船舶艙口蓋液壓啟閉系統的同步性能分析與比較

秦言明

（浙江歐華造船股份有限公司，浙江舟山 316101）

0 引言

艙口蓋啟閉系統是船舶貨艙區域甲板大開口的關閉裝置，由大型鋼結構蓋板、驅動、滾行、連接、限位等機構組成，主要完成艙口的密封和貨物的保護功能，在船舶制造中是一項工作量較大、周期比較長、交付較困難的工程[1-4]。如圖1～圖3所示，艙口蓋的啟閉通常采用液壓油缸驅動才能完成。受航區、季節、氣候、海況的影響，對液壓啟閉系統的可靠性要求非常高。特別是在偏載的情況下，如果兩只液壓油缸運行不同步，容易造成啟閉系統中行走滾輪的軸套磨損、行走軌道磨損變形，甚至艙蓋本體嚴重變形，這直接影響到船舶的密封安全性、艙口啟閉機構的可靠性與平穩性，影響到船舶在港口裝卸貨物的及時性，海運物流的通暢性[5-6]。為此確保艙口蓋啟閉的同步性越來越被船級社、船東和船廠重視。

1 艙口蓋液壓啟閉回路的選擇與基本參數的設定

圖1 配置折疊式艙口蓋的散貨船

圖2 啟閉液壓油缸收回狀態

圖3 艙口蓋折疊狀態

1.1 艙口蓋液壓啟閉回路的選擇

為了便于比較分析，選擇3種液壓啟閉回路，均設定在以下相同的工作參數下運行，從而比較在不同載荷下的啟閉同步性能，圖4、圖5、圖6是基于AMESim軟件建立的剛性連接回路、節流回路和馬達分流回路的仿真模型[7-8]。

1.2 基本參數的設定

1)艙口蓋啟閉載荷為6000 N；2)液壓油缸內徑為200 mm，活塞桿直徑為110 mm,行程為1100 mm；3)液壓系統流量為28 L/min。

2 艙口蓋的啟閉同步性的仿真分析

2.1 剛性連接回路

如圖4所示的剛性連接回路，液壓缸之間的同步靠剛性結構來保證。此種方法結構簡單，但是當兩缸的受力不同時，剛性連接的作用力易造成液壓缸損傷及液壓缸的不同步。設置液壓油缸1負載為2000 N，液壓油缸2負載為4000 N，仿真結果如圖7、圖8所示，液壓油缸1在0～10 s，運行穩定，10～15 s液壓油缸1抖動。液壓油缸2在0～25 s，一直沒有動作。這種情況下，現場往往加大液壓系統壓力，帶來不利影響是油缸密封受損，滾輪機構偏磨，甚至艙口蓋發生變形。

圖4 剛性連接回路

圖5 節流回路

圖6 馬達分流回路

2.2 節流回路

圖7 剛性連接回路液壓缸位移曲線

圖8 剛性連接回路液壓缸速度曲線

如圖5所示，節流回路采用2個節流閥分別控制2條油路的流量，使兩液壓油缸活塞移動速度同步，其同步精度受節流閥性能和油溫影響較大，節流閥開啟后會滯后，造成液壓缸的不同步。仿真結果如圖9、圖10所示，即使載荷均衡，當兩液壓油缸負載都在3000 N時，同步性能也不理想，0～5 s，兩液壓油缸位移相同，兩液壓油缸同步性較好，15～19 s，由于節流閥造成的滯后性，導致兩液壓油缸運行不同步，速度不穩定。

2.3 馬達分流回路

如圖6所示，液壓馬達分流回路是由加工精度較高、尺寸相同的液壓馬達組成。相同的尺寸和較高的加工精度，使得通過每一個液壓馬達的流量(排量)近似相同,從而達到輸送至液壓油缸的流量相等。

仿真結果如圖11、圖12所示，當艙口蓋啟閉載荷均衡，兩液壓油缸負載都在3000 N時，兩液壓缸的位移曲線和速度曲線基本重合，同步馬達回路達到了很好的同步精度。

當艙口蓋啟閉載荷處于偏載狀態，仿真結果所示如圖13、圖14，其中一缸的負載下降為2000 N時，則負載相對較小的液壓缸先伸出，存在一定的不同步情況，但由于同步馬達出口處有節流閥和交叉溢流補油回路，最終消除了由于偏載引起的行程誤差。

2.4 仿真結果比較

以上仿真結果顯示，剛性連接啟閉回路的同步性能差，在載荷不均情況下更容易導致啟閉系統故障，引起油缸密封與機械損傷。節流回路同步性比剛性連接回路明顯提高，但存在滯后、運行不穩定現象，也是目前液壓啟閉系統故障產生的主要原因。馬達分流回路同步精度高，運行穩定，雖然造價高，但可有效保障液壓啟閉系統長期安全平穩運行，值得加以推廣應用。

3 結語

圖9 節流回路液壓缸位移曲線

圖10 節流回路液壓缸的速度曲線

圖11 馬達分流回路液壓油缸的位移曲線

圖12 馬達分流回路液壓油缸的速度曲線

圖13 馬達分流回路油缸偏載時位移曲線

船舶艙口蓋啟閉系統多種多樣，是一項復雜工程，在實際的艙口蓋設計中，我們需要根據船舶類型、艙口位置、艙口蓋負荷、操作工況等因素考慮同步控制回路選擇。特別是多對折疊式艙蓋運動部件多、機構復雜及寬大型的艙口蓋，建議選擇同步性能優良的控制回路，以保障其船舶貨運工作的可靠性，避免液壓控制回路同步性不良而引起系統油缸頂升力不足,艙蓋打不開等故障。

圖14 馬達分流回路油缸偏載時速度曲線

[1] 袁福林,馬桂云,崔偉.艙蓋液壓系統修理中的故障分析與排除[J].中國海洋平臺,2009(4):54-56.

[2] 張玉蓮.考慮腐蝕影響與屈曲強度的液壓折疊式艙口蓋結構優化[J].船舶力學,2009(5):757-760.

[3] 辛黎明,王帥,郭瑞.艙口蓋滾輪騰空對艙口蓋中間鉸鏈和主鉸鏈的影響[J].船舶標準化工程師,2015(6):45-67.

[4] 單威俊,許方,王燦,等.艙口蓋參數化建模程序設計[J].船海工程,2014,43(6):10-14.

[5] 梁貴,余飛.淺談側移式艙口蓋的制作及安裝工藝要求[J].廣東造船,2014(3):62-64.

[6] 王明強,徐健.基于均勻法的風雨載荷下折疊式艙口蓋拓撲優化設計研究[J].船舶工程,2014(1):10-13.

[7] 張正中.基于AMESim的液壓雙缸同步動作仿真及試驗研究[J].金華職業技術學院學報,2011(6):42-45.

[8] 王仁福.幾種典型液壓同步系統探討[J].四川冶金,2007(6):44-47.