一種新型波浪補償器的設計

胡軍馳

（上海華豐工業控制技術工程有限公司，上海 200070）

1 原波浪補償器存在的問題

波浪補償器應用的是恒張力的原理，比如在耙吸式挖泥船上設有耙頭波浪補償器，用于補償船舶因波浪升降而影響耙頭對河床的壓力，當波浪抬起船舶時，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，則補償油缸壓縮，油被壓縮進蓄能器，鋼絲繩放出，減小船體被抬起時耙頭所受的影響。反之，當船處于波谷而下降時，耙頭對河床的壓力加大，鋼絲繩的拉力變小，這時油在蓄能器壓力的作用下進入補償油缸，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，其系統的原理如圖1所示。

此系統存在如下缺點：

（1）補償的行程有限。由于油缸的行程有限，當波浪大時，可能油缸會達到伸出或縮回的終點，如果超過這兩點上，就失去了補償作用。

（2）在整個行程中，鋼絲繩的張力變化較大，由于是用蓄能器形式，蓄能器的儲油有限，當補償油缸縮回時，油進入蓄能器，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，補償油缸伸出時，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 新型波浪補償器的工作原理

新型波浪補償器的設計方案是：使用閉式液壓系統來實現鋼絲繩恒張力的作用，并應用到挖泥船的耙頭波浪補償系統上。

該系統的原理如圖2所示。

圖1

圖2

剛開動電機時，閉式泵工作，由于這時鋼絲繩的拉力為零，則這時液控伺服閥一端X1口的作用壓力為補油壓力，一般為2.4MPa，另一端X2口作用壓力為零，這時泵的排量為最大，馬達以最高的轉速拉緊鋼絲繩，當鋼絲繩拉力達到一定時，相應的系統壓力也達到了順序閥的設定壓力，這時順序閥打開，液壓油流過兩個節流孔，產生分壓作用，此壓差會作用于液控伺服閥的另一端X2口，這時液控伺服閥兩側的壓差減小，則泵的排量開始減小，隨著鋼絲繩張緊力的增加，系統壓力也增加，當鋼絲繩張力達到設定值時，系統壓力也達到了設定壓力，這時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，泵的排量變為零，這時泵工作在高壓待命狀態，消耗的功率為零，安全閥的作用是保護伺服閥，調定的最大壓力是剛好使得閉式泵斜盤反向偏轉到最大位置，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，使得馬達可以繼續以最大的速度拉緊鋼纜，到達設定壓力點后才開始減小排量，直至排量減為零。

當波浪掀起船舶時，鋼絲繩張力超過設定壓力，X2口的分壓超過X1口的壓力，伺服閥開向相反的方向，泵的排量變為相反，這時馬達驅動卷筒將鋼絲繩放出，以使鋼絲繩張力保持為設定值，保持系統壓力為設定值，當船舶沉向波谷時，鋼絲繩張力變小，系統壓力變小，這時泵排量變大，馬達將驅動卷筒收緊鋼絲繩，以保持鋼絲繩的張力，從而保持系統壓力，如此往復。

3 恒張力系統的優點

（1）系統壓力采用液壓伺服控制，壓力保持恒定，波動低，相對于蓄能器氣囊壓縮和膨脹產生的壓力波動而言有很大的優勢。（2）控制的幅度大，本系統可以設計使用一個大的卷筒來驅動鋼絲繩，鋼絲繩的長度可以設計得足夠長，在足夠大的范圍內可以精確地實現恒張力控制，相對于油缸的行程有很大的優勢，可以在有更大風浪的條件下工作。

此恒張力系統也可以用于遠洋拖船的鋼纜，使用恒張力系統可以保護鋼纜和拖拉機構，也可以用于航母飛機阻攔索等。