平直流水線液壓頂升裝置改造設計和實施

顧頌英，吳振華

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

平直流水線液壓頂升裝置改造設計和實施

顧頌英，吳振華

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

本文分析了原頂升裝置存在的問題，提出了改造設計的方案，并進行了優化。通過實際應用和測試，本改造設計符合使用要求，由此本改造設計是可行的。

流水線；液壓頂升；同步；改造設計

0 引言

平面流水線液壓頂升器作為平面流水線的頂升片狀分段輸出工位，擔負著將加工好的平直分段頂升至車輛運送高度，將分段運送至外場的工作。該工位位于分段流水線末端，特點是起升高度高，承載量大（設計頂升重量250 t），設備可靠性要求高。

該工位原先由德國公司設計，在使用時由于采用磁致位移傳感器檢測位移信號，因該類傳感器為內置式，且裝于油缸底部，對維修拆裝帶來不便，且故障頻發。2008年經改裝后，出現了油缸頂升不同步，出現抖動等故障。這些故障影響使用，且存在安全隱患。

為此對泵站、電控系統及液壓系統進行全面改造非常急迫，同步頂升系統目前存在以下問題：

1）原系統上升工況正常，但下降需要時間太長，大約需45 min；

2）由于內置磁致位移傳感器碰線燒壞，改造時改成外置超聲波傳感器，但超聲波傳感器不可靠；

3）油管布置不合理，鋼管、軟管無管夾固定。油缸油管接頭漏油情況嚴重，地溝中油管也有松動；

4）管路防爆閥容易卡死，造成頂升油缸不動作。

1 改造方案設計及優化

本次頂升系統改造包括三個部分：液壓泵站、電控系統和頂升裝置。這三個部分都由電控系統控制。

1.1 泵站部分

泵站改造主要是恢復原設計方案（第二次改造時做過修改），起用了原泵站的換向及限壓閥組，并根據葉片泵吸入性不好，對油液污染比較敏感的特性，加裝了回油過濾裝置，提高了過濾精度。原油缸控制閥組件以前由于濾過精度不夠以及選型不匹配，造成管路防爆閥及控制閥組經常有垃圾阻塞或流量過大鎖閉，造成油缸升降不暢，通過這次泵站改裝，一方面從源頭杜絕了油品的污染[1]，保證了液壓油工作介質在系統中的清潔度，另一方面重新選擇了合適的管路防爆閥，提高了油缸升降過程中的穩定性。泵站外形如圖1所示。

圖1　液壓泵站

主泵2臺葉片泵，各自向4個同步頂升油缸供油，泵站主要技術參數：額定工作壓力為170 bar；額定流量為60+60 L/min；電機參數為22 kW/1 500 rpm /380 V（2X）；油箱可用油量為630 L。泵站自帶一套冷卻系統。

1.2 電控系統部分

根據使用部門提供的運行情況，控制臺及電氣控制部分進行總成性更換，并將原超聲傳感器改裝為簡單實用的拉線式位移傳感器，控制臺和操作面板實物如圖2和圖3所示。

圖2　控制臺

主要改造項目有：

1）控制臺的改裝簡化了操作模式，增加了升降行程時的動態數據顯示，保證四組8個液壓缸頂升及下降同步，對頂升不同步、超載、失壓有檢測和行程超差報警功能。

2）傳感器的改造是電控系統部分改造的難點，由于目前超聲波位移傳感器受周圍信號干擾多，且容易產生多次反射，不適用于流水線頂升裝置。本次改造更換為外置式拉線式位移傳感器；加上配套的同步控制臺使四組8個液壓缸頂升及下降同步誤差不超過3 mm，頂升不同步、超載、失壓等工況得到一次性解決。見圖4。

圖3　操作面板

圖4　拉線式位移傳感器

3）控制程序的升級，改造之前4組油缸頂升時左右偏擺嚴重，其原因是由于油泵的流量較大，采用位移傳感器反饋來控制方向閥開/關的方式容易造成油缸行程過沖。改造后，改變了控制油缸運行的開/關閥并將程序改變為方波輸出控制通斷閥，加上位移反饋，通過調節方波的頻率有效地減少了油缸的過沖現象、提高了同步精度、解決了偏擺現象。（電氣控制系統及程序升級由上海耐斯特液壓設備有限公司提供，此文不再詳述）。

1.3 液壓頂升裝置部分

液壓頂升裝置是本次改造的重點，前期主要是單組油缸控制閥件選型及工藝安裝。后期是位移信號的接收、反饋和執行工況的測試。頂升油缸數據為：額定工作壓力為170 bar；額定承載力為533.8 kN；最大工作壓力為250 bar；最大承載力為785 kN；8臺最大承載能力為6 280 kN；油缸缸徑/桿徑為200/140 mm；行程為1 750 mm；需油量（升/降）為54.95 L / 28.02 L。

外部液壓油管全部更換，杜絕漏油現象，不再贅述。

改造前的頂升油缸控制閥組的液壓原理圖如圖5所示，油缸閥組型號（閥件生產廠商日本油研）為：

1）三位四通電磁換向閥DSG-01-3C4-D24-70；

2）減壓閥MRB-01-C-30；

3）液控單向閥MPA-01-2-40；

4）雙向節流閥MSW-01-Y-30；

5）單向節流閥MSA-01-X-30；

6）安全閥MBB-01-H-30。

圖5　原頂升油缸控制閥組的液壓原理

根據油缸的工況，對照了改造前的液壓原理圖，系統存在三個缺陷：

1）為實現保壓功能，疊加了一個液控單向閥。在此系統中沒有專門的控制油回路，同步下降時可能會造成液控單向閥無法打開或系統震蕩較大，造成抖動；

2）廢棄了原泵站的換向功能，每個油缸使用一個三位四通換向閥單獨控制，會使PLC的控制點數增加，降低系統的可靠性。當初的設計是為保證該線與其他流水線頂升閥組的通用及互換性，經改裝后成為獨立的液壓模塊構造；

3）油缸無桿腔安裝了一個LB2型管路防爆閥，其最大通過流量為50 L/min。而如果瞬間出現單缸下降流量會超過其最大通過流量，所以管路防爆閥考慮選型時，其額定流量應大于所在管路的最大流量，如達不到此流量則會出現卡死現象，故選用LB3管路防爆閥。且該閥安裝在進油高壓管路的遠端，如管路防爆閥與油缸之間的管路爆裂，油缸會瞬間快速下降，給安全生產帶來不利影響[2]。

新的液壓系統改造方案為：

1）放棄目前的油缸控制閥組，采用液壓閥模塊化設計以便利拆裝維修；

2）啟用原系統中的換向閥，加裝二位二通換向閥以便利同步控制，見圖6；

圖6　原泵站換向閥組

3）采用平衡閥保壓，保證油缸下降時打開可靠、活塞桿下落順暢；

4）管路防爆閥重新選型。

修改后的系統原理見圖7，本系統溫升為69.2℃，符合液壓油溫升允許值，液壓頂升裝置外形見圖7。

通過改造液壓模塊上的閥只有1個換向開關閥、1個單向節流閥、1個平衡閥及1個單向閥液壓橋，檢測及維修十分方便，模塊化的設計為維修更換帶來極大便利，見圖8。

圖7　修改后的系統原理

液壓模塊與頂升油缸組成的液壓回路主要特點是利用換向閥2的開關作用控制油缸的上升下降，平衡閥8起到鎖定負載和下降時油缸勻速平穩目的，節流閥7起到下降時的限速和背壓目的，管路防爆閥1防止爆管后負載的突然下落。當泵站換向閥處于上升狀態，換向閥2通電時，液壓油經由液壓橋單向閥5、4到達油缸無桿腔，油缸上升，換向閥2斷電時液壓油經液壓橋單向閥5后截止，油缸停止上升；當泵站換向閥處于下降狀態，油缸有桿腔進油，此時給換向閥2通電，平衡閥打開，經單向節流閥至液壓橋單向閥6、3無桿腔回油至油箱，若換向閥2斷電則回油截止，油缸停止下降[3]。

2 現場試驗和測試

本次改造后，經過了現場試驗和實際運轉等多個階段，實現了預期的效果，總體參數為：

1）最大工作載荷：250 T（使用部門要求極限載荷要求達到325 T），計算8臺油缸的額定承載能力4 270 kN（427 T），安全系數1.3倍；

2）頂升油缸行程1 750 mm，滿足使用部門工作行程1 700 mm的要求；

3）油缸理論計算升降全行程5.5 min，加上同步控制需要的停頓時間，滿足使用部門全行程升降≤8 min的要求。

頂升效果見圖9，滿足實際需求。

圖8　液壓模塊及嵌入式閥件

圖9　頂升裝置

3 結論

綜上所述，通過此次改造，該液壓頂升裝置總體性能全部滿足平面分段流水線的要求，保證了該工位的順利運行，為整條流水線的生產提供了可靠保障。

對平面分段流水線液壓頂升器的改造，解決了頂升器同步升降和頂升抖動及不動作等問題，降低了該設備同步升降的故障發生率。提高了設備使用效率及安全性。此系統的液壓部分由我公司人員參與設計。泵站部分參照原德國圖紙。PLC控制及部分零部件選型和現場工藝由上海耐斯特液壓設備有限公司完成，期間多次得到平直C線項目改造小組協助，使設備改造順利完工，并得到使用部門的肯定。

[1]何存興,張鐵華.液壓傳動及氣壓傳動[M].武漢:華中理工大學出版社,1998.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2002.

[3]成興峰,李磊.船舶修造液壓產品及設備[Z].上海耐斯特液壓設備有限公司,2009.

Improvement Design and Implementation of Plane Line Hydraulic Jacking Equipment

Gu Song-ying,Wu Zhen-hua

(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)

The paper makes an analysis of the original jacking equipment problem and proposes an improving design scheme with optimization.Through practical application and testing,the improvement design meets the operating requirements,which means the design is feasible.

assembly line; hydraulic jacking; synchronization; improvement design

TH137

A DOI：10.14141/j.31-1981.2016.05.011

顧頌英（1972—），男，工程師，研究方向：液壓及自動化控制。