全回转船吊卷扬制动液压系统优化设计.pdf

TAN Jian特点 4 更容易实现实现液压控制和电子控制操作 5。某全回转船吊在调试过程中，卷扬制动油缸开启速度液压气动与密封/2 0 2 4年第1期doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.01.018全回转船吊卷扬制动液压系统优化设计谭健（中铁工程机械研究设计院有限公司，湖北武汉430 0 0 0）摘要：介绍了某全回转船吊液压系统，在卷扬工况下，当卷扬开始动作时，卷扬制动油缸开启速度较慢，导致动作等待时间变长，通过对液压系统和电控逻辑的优化，增大了制动油缸开启时的系统流量，使制动油缸打开时间缩短，满足设备使用要求。关键词：全回转吊机；制动油缸；卷扬；电控逻辑中图分类号：TH137Optimal Design of Brake Hydraulic System for Full-rotating Ship Crane(China Railway Engineering Machinery Research and Design Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430000,China)Abstract:This paper introduces the hydraulic system of a fll-rotating ship crane.Under the lifting condition,when the winch starts to move,the opening speed of the winding brake cylinder is slow,which causes the action waiting time becomes longer.By optimizing the hydraulicsystem and electronic control logic,the system flow rate gets increased when the brake cylinders open,which shorts the opening time of thebrake cylinder,meeting the requirements of equipment.Key words:full-rotating crane;brake cylinder;winch;electronic control logic0引言液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式，液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量。由于液压传动具有体积小、重量轻，动作平稳、反应快等优点，被广泛应用于机械制造、工程建筑、军事器械等各方面。作为一种广泛应用于建筑、矿山、码头、汽车等工业领域的机械设备，卷扬机可以用来提升或拉动重物。通过缠绕钢丝绳、链条或皮带提升等方式，卷扬作为一种提升装置，为了保证作业时的装备安全和人员安全，按照规范要求，提升机必须搭载可靠的制动系统 2 。通常情况下，驱动电动机本身就配备有制动装置。但为了进一步提高安全性，还需要有更可靠的外部制动系统。2 0 世纪8 0 年代发展起来的盘式刹车技术，是4大钻井装备新技术之一 3。液压盘式制动器相较于传统带式制动器而言，通过采用液压系统作为操作动力来源,该提升机具备卓越的散热性能和更高的制动扭矩承载能力、更稳定的制动效率、更高的制动灵敏度等收稿日期：2 0 2 3-0 8-15作者简介：谭健（1995-）,男，湖北恩施人，工程师，学士，主要从事液压传动方面的工作。98文献标志码：A文章编号：10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 1-0 0 98-0 3较慢,经过对液压系统电控逻辑和系统本身的优化，油缸动作变快，打开时间缩短。1液压原理图1为某全回转船吊液压系统原理图，采用15kW电机、2 5 CC齿轮泵向系统供油,油泵电机组一用一备，三联块2 1上的叠加式溢流阀19 对系统压力进行控制，换向阀电磁铁YA3得电时，插销部分建压，设定压力值为18 0 bar。换向阀电磁铁YB3得电时，卷扬制动油缸部分建压，设定压力145bar。在钳盘刹车部分建压时，蓄能器充液，钳盘刹车部分设压力开关，压力达到140 bar时，电机停车，当压力低于12 5bar时，电机启动。钳盘刹车部分建压工作时,电磁换向球阀控制对应各卷扬制动油缸的开启和关闭。钳盘制动原理：制动系统主要由液压控制系统、工作制动钳（常开钳）、驻车制动钳（常闭钳）这3部分组成。常开钳是一种液压控制系统的组件,通过比例减压阀来控制液压油的压力。它主要用于实现工作制动和紧急制动功能。制动转矩由液压缸的压力作用作用到刹车块产生，复位方式为弹簧力复位。作为控制系统的主要部件，不仅能完成工作过程中的制动功能，还Hydraulics Pneumatics&Seals/No.1.2024主沟制动油缸19202122M18x1.5M18x1.5L竖直插销油缸水平插销油缸18南63/G3/8g17MA31615-M18x1.LM181.5LM18x1.5CM181.5LM18x1.LM18x1.6LDN1oLG3/840PPM22X15N22X1.5T232425262QN0-20/20-L-Y3/8DN10G3/8G3/aP1:125barPJ1636-2-060-10T122X15P1JT1M22X1.5DN1OTI=23.07 mL/minM42X214M42213121110981.堵头2.液位液温计3.清洗窗口盖10.电机11.联轴器12.钟形罩18.油缸19.叠加式溢流阀2 0.单向阀2 1.标准底块能参与特殊情况下的紧急制动。它通过控制液压油压力、流速和流量等参数，提供稳定而精确的控制，确保机械设备的安全性和可靠性。常闭钳也是液压控制系统的一部分，它利用碟簧组回弹力给刹车块施加压力，从而实现制动转矩。同时，常闭钳通过液压油的压力来打开。具体是通过电磁换向阀来控制泄油，从而实现驻车制动和紧急制动功能。这个阀门可以改变液压系统中的流向，使液压油能够流向适当的位置，实现所需的制动效果。总结来说，液压控制系统中的常开钳和常闭钳分别通过比例减压阀和碟簧组回弹力来控制制动效果。而常闭钳还可以通过电磁换向阀来控制泄油,实现驻车制动和紧急制动功能。卷扬制动液压系统优化设计主要是面向工作制动钳(常闭钳)进行分析 6)。2选型计算插销油缸（8 0/40-2 0 0）需要以u=1.8m/min的速度伸出，伸出所需液压油流量：电机转速取n=1460r/min,油泵排量：Q移V横移noXmp=6.52(mL/min)63/8G1/2G1/2BA41/2BA41/26L16KSG1/2SG1/2M422M33X2TF-10080L-YRFA-0ox10L-Y74.温度开关5.电加热器6.空气过滤器7.回油过滤器8.吸油过滤器9.齿轮泵13.手摇泵14.压力油过滤器15.电磁换向阀16.单向节流阀17.平衡阀22.压力表2 3.多路球阀2 4.电磁换向球阀2 5.压力开关2 6.蓄能器图1液压原理图主钩和变幅钳盘制动油缸同时打开工况，所需油量:V=16 100 mL=1.6 L打开时间：t=3 sV1.6所需液压油流量：Q：=32 L/mint3电机转速取n=1460r/min，油泵排量：V泵QnoXnp1460 0.95选取齿轮泵排量2 5cC。最低工作压力:Pi=95bar最高工作压力:P2=140 bar工作容积:V,=3.2L充气压力:0.2 5p2Po0.9pl35 bar po 85.5 bar取：Po=75 barPnVX4.8Po75容积 7 ;V。=16.2 L951P1.4140(P2选取蓄能器容积2 0 L。P-146P2-IG1/2643213211951.499液压气动与密封/2 0 2 4年第1期3系统现有不足考虑到卷扬实际工作时有许多点动微调动作,改工作条件下需要将卷扬频繁的打开关闭，泵站电机就会频繁启停,频繁启动会造成电机结构疲劳加剧，导致寿命缩短,长此以往，设备也很容易出现故障。因此加装蓄能器想系统供油，防止电机频繁启动。使用蓄能器供油后,制动油缸响应速度变慢。在优化液压盘式刹车的响应特性时，需要充分考虑液压缸的缸筒厚度和容积（合适的缸筒厚度能提供足够的强度和耐压性,容积要适应所需的液压力和位移要求）、液压缸之间的管路长度和管壁厚度（管路长度要根据系统布局进行合理设计，管壁厚度要满足耐压和抗震动要求）、材料的弹性模量（选择适当的材料弹性模量可以影响系统的刚性和响应性能）、连接和运动副之间的密封性能（优异的密封性能可以降低泄漏和能量损失，提高刹车系统效率）。综合考虑以上因素并进行相应的优化设计，可以提高液压盘式刹车系统的稳定性、响应速度和经济效益。分析蓄能器工作,压力到达140 bar时，电机停机，此时由蓄能器向钳盘制动油缸供油，压力低于12 5bar时，电机再次启动，齿轮泵向系统供油。制动油缸工作前,管路中的液压油已经泄回油箱,由于系统管路过长,再次充满管路需要时间，再加上蓄能器排放流量低于泵工作时的流量，导致制动油缸打开速度过慢4系统改进在回油管路上加装单向阀,防止管路中的液压油全部泄回油箱，造成制动油缸动作慢。更为重要的是，改变压力开关控制逻辑，在卷扬工况下，压力开关压力达到SP2:140bar时，YB3立即失电，延时1 s,电机停机,压力开关压力低于SP1：12 5 b a r 时，电机立即启动，延时1 s,YB3得电。这里主要是实现制动油缸部分的压力在12 5140 bar之间,到达140 bar时,YB3立即失电，延时1 s电机再停机，是为了防止系统压力导致电机停机时反转。低于12 5 bar,电机立即启动,延时1s,YB3得电，是为了保证电机是空载启动。主钩上升或下降时，YA8和YA9得电，打开此时打开主钩制动油缸，此时就会先将制动油缸缩到位，钳盘引用本文：谭健.全回转船吊卷扬制动液压系统优化设计 J.液压气动与密封，2 0 2 4,44（1）：98-10 0.TAN Jian.Optimal Design of Brake Hydraulic System for Full-rotating Ship Crane J.Hydraulics Pneumatics&Seals,2024,44(1):98-100.100刹车完全打开后，卷扬开始动作。由于制动油缸动由蓄能器供油，蓄能器排放流量相比于齿轮泵较低，油缸动作速度较慢。在司机室进入卷扬工况时后，选择主钩，从推动动作手柄到卷扬开始动作的等待时间较长，10 s 左右的时间。现在在控制逻辑上加一条：“YA8和YA9得电时，电机立即启动,延时1 s，Y B3得电。”这样可以保证主钩卷扬做动作时，泵参与制动油缸打开的供油，提高流量,缩短打开时间。实测打开时间为4 S。5结语进人刹车钳缸的液压油压力是盘式刹车的主要控制对象,并且液压系统的自动控制技术已在高可靠性要求的领域如飞机、汽车和工程机械上广泛应用，因此,盘式刹车的工作稳定性远远优于带式刹车。这也就使得盘式刹车能够在起重机械等领域发挥作用，创造更高的经济效益。配置盘式刹车的起重机可以取消辅助刹车，从而降低设备的一次性投资成本，提高运营效率,并在整体上提高经济效益 3。在全回转船吊在调试过程中，卷扬制动油缸开启速度较慢，对液压系统回油管路加装单向阀，防止管路中的油全部泄回油箱,增加油缸动作时间。对电控逻辑优化，在制动油缸动作时，启动电机，让泵和蓄能器同时供油，增大系统流量，使制动油缸打开时间缩短，满足设备使用要求。参考文献1陈奎生.液压与气压传动M.武汉：武汉理工大学出版社,2 0 0 1.2李瑞敏.轻型卷扬机液压盘式刹车系统及其测试台的设计 J.湖北汽车工业学院学报，2 0 2 0（2）：6 7-7 1.3张嗣伟，樊启蕴.关于发展我国钻机盘式刹车技术的几点认识 J.石油机械,2 0 0 0,2 8(1)：1-4.4王军和,刘卫平.液压盘式刹车装置使用及维护保养 J.科技资讯,2 0 12(14):96.5高向前,马青芳.石油钻机盘式刹车技术的新发展 J.石油矿场机械,2 0 0 6(3）:9 2-9 4.6黄周轩，史青，刘文广，等.基于AMESim和ADAMS联合仿真的盘式刹车液压系统研究J.液压气动与密封，2017(11):45-49.7朱海龙，张倩，肖晓蕾，等.充气式蓄能器参数选型方法研究 J.航空工程进展,2 0 2 3（2)：12 1-12 8.8陈博，兰辉敏，谭亮.液压盘式刹车的响应特性及其优化J.制造业自动化,2 0 14(18):33-36.