定。船用起重機(jī)在運(yùn)行過程中會受到諸多因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致其吊重過程中出現(xiàn)無規(guī)則擺動現(xiàn)象，由此可見，減搖裝置液壓系統(tǒng)需要具備足夠的抗沖擊能力。具體來講，設(shè)計時需要將差減壓閥構(gòu)成的比例調(diào)速閥串聯(lián)在節(jié)流閥前，差減壓閥產(chǎn)生的壓力補(bǔ)償作用能夠維持節(jié)流閥壓差的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低減搖裝置負(fù)載變化對節(jié)流閥壓差的影響[2]。

2 船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計思路

本次船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)分為起升分系統(tǒng)、變幅分系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)分系統(tǒng)、補(bǔ)油分系統(tǒng)、減搖分系統(tǒng)、折疊臂分系統(tǒng)。起升分系統(tǒng)、變幅分系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)分系統(tǒng)應(yīng)用的是閉式泵控型液壓系統(tǒng)，需要通過雙向變量泵來改變減搖裝置的方向及轉(zhuǎn)速。其中，起升分系統(tǒng)的功能為控制起重機(jī)起升、下降，并且能夠確保起重機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，避免起吊物品在運(yùn)行過程中跌落；變幅分系統(tǒng)的功能為控制起重機(jī)起升、下降幅度，確保起重機(jī)運(yùn)行幅度與起吊物品運(yùn)行幅度相同；回轉(zhuǎn)分系統(tǒng)的功能為避免起重機(jī)在回轉(zhuǎn)時發(fā)生側(cè)載。補(bǔ)油分系統(tǒng)的功能為冷卻處理起重機(jī)油液、對泄漏的油液進(jìn)行補(bǔ)償。減搖分系統(tǒng)應(yīng)用的是開式閥控型系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能為對減搖裝置進(jìn)行運(yùn)行速度調(diào)節(jié)，并且其執(zhí)行元件的抗沖擊能力較強(qiáng)，能夠更好地抵抗干擾船用起重機(jī)運(yùn)行的外界因素，有效控制起吊物品的搖晃情況。折疊臂分系統(tǒng)應(yīng)用的是定量泵驅(qū)動液壓缸，具有容易收放的特點(diǎn)，因此能夠在非作業(yè)期間減少對船體空間的占用，其功能為減少減搖過程中產(chǎn)生的誤差，并在系統(tǒng)中進(jìn)行糾正和補(bǔ)回[3]。

2.2 船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)運(yùn)行性能

（1）本次船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)的各個分系統(tǒng)都是通過變量泵來供油的，這樣能夠降低油液的泄漏量，不但可以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，還能降低系統(tǒng)能源消耗量。（2）各個分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，因此占地面積較小，不但能夠節(jié)省船體空間，還能夠?yàn)槿粘＞S護(hù)及管理提供便利條件。（3）補(bǔ)油泵出口設(shè)有蓄能器，因此能夠進(jìn)一步確保系統(tǒng)的運(yùn)行性能，避免補(bǔ)油操作影響系統(tǒng)運(yùn)行。（4）兩折疊臂能做到同步運(yùn)動，可見折疊臂分系統(tǒng)能夠避免油缸活塞桿運(yùn)動導(dǎo)致的位置誤差。

3 船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)過程

為了進(jìn)一步驗(yàn)證船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)的應(yīng)用性能，本文進(jìn)行了船用起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)試驗(yàn)。此試驗(yàn)平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)橫搖和縱搖，而且能夠自行調(diào)整搖擺角度。假設(shè)吊重重量30 g，吊索長度1 m，搖擺角度45°，搖擺方式為橫搖，搖擺時間6 s，能夠得到如圖2、圖3所示的試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 2號減搖裝置響應(yīng)時間統(tǒng)計圖

圖3 3號減搖裝置響應(yīng)時間統(tǒng)計圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)論

（1）如果多種船舶起重機(jī)的搖擺周期和搖晃角度相同，且船舶起重機(jī)橫搖情況下的減搖裝置進(jìn)口平均壓力更高，表明船舶起重機(jī)橫搖情況下減搖裝置牽引索的負(fù)載較高。（2）船舶起重機(jī)吊索長度越長，減搖裝置液壓系統(tǒng)響應(yīng)時間越長。（3）本文設(shè)計的船舶起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用性能，能夠有效控制船舶起重機(jī)起吊物品的搖擺。

4 結(jié)語

目前，已經(jīng)有了多種船舶起重機(jī)減搖設(shè)計方法，例如，建立船舶起重機(jī)動力學(xué)模型，應(yīng)用T-S模糊控制方式控制起吊物品搖晃幅度等。本文則是設(shè)計了船舶起重機(jī)減搖裝置液壓系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明本設(shè)計具有明顯的減搖功能。