船用起重机减摇装置液压系统设计与试验研究

2020-12-23陆飞

机电信息 2020年32期

陆飞

（江苏政田重工股份有限公司，江苏南通226000）

0 引言

船用起重机为船舶工程的重要装备之一，主要被应用在船舶港口装卸、军用舰船补给等工作中。船用起重机应用的是欠驱动系统，受到复杂海洋环境因素的影响及起重机结构的耦合影响，在作业过程中会出现一定幅度的摇晃，这会影响起重机的运行性能及效率，因此需要安装减摇装置。

1 船用起重机减摇装置液压系统运行原理

1.1 三绳牵引式减摇装置结构

本次研究对象为三绳牵引式船用减摇起重机，其减摇装置结构如图1所示。

图1 三绳牵引式减摇装置结构

1.2 减摇装置运行原理

在图1中，牵引索Ⅱ、牵引索Ⅲ的其中一端分别缠绕在2个不同的卷筒上，另外一端则绕过折叠臂顶端的滑轮组连接吊盘上的吊钩。3根牵引索会在运行过程中呈现出三角形结构，继而起到控制并减轻起吊物品摆动的作用[1]。

1.3 液压系统运行原理

船用起重机减摇装置液压系统主要通过调整回路中节流阀的方式来实现调速功能，即通过改变节流阀口面积的方式来改变减摇装置流量，进而实现调速目的。不考虑节流阀的泄漏因素，基于流量连续性原理，可以用公式来表示节流阀通过的流量。

当节流阀口打开到一定程度后，节流阀压差便会对减摇装置流量产生影响，因此，减摇装置的负载发生变化时，节流阀压差会随之变化，继而导致减摇装置速度不稳定。船用起重机在运行过程中会受到诸多因素的影响，进而导致其吊重过程中出现无规则摆动现象，由此可见，减摇装置液压系统需要具备足够的抗冲击能力。具体来讲，设计时需要将差减压阀构成的比例调速阀串联在节流阀前，差减压阀产生的压力补偿作用能够维持节流阀压差的稳定性，进而降低减摇装置负载变化对节流阀压差的影响[2]。

2 船用起重机减摇装置液压系统设计分析

2.1 船用起重机减摇装置液压系统设计思路

本次船用起重机减摇装置液压系统分为起升分系统、变幅分系统、回转分系统、补油分系统、减摇分系统、折叠臂分系统。起升分系统、变幅分系统、回转分系统应用的是闭式泵控型液压系统，需要通过双向变量泵来改变减摇装置的方向及转速。其中，起升分系统的功能为控制起重机起升、下降，并且能够确保起重机的平稳运行，避免起吊物品在运行过程中跌落；变幅分系统的功能为控制起重机起升、下降幅度，确保起重机运行幅度与起吊物品运行幅度相同；回转分系统的功能为避免起重机在回转时发生侧载。补油分系统的功能为冷却处理起重机油液、对泄漏的油液进行补偿。减摇分系统应用的是开式阀控型系统，该系统的功能为对减摇装置进行运行速度调节，并且其执行元件的抗冲击能力较强，能够更好地抵抗干扰船用起重机运行的外界因素，有效控制起吊物品的摇晃情况。折叠臂分系统应用的是定量泵驱动液压缸，具有容易收放的特点，因此能够在非作业期间减少对船体空间的占用，其功能为减少减摇过程中产生的误差，并在系统中进行纠正和补回[3]。

2.2 船用起重机减摇装置液压系统运行性能

（1）本次船用起重机减摇装置液压系统的各个分系统都是通过变量泵来供油的，这样能够降低油液的泄漏量，不但可以提高系统运行效率，还能降低系统能源消耗量。（2）各个分系统的结构较为紧凑，因此占地面积较小，不但能够节省船体空间，还能够为日常维护及管理提供便利条件。（3）补油泵出口设有蓄能器，因此能够进一步确保系统的运行性能，避免补油操作影响系统运行。（4）两折叠臂能做到同步运动，可见折叠臂分系统能够避免油缸活塞杆运动导致的位置误差。

3 船用起重机减摇装置液压系统试验分析

3.1 试验过程

为了进一步验证船用起重机减摇装置液压系统的应用性能，本文进行了船用起重机减摇装置液压系统试验。此试验平台不仅能够实现横摇和纵摇，而且能够自行调整摇摆角度。假设吊重重量30 g，吊索长度1 m，摇摆角度45°，摇摆方式为横摇，摇摆时间6 s，能够得到如图2、图3所示的试验结果。

图2 2号减摇装置响应时间统计图

图3 3号减摇装置响应时间统计图

3.2 试验结论

（1）如果多种船舶起重机的摇摆周期和摇晃角度相同，且船舶起重机横摇情况下的减摇装置进口平均压力更高，表明船舶起重机横摇情况下减摇装置牵引索的负载较高。（2）船舶起重机吊索长度越长，减摇装置液压系统响应时间越长。（3）本文设计的船舶起重机减摇装置液压系统具有良好的应用性能，能够有效控制船舶起重机起吊物品的摇摆。