改善絞吸挖泥船絞刀油馬達工作能力分析

安傳志

（中交上海航道局有限公司東方疏浚工程分公司，上海 200941）

改善絞吸挖泥船絞刀油馬達工作能力分析

安傳志

（中交上海航道局有限公司東方疏浚工程分公司，上海 200941）

本文結(jié)合疏浚工程施工情況，對目前本公司3 500 m3/h絞吸挖泥船絞刀驅(qū)動油馬達工作能力進行分析，同時就改善方案作出論證。

絞刀驅(qū)動油馬達；改型；絞刀液壓系統(tǒng)；沖擊和防止

近幾年來，隨著企業(yè)快速發(fā)展的需要，我公司陸續(xù)建造了八艘絞刀采用赫格隆油馬達驅(qū)動的3 500 m3/h絞吸挖泥船。由于液壓系統(tǒng)在設(shè)計和制造方面的缺陷，系統(tǒng)的最高工作壓力受到限制，致使絞刀驅(qū)動油馬達的輸出轉(zhuǎn)矩不可能得到充分發(fā)揮，在絞刀挖掘硬質(zhì)土或粘性土?xí)r，絞刀的挖掘效率無法正常發(fā)揮，影響了船舶的整體施工效率。本文通過在某港區(qū)施工的某輪為例予以說明，并提出絞刀驅(qū)動液壓系統(tǒng)改進方案。

1　絞吸船絞刀液壓系統(tǒng)工作能力分析

表1為絞刀赫格隆油馬達的設(shè)計參數(shù)。

表1 赫格隆MB2400-1725型油馬達額定參數(shù)

先從馬達實際輸出轉(zhuǎn)矩和設(shè)計轉(zhuǎn)矩進行比較分析：

馬達的輸出轉(zhuǎn)矩M（Nm）計算公式為：

式中：

M——馬達的輸出轉(zhuǎn)矩，Nm；

Ti——比轉(zhuǎn)矩，Nm/bar；

ΔPm——馬達壓差，bar；

ηm——機械效率。

則：馬達的設(shè)計轉(zhuǎn)矩為：

以上提到的××輪絞刀系統(tǒng)的壓力190 bar，是油泵出口壓力，其壓力和馬達的壓差計算公式為：

式中：

P——油泵的出口壓力，bar；

p

Δ——管路壓力損耗（bar），包括（見圖3）油泵到油馬達（a點到m點）和油馬達到背壓閥（m'點到c點）的管路損耗之和，按實際情況取：ξPΔ≈10.0 bar；

Pξ

P——背壓閥（c點）工作壓力（bar），按實際情況取≈

b

P15.0 bar；

則上式可表示為：

b

根據(jù)以上三式，可計算出在不同泵出口壓力的情況下的油馬達輸出轉(zhuǎn)矩。

2　3 500 m3/h絞吸船絞刀液壓系統(tǒng)工作能力受限原因分析

首先應(yīng)指出，設(shè)計規(guī)格書中的最大功率是不能達到的，即使驅(qū)動泵的柴油機全速運轉(zhuǎn)，泵轉(zhuǎn)速達1 650 r/min，五臺泵的輸出液壓總功率最多為950 kW，管路的壓力效率（包括馬達背壓）按0.90計，油馬達總效率按0.91計，絞刀油馬達的輸出功率只能達到950×0.91×0.90≈780 kW，為設(shè)計功率的61%。

其次，絞刀液壓系統(tǒng)限定的最高壓力為200 bar，離設(shè)計相差較遠(yuǎn)，對液壓系統(tǒng)的組裝也存在問題。

3　提高絞刀油馬達工作能力方案

3.1提高馬達壓差

某輪使用的K3V280泵的額定工作壓力為343 bar，按照公式2油泵不存在問題。從壓力管路（包括閥塊、附件）來說，應(yīng)能承受馬達進油管路可能達到的壓力峰值Pmmax，如果用Plmax表示高壓管路能承受的最高壓力，那么應(yīng)滿足下式：

Plmax≥Pmmax=Pm+ΔPv+ΔPp（4）

我們的目標(biāo)是提高油馬達的穩(wěn)定工作壓力 Pm，按照公式4有兩條途徑，一是提高管路的承壓能力Plmax，二是降低沖擊壓力ΔPm+ΔPp，如果不對目前系統(tǒng)作很大改動，可同時采取以下措施：

（1）用靜壓測試現(xiàn)有系統(tǒng)的承壓能力，一般要求能達到300 bar以上，對最薄弱管路和元器件予以更換或修理，當(dāng)Plmax確定后，可按下式確定系統(tǒng)的最高穩(wěn)定工作壓力，安全閥的開啟壓力按此調(diào)定。

（2）啟用馬達自帶的安全閥，目前該安全閥的調(diào)定壓力為350 bar，實際不起作用，應(yīng)將調(diào)定壓力降低到公式5式確定的值。從前述分析知道，防止液壓沖擊，安全閥離沖擊源越近，其響應(yīng)就越快。該項調(diào)定擬請供應(yīng)商完成，并提供安全閥備件。

（3）增設(shè)高壓蓄能器。如設(shè)蓄能器預(yù)充壓力250 bar，工作最高壓力300 bar，則容量約為35 L。

3.2提高油馬達排量

如果將現(xiàn)用的MB2400-1725馬達改換成MB2400-2175馬達，其比轉(zhuǎn)矩可以提高26%（2 175/ 1 725=1.26）。如果同時提高馬達工作壓差，忽略機械效率的差異，改動前后馬達的最大轉(zhuǎn)矩比為：

現(xiàn)進一步分析馬達改型的可行性，首先，改型后馬達外形和接口沒有任何改變，所以不會引起其連接設(shè)備的改變；其次馬達改型僅涉及兩個內(nèi)曲線定子環(huán)的更換，不存在技術(shù)上的問題，需要重點考慮的是油泵的恒功率保護對油馬達工作能力的影響。

U674.31；TH137

A

1671-0711（2016）08（下）-0042-02