【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 液压系统；风浪补偿；同步回路；刹车回路
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正文：
摘  要:本文采用模块化与集成化的设计思想，介绍了潜水器吊放回收系统液压系统的工作原理和设计过程，分析了同步回路和刹车回路，创新性的探讨了风浪补偿回路，对于同类产品，甚至其他液压系统的设计工作，都具有重要的参考价值。
关键词:液压系统；风浪补偿；同步回路；刹车回路
中图分类号：TU621         文献标识码：B          文章编号：
 
吊放回收装置是一种整体安装在舰船作业甲板上的用于吊放回收潜水器的专用设备，潜水器存放在该装置门型吊架的正下方，液压系统是该装置的重要组成部分，其主要作用是为吊放回收装置中的钢缆绞车液压马达和门架变幅液压缸提供动力油源和控制油源，使该装置能有效完成潜水器在舰船甲板与水面之间的吊放回收功能。
1 工作原理
当工作母船搭载吊放回收装置到指定海域后，启动液压系统，液压马达驱动钢缆绞车将潜水器吊离工作母船甲板，变幅液压缸驱动门型吊架将潜水器摆至工作母船舷外，液压马达驱动钢缆绞车将潜水器释放至水面后脱开潜水器，待潜水器完成深海作业后，再以相反的方式将潜水器回收至工作母船甲板上。
2 液压系统设计
潜水器吊放回收装置液压系统原理图如图1所示，图中20为驱动绞车吊放钢缆的液压马达，25为驱动门型吊架变幅的液压缸。为使液压站布置紧凑，本方案采用1台轴向柱塞变量泵分别驱动门型吊架变幅油路和钢缆绞车油路。钢缆绞车油路和门型吊架变幅油路的速度要求进行无级调节，这两个油路选用比例换向阀；绞车刹车液压缸由电信号控制张紧和松开，该油路选用电磁换向阀。
启动液压系统后，若比例电磁铁BS1通过手柄输入变化的电压，液压马达将以相应的转速驱动钢缆绞车以所需的线速度回收钢缆；相反，若比例电磁铁BS2通过手柄输入变化的电压，液压马达将以相应的转速驱动钢缆绞车以所需的线速度释放钢缆。同样，若比例电磁铁BS3、BS4通过手柄输入变化的电压，门型吊架变幅液压缸活塞杆将以不同的速度驱动门型吊架向外或向内摆动，从而实现门型吊架的变速摆动。
绞车刹车系统的功能是为绞车刹车液压缸提供松开刹车的压力油。电磁铁DT1得电时，压力油将流经节流阀和减压阀进入刹车液压缸无杆腔，绞车刹车将被松开；电磁铁DT1失电时，绞车刹车将被张紧。电磁铁DT1可以与比例电磁铁BS1、BS2设计成连锁功能，即比例电磁铁BS1、BS2任何一个得电，电磁铁DT1都必须得电；比例电磁铁BS1或BS2失电，电磁铁DT1才能失电。电磁铁动作顺序表如表1所示：

1.球阀 2.油箱 3.空气滤清器 4.液位液温计 5.回油过滤器 6.风冷器 7.背压阀 8.电机、泵 9.高压过滤器
10.测压接头 11、14.单向阀 12.压力表组件 13.手动泵 15.节流阀 16.减压阀 17、23.电磁换向阀
18、24.比例换向阀 19.安全平衡阀 20.液压马达 21.刹车液压缸 22.溢流阀 25.平衡阀 26.液压锁 27.液压缸
图1  潜水器吊放回收装置液压系统原理图
表1  电磁铁动作顺序表

电磁铁 状  态	1DT	BS1	BS2	BS3	BS4
绞车收揽	+	+
绞车放缆	+		+
门架外摆				+
门架回摆					+

系统中在液压泵出口处设置单向阀11起安全保护作用，在油路中设置液控单向阀24实现液压缸的锁紧。为了保护液压马达20、防止钢缆绞车放缆时重物下降速度过快，在钢缆绞车油路中设置带安全阀的平衡阀；为了防止门型吊架摆过竖直位置时冲击压力过大，在液压缸两腔设置平衡阀。为了将油温控制在合适的范围，系统中设置了风冷器。系统中还设置了手动泵，在液压站突然断电等紧急情况下，可以通过手动泵驱动执行机构回收潜水器。
3 相关问题探讨
3.1 风浪补偿回路

图2  风浪补偿回路原理图

吊放回收装置工作时，母船会随着风浪作升沉运动，钢缆将承受交变载荷，故需对母船的升沉运动进行补偿，以减小钢缆所承受的交变载荷的幅值。风浪补偿回路原理图如图2所示。
风浪补偿回路的核心思想是：比例换向阀阀芯处于收缆的某个定值，流经比例换向阀的液压油流量刚好满足液压马达的泄漏，绞车处于收缆却收不动的“浮动”状态，即液压马达既可正转也可反转。当工作母船遭遇波峰时，重物将产生向上的加速度，钢缆的受力增大，致使液压马达的工作压力增大，安全阀被打开，液压马达反转释放钢缆；当工作母船遭遇波谷时，重物将产生向下的加速度，钢缆的受力减小，致使液压马达的工作压力减小，液压马达正转回收钢缆。压力传感器检测到液压马达入口处的压力低于设定值而向电磁换向阀发出换向信号，溢流阀接通安全阀的遥控口，其设定值低于安全阀的设定值，安全阀被打开，多余的压力油流经安全阀回到油箱。
3.2 门型吊架同步回路
同步回路中，执行元件名义上要求的流量，受到载荷不均匀、摩擦阻力不相等、泄露量有差别、制造上的差异等因素的影响。本液压系统中两液压缸的载荷基本上是均匀的，主要考虑液压缸活塞运动的阻力不相等、液压元件制造上的差异等因素对同步性的影响。
常用的同步回路有：机械连接同步回路、串联同步回路、用节流阀的同步回路、用同步缸的同步回路、用分流-集流阀的同步回路、用泵或马达的同步回路。根据本液压系统的实际情况，设计过程中重点考虑了如下3种同步回路，下面对这3种同步回路进行分析。

图3  门型吊架同步回路原理图
图3(a)为采用分流-集流阀+自控式平衡阀实现同步的回路。该回路的同步精度主要取决于分流-集流阀的制造精度，对载荷的均匀性没有要求，但是该同步回路两液压缸进出口都安装有自控式平衡阀，调节元件过多，载荷较小时可能发生平衡阀无法开启的情况。
图3(b)为采用分流-集流阀+它控式平衡阀+液压锁实现同步的回路。该回路的同步精度也主要取决于分流-集流阀的制造精度，对载荷的均匀性也没有要求，该同步回路两液压缸进出口都安装有液压锁，减少了调节元件，提高了载荷较小时系统的可靠性。
考虑到本液压系统两液压缸的载荷基本上是均匀的，最终设计了如图3(c)所示的同步回路，该回路在实际调试过程中取得了满意的效果。
3.3 绞车刹车回路
设计过程中重点考虑了如下2种刹车回路，下面对这2种刹车回路进行分析。
图4(a)所示为采用梭阀从液压马达的A、B口取压力油驱动绞车刹车液压缸的刹车回路。该回路应用广泛，但是当液压马达工作压力较低（比如绞车空载）时，A、B口的油液压力可能不足以驱动绞车刹车液压缸。

图4  绞车刹车回路原理图

图4(b)所示为从液压泵出口处引出压力油驱动绞车刹车液压缸的刹车回路。该刹车回路的主要特点是：驱动绞车刹车的油液压力不受绞车载荷大小的影响，刹车效果稳定可靠。
3.4 液压系统参数设置
根据计算，将钢缆绞车油路比例换向阀允许通过的最大流量限制为25L/min，比例换向阀控制压力调节为2MPa、安全阀压力调节为22MPa；将门型吊架变幅油路比例换向阀A口允许通过的最大流量限制为16L/min，为了避免门架回摆速度过快（速比1.96），将B口允许通过的最大流量限制为10L/min，比例换向阀控制压力调节为2MPa、安全阀压力调节为22MPa，比例换向阀A口最高压力限制为8MPa、B口最高压力限制为20MPa。
4 结束语
潜水器吊放回收装置液压系统虽然执行机构较少，但是该液压系统不仅探讨了调速回路、平衡回路、锁紧回路、刹车回路、同步回路，而且还详细分析了风浪补偿回路。本液压系统采用模块化的设计思想，选用高度集成的比例换向阀，不仅有效减少了连接管路，使液压站布置紧凑，而且还减小了压力损失，提高了系统的效率。对于同类产品，甚至其他液压系统的设计工作，都具有重要的参考价值。
参考文献
[1] 成大先，王德夫，姬奎生，等. 机械设计手册（第4卷）[M]. 北京：化学工业出版社，2004.
[2] 章宏甲，黄谊. 液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1998.