關(guān)于液壓絞車(chē)、電動(dòng)絞車(chē)和氣動(dòng)絞車(chē)的研究與分析

楊杰

（上海振華重工集團(tuán)股份有限公司，上海 200125）

當(dāng)前絞車(chē)在工業(yè)各領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的一部分，對(duì)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展來(lái)說(shuō)有著十分重要的促進(jìn)作用。目前，對(duì)于不同類(lèi)型的絞車(chē)來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中通常體現(xiàn)出不同的應(yīng)用功能。在此背景下，本文對(duì)液壓絞車(chē)、電動(dòng)絞車(chē)和氣動(dòng)絞車(chē)的不同功能進(jìn)行分析，以此來(lái)體現(xiàn)不同類(lèi)型絞車(chē)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 液壓絞車(chē)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)

1.1 定義

所謂液壓絞車(chē)系統(tǒng)，主要是指以液壓泵站的液壓馬達(dá)為動(dòng)力源來(lái)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)工作的形式，在壓力的作用下，使流體最大限度在氣缸中進(jìn)行活塞運(yùn)動(dòng)，通常采用泵的方式，向其中提供體積流量，在對(duì)力的作用下，使載荷進(jìn)行移動(dòng)，并且逐漸減少和消除其他壓力，使其在實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)，能在液壓馬達(dá)的作用下，利用線性力傳遞扭矩。

1.2 特點(diǎn)

液壓絞車(chē)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)Ρ眠M(jìn)行調(diào)節(jié)，而且還能在外力的作用下產(chǎn)生變化，液壓絞車(chē)系統(tǒng)會(huì)采用不同的速度進(jìn)行變化，保障其所處位置不發(fā)生變化，但在具體構(gòu)造時(shí)，應(yīng)盡量縮短氣缸與泵之間距離的大小。其缺點(diǎn)在于，液壓絞車(chē)在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，一旦油缸組合體的設(shè)計(jì)出現(xiàn)不合理現(xiàn)象，在碟簧壓縮的過(guò)程中，將會(huì)發(fā)生變形，超出其原本規(guī)定的數(shù)值大小，縮短碟簧的使用壽命，在油缸基座中有十分充足的空間，這將不利于螺桿的調(diào)節(jié)。

1.3 對(duì)使用環(huán)境的要求

液壓絞車(chē)系統(tǒng)必須配備液壓泵站，所以在空間布置上必須要有所考慮。在使用液壓絞車(chē)的過(guò)程中，需要對(duì)其運(yùn)行系數(shù)的大小進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，從而判斷絞車(chē)是否正處于較為安全可靠的環(huán)境下，防止產(chǎn)生卷筒打滑的問(wèn)題。在具體的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，要保障油缸中的油量能處于最佳狀態(tài)，適當(dāng)?shù)耐苿?dòng)活塞來(lái)延長(zhǎng)部件的使用壽命，在液壓剎車(chē)的過(guò)程中進(jìn)行有效地控制，應(yīng)用負(fù)荷傳感技術(shù)使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到進(jìn)一步提升。

2 電動(dòng)絞車(chē)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)

2.1 定義

所謂的電動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)，主要是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，以PLC程序來(lái)控制絞車(chē)工作的形式，核心為電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的好壞通常與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能之間存在直接聯(lián)系。在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，不但要能夠滿足船用移船啟動(dòng)的需求，而且還應(yīng)保障船舶中的恒轉(zhuǎn)矩與恒功率區(qū)的運(yùn)行條件，充分滿足系統(tǒng)的相關(guān)的規(guī)定內(nèi)容。

2.2 特點(diǎn)

對(duì)于以往傳統(tǒng)的電動(dòng)絞車(chē)來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，通常借助于直流電機(jī)的力量，將直流線圈固定在特定的磁場(chǎng)當(dāng)中，從而使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)處于90°關(guān)系，對(duì)直流電機(jī)的速度和效率進(jìn)行有效的控制。主要優(yōu)勢(shì)在于：在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，直流電機(jī)能夠充分發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電機(jī)的功率和速度進(jìn)行良好的把控。缺點(diǎn)在于：在對(duì)馬達(dá)和電流轉(zhuǎn)換時(shí)，與電流有直接接觸的碳刷將會(huì)受到影響，產(chǎn)生一定程度的損傷或者撕裂現(xiàn)象。對(duì)于后期感應(yīng)交流電的應(yīng)用，主要是在交流電機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，憑借定子鐵心、繞組、機(jī)座等多種因素的優(yōu)勢(shì)，共同組建成一個(gè)完整的系統(tǒng)，使機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換能夠在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流當(dāng)中完成。但是，在具體的操作過(guò)程中，通常無(wú)法對(duì)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，難以實(shí)現(xiàn)有效的控制，并且在使用相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，也存在著較大的難度。

2.3 對(duì)使用環(huán)境的要求

電動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)與客觀的實(shí)際情況相結(jié)合，剔除系統(tǒng)中存在的頻率較低或者可靠性不符合標(biāo)準(zhǔn)的直接電流，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電機(jī)的有效控制。對(duì)于永磁電機(jī)絞車(chē)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)對(duì)其存在的缺點(diǎn)和不足進(jìn)行改正，其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在退磁和價(jià)格偏高兩個(gè)方面，在解決完上述問(wèn)題后，再解決脈動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，以此來(lái)促進(jìn)現(xiàn)代化電動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

3 氣動(dòng)絞車(chē)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)

3.1 定義

氣動(dòng)絞車(chē)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)空氣壓縮的方式，將內(nèi)部存在的能量以循序漸進(jìn)的方式轉(zhuǎn)移出來(lái)。從本質(zhì)上來(lái)看，氣動(dòng)絞車(chē)適用于工業(yè)機(jī)械能使用和改造當(dāng)中，對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展提供強(qiáng)大的動(dòng)力支持。從實(shí)質(zhì)性來(lái)看，目前在氣動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)中，工業(yè)應(yīng)用方面沒(méi)有對(duì)能量提出較為嚴(yán)格的要求，因此空氣壓縮的方式能夠使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.2 特點(diǎn)

在氣動(dòng)絞車(chē)的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)中，通過(guò)采用空氣壓縮和閥門(mén)控制的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制。氣動(dòng)絞車(chē)的主要優(yōu)勢(shì)在于：在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，組件的具體操作和維護(hù)較為簡(jiǎn)單，并且使用壽命較長(zhǎng)，采用空氣壓縮的方式又能夠使成本被有效的節(jié)約出來(lái)，減少投入費(fèi)用，在具體運(yùn)行中產(chǎn)生火災(zāi)或者爆炸危險(xiǎn)的發(fā)生幾率較低，溫度也不會(huì)發(fā)生過(guò)大的變化，如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在泄漏的問(wèn)題，也不會(huì)對(duì)機(jī)器安全構(gòu)成較大影響，對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的污染也較小。氣動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行也存在一定的缺陷和不足，在排氣的過(guò)程中將出現(xiàn)諸多噪音，并且目前尚未發(fā)現(xiàn)合適的方式能夠進(jìn)行有效控制，因此在使用過(guò)程中，將不可避免的為周?chē)用竦恼Ｉ钇鹁訋?lái)干擾，同時(shí)在活塞的運(yùn)轉(zhuǎn)速度上也不能實(shí)現(xiàn)有效控制，其均勻性與恒定性無(wú)法獲得切實(shí)保障。

3.3 對(duì)使用環(huán)境的要求

在氣動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)其所處的周?chē)h(huán)境有著較為嚴(yán)格的要求，需要具備較強(qiáng)的封閉性，能夠在空氣被壓縮以后進(jìn)行合理的保護(hù)，采取科學(xué)正確的管理方式，將空氣壓縮中產(chǎn)生的損耗降低到最佳狀態(tài)，并且對(duì)相關(guān)的投入成本盡可能的縮減，加強(qiáng)對(duì)泄露檢測(cè)程序的使用，保障每一套泄露檢測(cè)器都能夠另外佩戴一幅耳機(jī)，消除外界的噪音。在空氣質(zhì)量上按照規(guī)范化和科學(xué)化，事先完成工程設(shè)計(jì)，對(duì)氣動(dòng)絞車(chē)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.4 氣動(dòng)絞車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)。本文以礦用氣動(dòng)絞車(chē)為例，在對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算前，需要對(duì)其適用范圍進(jìn)行確定，本文所研究的絞車(chē)能夠在煤礦井傾斜角度不超過(guò)20°的巷道牽引礦車(chē)進(jìn)行原料的運(yùn)輸。絞車(chē)類(lèi)型為SJF-2/35型氣動(dòng)絞車(chē)，第1層鋼絲的牽引力數(shù)值為20kN，容繩量數(shù)值為200m，為了使生產(chǎn)效率得到盡量地提升，可以暫時(shí)將首層鋼絲繩的牽引速度提升到1．1m/s。根據(jù)牽引速度和牽引力能夠?qū)鈩?dòng)絞車(chē)的功率進(jìn)行計(jì)算，即功率P=20×1．1=22kW。本研究中選擇M18-F型的氣動(dòng)馬達(dá)，通過(guò)改變進(jìn)氣和排氣的方向進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)，氣動(dòng)馬達(dá)的主要參數(shù)如下：功率為23．3kW；扭矩為155N·m，轉(zhuǎn)速為1500r/min，耗氣量為22．5m3/min，在最高扭力的情況下，轉(zhuǎn)速為300r/min，扭矩為235N·m，氣動(dòng)扭矩為155N·m，工作壓力為0．6MPa。由上述數(shù)據(jù)得出，馬達(dá)輸出的最高扭矩與額定相比來(lái)看超出1．5倍，絞車(chē)在具體運(yùn)行的過(guò)程中牽引力最高為30kN，但是功率卻呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)，氣動(dòng)馬達(dá)的功率和扭矩曲線圖如圖1所示。

圖1 氣動(dòng)馬達(dá)特性曲線

通過(guò)圖1曲線的走勢(shì)可知，氣動(dòng)馬達(dá)的功率明顯下降，此時(shí)絞車(chē)的最大牽引力數(shù)值為25kN，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成具有高負(fù)載的牽引目標(biāo)。在A-B段中，馬達(dá)扭矩與轉(zhuǎn)速之間的表達(dá)式為：M=f（n）=an+b，通過(guò)此式便能夠?qū)︸R達(dá)在啟動(dòng)過(guò)程中的各階段的動(dòng)力性能進(jìn)行直觀的計(jì)算和分析。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)得到了顯著的發(fā)展和壯大，變得更加系統(tǒng)化和智能化，各種類(lèi)型的絞車(chē)在工業(yè)中的應(yīng)用能夠使工業(yè)發(fā)展如虎添翼，在具體應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)與新型信息技術(shù)相結(jié)合，做好相應(yīng)的保障措施，根據(jù)具體的工業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，選擇恰當(dāng)合理的類(lèi)型，保障各種類(lèi)型的絞車(chē)在實(shí)際應(yīng)用中能夠充分發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)和作用，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全性、可靠性和先進(jìn)性。

參考文獻(xiàn)：

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