吊管機(jī)高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉修超 王清鍇 金丹

摘要：探討了吊管機(jī)起吊重物時(shí)，同時(shí)具有高速和低速兩檔起吊速度的必要性及意義，并從原理和結(jié)構(gòu)上提出了吊管機(jī)增加設(shè)計(jì)高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的可實(shí)施性，從根本上解決了吊管機(jī)沒有兩檔起吊速度的現(xiàn)狀（目前吊管機(jī)只有一個(gè)低速），可以有效的提高吊管機(jī)作業(yè)的效率。

Abstract： We discussed the necessity and significance of having both high-speed and low-speed lifting speeds when the pipelayer lifts heavy objects，F(xiàn)rom the principle and structure，the pipelayer is proposed to increase the practicability of the hydraulic system of the hydraulic system of the high-speed hoist，F(xiàn)undamentally solve the current situation of not having two lifting speeds，It can effectively improve the operating efficiency of the pipelayer.

關(guān)鍵詞：吊管機(jī);卷揚(yáng)機(jī);起吊速度;變量系統(tǒng);倍率

Key words： pipilayer;hoist;lifting speed;variable system;magnification

中圖分類號(hào)：V233.91? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0089-03

0? 引言

吊管機(jī)是在推土機(jī)底盤上衍生的一種特種作業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣管道的鋪設(shè)，即起吊管道下溝鋪設(shè)作業(yè)。如圖1所示，起吊管道的作業(yè)裝置主要由吊鉤、鋼絲繩組、卷揚(yáng)機(jī)、吊臂、配重等組成，鋼絲繩組纏繞在卷揚(yáng)機(jī)中，通過卷揚(yáng)機(jī)控制吊鉤的升降。當(dāng)?shù)豕軝C(jī)在天然氣及石油管道施工鋪設(shè)過程中，有兩種作業(yè)模式：第一，起吊重物上升到一定高度，然后在下降到填埋重物的溝壑中，此模式下需要吊鉤低度升降，低速度可減少?zèng)_擊，保證作業(yè)安全;第二，把重物放到指定位置后，需要快速的起升空載的吊鉤去進(jìn)行下一輪的作業(yè)，此模式下需要快速的提升空載情況下的吊鉤，只有這樣才可以提高作業(yè)效率，以上，吊管機(jī)作業(yè)可以總結(jié)為帶載升降和空載升降，帶載升降需要低速模式，空載升降需要高速模式。目前國內(nèi)吊管機(jī)用的卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)雖有多種不同型式，但都沒有實(shí)現(xiàn)高速功能，只有一種低速模式。如何實(shí)現(xiàn)高速功能，提高作業(yè)效率，是我們需要解決的技術(shù)難題，本文從吊管機(jī)的卷揚(yáng)液壓系統(tǒng)控制原理及卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，為后續(xù)相關(guān)應(yīng)用提供參考。

1? 卷揚(yáng)機(jī)機(jī)構(gòu)及液壓控制系統(tǒng)工作原理分析

以國內(nèi)某吊管機(jī)使用的卷揚(yáng)機(jī)及液壓系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，圖2為其卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)組成。該卷揚(yáng)機(jī)為低速卷揚(yáng)，吊鉤卷揚(yáng)機(jī)外側(cè)集成安裝了一個(gè)定量式的馬達(dá)。圖3所示為其液壓控制系統(tǒng)，馬達(dá)液壓油來自吊管機(jī)的工作泵提供，馬達(dá)在液壓油壓力作用下旋轉(zhuǎn)提供給卷揚(yáng)機(jī)滾筒動(dòng)力，卷揚(yáng)機(jī)滾筒內(nèi)部裝有輸入軸，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，在馬達(dá)作用下可實(shí)現(xiàn)一種設(shè)定速度的恒定轉(zhuǎn)動(dòng)。由于吊管機(jī)泵排量是恒定的、馬達(dá)是定量式的，也就決定了此種卷揚(yáng)機(jī)是一種恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

2? 高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

上述吊管機(jī)卷揚(yáng)機(jī)及液壓控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)有：

①卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)是一種不可變量的定量式系統(tǒng)，卷揚(yáng)機(jī)只可提供一種恒定不變的速度;

②馬達(dá)是恒定低速大扭矩，擺缸式，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音大。

以上缺點(diǎn)就對(duì)吊管機(jī)實(shí)際作業(yè)帶來了巨大困擾，只有一種速度模式，無法實(shí)現(xiàn)高低速的切換使用，大大降低了工作效率。下面針對(duì)此問題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2.1 高速卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

針對(duì)卷揚(yáng)機(jī)只有一種恒定速度，如圖4所示，設(shè)計(jì)的此高速卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)采取一種變量泵和變量的斜盤柱塞式馬達(dá)系統(tǒng)改變定量馬達(dá)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的變量馬達(dá)可在液壓系統(tǒng)的作用下實(shí)現(xiàn)兩種不同的排量，并且在馬達(dá)上集成電磁切換閥，可根據(jù)需要進(jìn)行兩種大小排量的切換，馬達(dá)電磁閥排量切換是由專門的電控操縱手柄按鈕進(jìn)行控制，方便快捷。

新設(shè)計(jì)的高速卷揚(yáng)機(jī)及其液壓系統(tǒng)采用的是一種變量式液壓控制系統(tǒng)，吊鉤動(dòng)作響應(yīng)靈敏，實(shí)現(xiàn)了高速和低速，具體的液壓控制原理如圖5、圖6所示。

當(dāng)不進(jìn)行操縱手柄時(shí)，由于壓力無法建立，變量工作泵3吸取的液壓油通過負(fù)載敏感比例控制閥的回油出口T口直接回到工作油箱中，當(dāng)拉動(dòng)電控操縱手柄，并把電控按鈕置于低速檔位時(shí)，電控手柄控制的工作主閥6上的油口打開，液壓油到起升卷揚(yáng)19的變量馬達(dá)中，此時(shí)變量馬達(dá)根據(jù)電控手柄給的低速信號(hào)，在通過集成到馬達(dá)上的變量電磁閥動(dòng)作，提供一個(gè)排量為115.5ml/r的輸出，此時(shí)卷揚(yáng)機(jī)滾筒以低速模式轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)需要切換到高速轉(zhuǎn)動(dòng)模式時(shí)，直接把電控手柄上的檔位按鈕切換到高速擋，此時(shí)變量馬達(dá)根據(jù)電控手柄給的高速信號(hào)，馬達(dá)上的變量電磁閥會(huì)進(jìn)行一個(gè)排量的切換動(dòng)作，提供一個(gè)排量為61ml/r的輸出，此時(shí)卷揚(yáng)機(jī)滾筒以高速模式轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)用戶的實(shí)際要求，首先確定出外負(fù)載需要的高低速數(shù)值，在根據(jù)吊管機(jī)滑輪組倍率情形下，進(jìn)行了高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的詳細(xì)計(jì)算和液壓部件的選型，最終本文提出的高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)，已成功在山推SP90吊管機(jī)上應(yīng)用。

液壓系統(tǒng)的計(jì)算：系統(tǒng)設(shè)定壓力P，泵排量V1，容積效率？濁1，額定轉(zhuǎn)速n;馬達(dá)排量分別為V大? 和V小，容積效率為？濁2，機(jī)械效率為？濁3;卷揚(yáng)機(jī)滾筒直徑D，機(jī)械效率？濁4，減速比為K;鋼絲繩直徑d;吊鉤滑輪組倍率為t。

由馬達(dá)輸出流量公式：

Q=n*V1*？濁1*？濁2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

馬達(dá)高轉(zhuǎn)速公式：

V速度=Qπ（D+d）/V小*103（2）

吊鉤升降速度公式：

V吊鉤= V速度/K*t（3）

把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)帶入公式（1）、式（2）和式（3）中，可得出吊鉤升降的最大速度，同樣計(jì)算過程，可得出吊鉤的最小速度。這樣就實(shí)現(xiàn)了最終所需的高低

速度。

該應(yīng)用設(shè)備在國外某天然油氣管線的施工中表現(xiàn)出色，已無故障作業(yè)4000多小時(shí)，得到了用戶的認(rèn)可，極大提高了施工的效率。如圖7所示，帶高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)的吊管機(jī)設(shè)備在國外施工現(xiàn)場(chǎng)。

3? 結(jié)論

本文結(jié)合吊管機(jī)作業(yè)模式，從根本上解決了吊管機(jī)只有一種起吊速度模式現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)的高速卷揚(yáng)機(jī)液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)兩種速度模式，高速模式下的吊鉤升降速度可達(dá)到15.5m/min，低速模式下的吊鉤升降速度可達(dá)到6.6m/min。有效滿足了吊管機(jī)作業(yè)需要，大大提升了作業(yè)效率。

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