一种新型波浪补偿器的设计

胡军驰

（上海华丰工业控制技术工程有限公司，上海 200070）

1 原波浪补偿器存在的问题

波浪补偿器应用的是恒张力的原理，比如在耙吸式挖泥船上设有耙头波浪补偿器，用于补偿船舶因波浪升降而影响耙头对河床的压力，当波浪抬起船舶时，耙头也有被抬起的倾向，耙头对河床的压力变小，钢丝绳拉力变大，则补偿油缸压缩，油被压缩进蓄能器，钢丝绳放出，减小船体被抬起时耙头所受的影响。反之，当船处于波谷而下降时，耙头对河床的压力加大，钢丝绳的拉力变小，这时油在蓄能器压力的作用下进入补偿油缸，升起液压缸，将钢丝绳收回，以抵消耙头给河床压力加大的倾向，其系统的原理如图1所示。

此系统存在如下缺点：

（1）补偿的行程有限。由于油缸的行程有限，当波浪大时，可能油缸会达到伸出或缩回的终点，如果超过这两点上，就失去了补偿作用。

（2）在整个行程中，钢丝绳的张力变化较大，由于是用蓄能器形式，蓄能器的储油有限，当补偿油缸缩回时，油进入蓄能器，蓄能器气囊压缩，使压力升高，钢丝绳张力变大，从而使得耙头对河床的压力变小。反之，补偿油缸伸出时，蓄能器油流出，压力变小，钢丝绳张力变小，使得耙头对河床的压力变大。

2 新型波浪补偿器的工作原理

新型波浪补偿器的设计方案是：使用闭式液压系统来实现钢丝绳恒张力的作用，并应用到挖泥船的耙头波浪补偿系统上。

该系统的原理如图2所示。

图1

图2

刚开动电机时，闭式泵工作，由于这时钢丝绳的拉力为零，则这时液控伺服阀一端X1口的作用压力为补油压力，一般为2.4MPa，另一端X2口作用压力为零，这时泵的排量为最大，马达以最高的转速拉紧钢丝绳，当钢丝绳拉力达到一定时，相应的系统压力也达到了顺序阀的设定压力，这时顺序阀打开，液压油流过两个节流孔，产生分压作用，此压差会作用于液控伺服阀的另一端X2口，这时液控伺服阀两侧的压差减小，则泵的排量开始减小，随着钢丝绳张紧力的增加，系统压力也增加，当钢丝绳张力达到设定值时，系统压力也达到了设定压力，这时X2口的分压等于X1口的压力，则伺服阀两端的压差为零，伺服阀回到中位，泵的排量变为零，这时泵工作在高压待命状态，消耗的功率为零，安全阀的作用是保护伺服阀，调定的最大压力是刚好使得闭式泵斜盘反向偏转到最大位置，顺序阀的作用是希望绳索在张紧到一定张力前闭式泵保持最大排量，使得马达可以继续以最大的速度拉紧钢缆，到达设定压力点后才开始减小排量，直至排量减为零。

当波浪掀起船舶时，钢丝绳张力超过设定压力，X2口的分压超过X1口的压力，伺服阀开向相反的方向，泵的排量变为相反，这时马达驱动卷筒将钢丝绳放出，以使钢丝绳张力保持为设定值，保持系统压力为设定值，当船舶沉向波谷时，钢丝绳张力变小，系统压力变小，这时泵排量变大，马达将驱动卷筒收紧钢丝绳，以保持钢丝绳的张力，从而保持系统压力，如此往复。

3 恒张力系统的优点

（1）系统压力采用液压伺服控制，压力保持恒定，波动低，相对于蓄能器气囊压缩和膨胀产生的压力波动而言有很大的优势。（2）控制的幅度大，本系统可以设计使用一个大的卷筒来驱动钢丝绳，钢丝绳的长度可以设计得足够长，在足够大的范围内可以精确地实现恒张力控制，相对于油缸的行程有很大的优势，可以在有更大风浪的条件下工作。

此恒张力系统也可以用于远洋拖船的钢缆，使用恒张力系统可以保护钢缆和拖拉机构，也可以用于航母飞机阻拦索等。