船用起重機減搖裝置液壓系統設計與試驗研究

陸 飛

（江蘇政田重工股份有限公司，江蘇南通226000）

0 引言

船用起重機為船舶工程的重要裝備之一，主要被應用在船舶港口裝卸、軍用艦船補給等工作中。船用起重機應用的是欠驅動系統，受到復雜海洋環境因素的影響及起重機結構的耦合影響，在作業過程中會出現一定幅度的搖晃，這會影響起重機的運行性能及效率，因此需要安裝減搖裝置。

1 船用起重機減搖裝置液壓系統運行原理

1.1 三繩牽引式減搖裝置結構

本次研究對象為三繩牽引式船用減搖起重機，其減搖裝置結構如圖1所示。

圖1 三繩牽引式減搖裝置結構

1.2 減搖裝置運行原理

在圖1中，牽引索Ⅱ、牽引索Ⅲ的其中一端分別纏繞在2個不同的卷筒上，另外一端則繞過折疊臂頂端的滑輪組連接吊盤上的吊鉤。3根牽引索會在運行過程中呈現出三角形結構，繼而起到控制并減輕起吊物品擺動的作用[1]。

1.3 液壓系統運行原理

船用起重機減搖裝置液壓系統主要通過調整回路中節流閥的方式來實現調速功能，即通過改變節流閥口面積的方式來改變減搖裝置流量，進而實現調速目的。不考慮節流閥的泄漏因素，基于流量連續性原理，可以用公式來表示節流閥通過的流量。

當節流閥口打開到一定程度后，節流閥壓差便會對減搖裝置流量產生影響，因此，減搖裝置的負載發生變化時，節流閥壓差會隨之變化，繼而導致減搖裝置速度不穩定。船用起重機在運行過程中會受到諸多因素的影響，進而導致其吊重過程中出現無規則擺動現象，由此可見，減搖裝置液壓系統需要具備足夠的抗沖擊能力。具體來講，設計時需要將差減壓閥構成的比例調速閥串聯在節流閥前，差減壓閥產生的壓力補償作用能夠維持節流閥壓差的穩定性，進而降低減搖裝置負載變化對節流閥壓差的影響[2]。

2 船用起重機減搖裝置液壓系統設計分析

2.1 船用起重機減搖裝置液壓系統設計思路

本次船用起重機減搖裝置液壓系統分為起升分系統、變幅分系統、回轉分系統、補油分系統、減搖分系統、折疊臂分系統。起升分系統、變幅分系統、回轉分系統應用的是閉式泵控型液壓系統，需要通過雙向變量泵來改變減搖裝置的方向及轉速。其中，起升分系統的功能為控制起重機起升、下降，并且能夠確保起重機的平穩運行，避免起吊物品在運行過程中跌落；變幅分系統的功能為控制起重機起升、下降幅度，確保起重機運行幅度與起吊物品運行幅度相同；回轉分系統的功能為避免起重機在回轉時發生側載。補油分系統的功能為冷卻處理起重機油液、對泄漏的油液進行補償。減搖分系統應用的是開式閥控型系統，該系統的功能為對減搖裝置進行運行速度調節，并且其執行元件的抗沖擊能力較強，能夠更好地抵抗干擾船用起重機運行的外界因素，有效控制起吊物品的搖晃情況。折疊臂分系統應用的是定量泵驅動液壓缸，具有容易收放的特點，因此能夠在非作業期間減少對船體空間的占用，其功能為減少減搖過程中產生的誤差，并在系統中進行糾正和補回[3]。

2.2 船用起重機減搖裝置液壓系統運行性能

（1）本次船用起重機減搖裝置液壓系統的各個分系統都是通過變量泵來供油的，這樣能夠降低油液的泄漏量，不但可以提高系統運行效率，還能降低系統能源消耗量。（2）各個分系統的結構較為緊湊，因此占地面積較小，不但能夠節省船體空間，還能夠為日常維護及管理提供便利條件。（3）補油泵出口設有蓄能器，因此能夠進一步確保系統的運行性能，避免補油操作影響系統運行。（4）兩折疊臂能做到同步運動，可見折疊臂分系統能夠避免油缸活塞桿運動導致的位置誤差。

3 船用起重機減搖裝置液壓系統試驗分析

3.1 試驗過程

為了進一步驗證船用起重機減搖裝置液壓系統的應用性能，本文進行了船用起重機減搖裝置液壓系統試驗。此試驗平臺不僅能夠實現橫搖和縱搖，而且能夠自行調整搖擺角度。假設吊重重量30 g，吊索長度1 m，搖擺角度45°，搖擺方式為橫搖，搖擺時間6 s，能夠得到如圖2、圖3所示的試驗結果。

圖2 2號減搖裝置響應時間統計圖

圖3 3號減搖裝置響應時間統計圖

3.2 試驗結論

（1）如果多種船舶起重機的搖擺周期和搖晃角度相同，且船舶起重機橫搖情況下的減搖裝置進口平均壓力更高，表明船舶起重機橫搖情況下減搖裝置牽引索的負載較高。（2）船舶起重機吊索長度越長，減搖裝置液壓系統響應時間越長。（3）本文設計的船舶起重機減搖裝置液壓系統具有良好的應用性能，能夠有效控制船舶起重機起吊物品的搖擺。

4 結語

目前，已經有了多種船舶起重機減搖設計方法，例如，建立船舶起重機動力學模型，應用T-S模糊控制方式控制起吊物品搖晃幅度等。本文則是設計了船舶起重機減搖裝置液壓系統，并進行了試驗，試驗結果證明本設計具有明顯的減搖功能。