BMC型吊車液壓系統升級改造

王 飛，馬軍濤

（中海油田服務股份有限公司，河北廊坊 065201）

甲板吊車作為海洋石油鉆井平臺上一個不可或缺的輔助設備，其安全及穩定運轉與否直接決定著平臺的生產進度和人員、設備安全，而其剎車系統作為核心部件，為吊車的安全操作和運行提供無可替代的安全保障，完善的剎車系統設計將會延長設備的使用壽命、減少設備維修率、避免出現設備損傷、人員傷亡等重大安全事故。

1 吊車液壓系統介紹及存在問題

1.1 液壓系統介紹

BMC 型吊車是以柴油機為原動機驅動的電控液形式的液壓吊車，主要由液壓泵、控制閥組、液壓馬達、油箱、油冷器以及其他系統附件組成。主液壓泵為定向變量泵，旋轉、主臂、大鉤及副鉤均為雙向液壓馬達，旋轉、起放以及速度控制均由手柄式電磁比例閥來實現，剎車制動系統分別由液壓動態剎車（counterbalance valve）靜態剎車（hydraulic disc brake），以及主臂滾筒止動棘輪組成。系統主壓力為210bar，剎車打開壓力22bar，棘爪液缸動作壓力10bar，動態剎車（反平衡閥）開啟壓力50bar。以扒桿（變幅）為例來闡述其工作原理，圖1 為吊車扒桿滾筒液壓系統。

圖1 扒桿滾筒液壓圖

如圖2所示，系統工作原理為：當吊車司機操作扒桿控制手柄，電信號經過放大器后傳給電液比例閥換向閥21，閥桿左位或右位動作。

圖2 扒桿操作控制手柄

當左位為工作位時（吊車扒桿上升），圖1中的A 為進油孔，液壓馬達右側進油，同時兩個梭閥34D打開，使壓力油經過順序閥34C 進行一定時間延遲，碟剎系統緩慢進油，從而完全打開剎車，馬達驅動滾筒轉動，實現扒桿的上升功能，該順序閥避免了被吊物在液壓馬達驅動力矩充分形成前可能會出現的溜滑現象。操作手柄回到中位時，換向閥21閥芯回中位，系統進回油路分別泄壓回油箱，由于液壓回路中設有兩個反平衡閥，從而實現動態液力剎車功能，碟剎機構在彈簧作用下使液壓油泄壓回油箱從而保持剎車力矩，此時扒桿處于靜止狀態。滾筒棘爪在彈簧力的作用下始終處于關閉狀態，防止意外下滑現象的發生。

當比例換向閥21 右位為工作位時，圖1 中的B為進油孔，液壓馬達左側進油，滾筒止動棘爪打開，馬達回油路中的兩個反平衡閥（動態剎車）在進油壓力上升到設定值50bar 時開啟，由于碟剎機構在順序閥的作用下延時釋放，因此有一緩慢的動摩擦過程，馬達驅動扒桿滾筒開始轉動，此時扒桿下降動作完成。當操作手柄回中位，扒桿停止下降，滾筒棘爪關閉，扒桿靜止。

1.2 存在問題

（1）由上述系統工作原理及液壓原理圖可知，滾筒液壓碟剎的剎車與釋放是通過順序閥34C 的兩位動作來實現的。操作手柄動作，主油路進油，從而開啟兩個梭閥，順序閥動作，接通剎車釋放壓力油；當操作手柄回中位時，進回油路后回油箱泄壓，順序閥閥芯在彈簧力的作用下，如圖1所示回下位，切斷剎車釋放壓力油，碟剎機構泄壓回油只能經順序閥34C 下位T 孔回油箱。順序閥和梭閥閥芯的卡滯、泄漏、損壞等可能情況導致的碟剎回油不暢將直接影響滾筒碟剎能否正常工作，從而造成碟剎片的非正常磨損，對吊車的操作使用具有極大的安全隱患，進而可能造成重大的財產損失、人員傷亡等事故。

（2）扒桿滾筒止動棘爪是一個典型的棘輪棘爪機構，是防止因滾筒碟剎故障和液壓系統內部泄漏引起的扒桿下滑墜落的安全裝置。由圖1可知，只有馬達右側為進油腔時即操作手柄使扒桿下降時，棘爪單作用于液缸才能進油，并使棘爪打開；當操作手柄回中位，液壓回路泄壓回油箱，棘爪液缸在彈簧力作用下回位，實現滾筒鎖止功能。而當操作手柄使扒桿上升時，馬達左側油腔泄壓回油箱，無法使棘爪液缸動作以打開棘爪，雖然棘輪棘爪機構的單向止動特點不影響扒桿上升動作的實現，但不可避免地造成了棘輪棘爪的過早磨損變形，極大降低了吊車操作的安全系數。

（3）海上鉆井平臺遠離岸基支持，受海洋氣候及海水等影響，工作環境較為惡劣，甲板吊車位于室外，為露天環境，而BMC 型甲板吊車液壓系統為開式循環液壓系統，其開式液壓系統油箱外置，并采用一般過濾式呼吸口和回油濾器，故不可避免地會存在液壓油的污染現象，增加液壓控制閥路異常卡滯故障頻率，以及增加換油頻率，致使維保頻次增加，從而加大了設備維護成本和維護工作量，也不可避免地會對平臺的運營生產造成一定影響。

2 改進措施

2.1 滾筒碟剎液壓系統

為防止吊車在正常使用過程中碟剎機構的非正常磨損，保證吊車的安全操作，通過與原設備廠家的共同探討，將碟剎機構液壓系統進行升級改造，如圖3所示。

圖3 碟剎液壓回路

改造后的液壓回路中增加了一個常開式二位二通電磁閥，P 口連接原來的剎車進油管線，T 口連接到閥組回油箱口。電磁閥線圈得電與失電的開關量由操作手柄來控制：當操作手柄動作使扒桿上升或下降，電磁閥得電，P 口與T 口切斷，使壓力油進入碟剎機構內部以壓縮彈簧從而釋放剎車；操作手柄回中位時，扒桿停止上升或下降動作，電磁閥失電，P 口和T 口處于接通狀態，碟剎內部壓力油迅速泄壓回油箱，使滾筒處于剎車靜止狀態。

碟剎系統的雙回路回油，避免了因液壓油污染或液壓閥磨損而帶來的回油不暢，減少了碟剎機構的非正常磨損，消除了吊車扒桿下滑墜落的安全隱患，提高了吊車使用的安全系數。另外，此改造方案不影響吊車的任何功能，經平臺現場的操作使用及維修保養反饋，升級后的碟剎系統工作穩定，消除了因碟剎機構的早期磨損而引起的溜車下滑的安全隱患。

2.2 滾筒鎖止棘爪機構

該吊車的原鎖止棘爪機構只有扒桿滾筒下降轉動時才會在液壓油的作用下打開，針對此現象，做了如下改進，圖4為改進后的鎖止機構液壓回路。

圖4 鎖止棘爪液壓回路

將原有棘爪液缸的進油口P 與馬達左側進油口A隔斷，并用堵絲封閉馬達A 進油口，另將棘爪液缸進油口P 經管線與馬達閥組上的G 口連接，中間設置一個可調單向節流閥，節流閥安裝方向如圖4所示。當吊車扒桿操作手柄動作發出上升或下降信號，馬達左側或右側進油，梭閥34D 打開，壓力油從閥組G口經過節流閥進入液缸打開棘爪。當手柄回中位，滾筒馬達停止轉動，馬達進回油兩側油路泄壓回油箱，棘爪液缸在彈簧力的作用下泄壓回油，通過調節節流閥開度實現控制棘爪復位速度，使棘爪在滾筒完全停止之后復位，完成棘爪鎖止滾筒，避免滾筒與棘爪發生機械碰撞而損壞。

棘爪鎖止液壓回路改進之后，并經過現場長時間的操作觀察，該系統工作運行平穩，未發現棘爪回位與滾筒棘輪發生碰撞變形和損壞，增加了扒桿起降和停止時的安全系數。

3 液壓系統現場維護保養

3.1 液壓油溫度和清潔度控制

BMC 型吊車為變幅、回轉開式回路液壓吊車，液壓元件精度較高，運動副的配合間隙非常小，液壓系統中有許多變量機構和比例控制閥，因此對液壓油的清潔度要求很高。油溫過高油液黏度降低，同時潤滑作用變差，加快液壓元件的磨損，使其內泄增大，縮短液壓元件的使用壽命，同時加速密封件的老化，油液容易變質。現場維護人員應根據環境溫度和設備運轉時間對油冷器及時進行清洗，定期對液壓油采樣分析，定期更換系統液壓油和濾芯。對液壓元器件進行更換或維修保養時，清潔工作要放在第一位，杜絕油液的二次污染。

3.2 回路中各壓力控制閥設定值校驗

根據設備保養手冊，定期檢查各壓力控制閥的預設壓力值，如吊車的回轉、扒桿升降（變幅）、主鉤和副鉤的升降馬達回路中的平衡閥（動態剎車）開啟壓力等。由于平衡閥對吊車液壓系統的安全至關重要，而閥內部結構復雜精密，不建議對故障閥進行修復，發現磨損嚴重或有問題時，應及時更換高質量的新閥，避免因壓力預設值的偏差或閥體本身的磨損、卡滯而引起吊車溜滑和重物墜落等安全事故的發生。

4 結束語

對鉆井平臺吊車液壓系統在工作中存在的問題進行研究分析，改進滾筒碟剎與棘爪鎖止機構液壓回路，降低了吊車因碟剎系統非正常磨損引起的故障率。指出液壓油的溫度及清潔度對液控閥尤其是負載回路中平衡閥的重要影響，定期檢查校驗平衡閥及安全溢流閥預設壓力，以消除吊車溜滑或重物墜落的安全隱患。