一種載人氣動絞車的控制系統設計

李曉光+戴克文+張曉軍+朱興+任偉+王嘉波

摘 要：該文以遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動絞車為例，介紹一種具有行程控制功能、過載保護功能、緊急停機功能、防止誤操作功能及斷氣制動功能的載人氣動絞車的氣動控制系統設計。

關鍵詞：載人氣動絞車；氣動；控制系統；設計

中圖分類號：TH138 文獻標識碼：A

Abstract：The paper takes the JQH-20-MR air winch-MR as an example of Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.， Ltd. Introduces a kind of design for air winch-MR control system ， the control system including travel control property ， overload protection property， emergency shut property ， mai-operation prevention property and airless to brake property.

Keywords： air winch-MR；air-operated；controlsystem；design

0.引言

載人氣動絞車是以氣動馬達為動力，通過齒輪減速機構驅動卷筒，實現重物提升的絞車裝置。它具有安全可靠、運轉平穩、結構緊湊、操作方便、維修簡單、無極變速等優點，廣泛應用于海洋平臺、海洋船舶、陸地鉆井、礦山開采等領域，因其具有防爆特點，尤其適用于易燃、易爆氣體的場所。

每座自升式海洋鉆井平臺配備3臺載人氣動絞車，用于人員和重物的運送，但該方面的市場大多被英格索蘭和EMCE兩家公司壟斷，價格也非常昂貴。我國對于載人氣動絞車的研究處于起步階段，產品尚未被廣大廠家認可，尤其是海洋鉆井平臺上配備的載人氣動絞車。該文以遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動絞車為例，介紹一種先進的載人氣動絞車控制系統，以供國內同行借鑒。

1.載人氣動絞車的控制回路設計

在施工過程中，普通的氣動絞車不被允許用于載人提升，普通氣動絞車僅能實現常用的起升和下放、制動等少數基本功能，缺少必要的控制系統保護措施，一旦有突發情況發生，將會增加施工的風險。載人氣動絞車的控制系統考慮到了可能發生的一切潛在安全隱患，比如高低點限位、系統超載、誤操作情況、人員運送過程中遇到障礙、壓縮空氣泄露及突發狀況停機等問題，另外由于氣動絞車噸位較小，對控制閥組的緊湊度要求也非常高。

控制系統是載人氣動絞車的核心部分，控制系統的設計合理與否，直接關系到載人氣動絞車的安全可靠性和操作便捷性。

JQH-20-MR載人氣動絞車的控制系統回路包括主氣路、基本控制氣路和安全保護氣路。主氣路主要是為氣動馬達工作提供動力的氣路，基本控制氣路和安全保護氣路主要包括行程控制氣路、過載保護氣路、緊急停機氣路、防止誤操作氣路及斷氣制動氣路，控制回路圖如圖1所示。

該控制系統安全可靠、控制精準、結構緊湊、操作簡單、成本低廉。主要由1-截止閥，2-氣源處理器，3-兩位三通閥，4-兩位三通閥，5-兩位三通閥，6-手動換向閥，7-快速排氣閥，8-兩位三通閥，9-兩位三通閥，10-兩位三通閥，11-兩位三通閥，12-單向節流閥，13-兩位三通閥，14-三位五通閥，式制動器等組成。由截止閥1、氣源處理器、兩位三通閥13及三位五通閥14間的回路構成主氣路，主氣路主要是氣動馬達15運轉的動力氣路。除主氣路之外的其余各氣路為絞車的基本控制氣路和安全保護氣路，基本控制氣路主要控制氣動馬達的正轉與反轉，安全保護氣路主要控制基本控制氣路的通斷。絞車的操作手柄位于手動換向閥6上，人員通過操作手動換向閥6來控制氣動馬達15的正轉與反轉，從而實現重物的上升與下放。在兩位三通閥5不手動換向的情況下，基本控制氣路不通，系統不動作，操作者在運行絞車前和停止絞車后可手動換向該閥，該閥的設計主要為了防止操作者在沒有準備好的情況下誤操作手動換向閥6的手柄造成危險。兩件兩位三通閥8控制行程控制氣路，在絞車運行至上限位或下限位時，絞車的行程開關會觸碰兩位三通閥8的觸點，使兩位三通閥8換向，系統停止運行；兩位三通閥11和單向節流閥12控制過載保護氣路，兩位三通閥11可根據負載要求設定對應的開啟壓力，當負載達到額定負載時，單向節流閥12所在氣路壓力則增大到設定值時，兩位三通閥11換向，系統停止運行；兩位三通閥4控制緊急停機氣路；通過快速排氣閥16來實現斷氣制動氣路。

2.載人氣動絞車的工作原理

參照圖1表述，載人氣動絞車的工作原理如下：

手動開啟截止閥1，氣源中壓縮氣體通過氣源處理器2進入管路，并通過兩位三通閥4；手動換向兩位三通閥5，此時壓縮氣體通過兩位三通閥5到達手動換向閥6，并將兩位三通閥13換向，此時壓縮氣體到達三位五通閥14；向前操作手動換向閥6，氣體通過快速排氣閥7及兩位三通閥3到達梭閥17通過快速排氣閥16開啟濕式制動器18，并推動三位五通閥14換向，啟動馬達15帶動絞車下放；向后操作手動換向閥6，氣體通過快速排氣閥7及兩位三通氣控換向閥10推動三位五通閥14換向，氣體到達梭閥17通過快速排氣閥16開啟濕式制動器18，氣動馬達15帶動絞車上升；當上升過程中出現壓力突變（過載），則氣體壓力增大通過單向節流閥12推動兩位三通閥11換向，壓縮氣體通過兩位三通閥11推動兩位三通閥10換向，此時三位五通閥14回中位，氣動馬達15停止轉動，濕式制動器18制動；當絞車下放到達兩位三通閥8設定位置（下極限）時，行程開關觸碰兩位三通閥8換向，則兩位三通閥3換向，三位五通閥14回中位，氣動馬達15停止轉動，濕式制動器18制動；當絞車上升到達兩位三通閥8設定位置（上極限）時，行程開關觸碰兩位三通閥8換向，則兩位三通閥9換向，三位五通閥14回中位，氣動馬達15停止轉動，濕式制動器18制動；在操作過程中如出現突發狀況拍下急停兩位三通閥4，則基本控制氣路斷氣，系統停止運行，氣動馬達15停止轉動，濕式制動器18制動；在氣源斷氣或系統任意位置漏氣時，濕式制動器18內氣體迅速由快速排氣閥16排出，濕式制動器18制動，同時氣動馬達15停止轉動，系統停止運行。endprint

3.載人氣動絞車的特點

載人氣動絞車是一種特種垂直運輸設備，其對安全性和可靠性與其他設備相比有更高的要求，以確保避免人員傷亡和設備事故的發生。該載人氣動絞車設計時參照了《起重機安全規程》（GB6067-1985）、《電梯制造與安裝安全規范》（GB7588-2003）等有關國家規范[7]，同時也作為交付使用前的驗收規范。該載人氣動主要有以下特點：

（1）行程控制功能。該功能主要是防止絞車過卷和反卷的發生，可根據使用工況人為手動設定上限位和下限位。

（2）過載保護功能。該功能主要是防止被提升者超過絞車額定載荷，此時降低了整體絞車的安全系數，絞車和人員的安全就無法得到保證。

（3）緊急停機功能。該功能在突發情況下使用，拍下緊急停機按鈕，絞車制動。

（4）防止誤操作功能。該功能屬于對設備和人員的雙重保護，對專業人員的誤碰和非專業人員的操作均起到保護作用。

（5）斷氣制動功能。該功能主要是為了防止管線漏氣、氣源失效及閥件損壞等，在整改氣動回路中，任意位置漏氣，濕式制動器立即制動。

結論

該設計對載人氣動絞車的控制回路圖和工作原理進行了詳盡的解析，包括主氣路、基本控制回路和安全保護氣路的構成，尤其解析了行程控制氣路、過載保護氣路、緊急停機氣路、防止誤操作氣路及斷氣制動氣路的設計。目前，遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動絞車樣機已下線，試驗效果良好，各項功能和指標均達到了設計和相關規范的要求，得到了用戶和第三方認證的一致認可。

參考文獻

[1]盧彥錚，郭志平，等.一種載人絞車氣動系統的設計[J].液壓與氣動，2013（7）：79-82.

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[3]任偉，李曉光，等.一種氣動載人絞車控制系統：中國， [CN201610145524.9].（2017-09-22）.

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工程機械，2005（5）：47-48.

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[6]GB/T768.1-93，液壓氣動圖形符號[S].

[7]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.endprint