线型绞车液压系统的优化设计

线型绞车是一种海洋石油、船舶行业用来拖拉海上或陆地大型机械的专用液压设备，在荷兰、美国等航海业发达的国家都有专业从事该类设备生产、研发的公司，其产品已经系列化，拖拉吨位可从36t到700t。随着我国海洋石油业的发展，国内从20世纪90年代中期开始了在该领域的研究，已生产出拖拉吨位为600t的线型绞车，如图5-6所示。该设备已多次完成千吨重的浅海采油平台、导管架等大型设备的拖拉作业。

图5-6 线型绞车实物图

线型绞车由液压动力站、绞车和卷缆机三部分组成，以柴油发动机为动力源，通过绞车的两套楔形夹钳，采用连续拖拉或间歇拖拉钢缆的方式进行拉拔作业，并用卷缆机将夹钳送出的钢缆回收。楔形夹钳通过两组液压缸完成夹紧钢缆和拖拉动作；连续拖拉时，一套夹钳夹紧钢缆并带动负载向前移动，同时另一套夹钳打开并回缩。依靠行程开关，两套夹钳行程交错，交替工作，拖动负载连续、平滑地向前移动。线型绞车具有以下特点：

1）整机吨位大，液压系统复杂，能适应海上的作业环境。

2）整机采用模块结构，拆卸方便，适宜移动和运输。

3）夹钳的夹持部件可更换，能适应多种规格的钢缆，能满足用户的多种作业需求。

4）作业方式灵活，既可拖拉，又可外放钢缆；既可现场控制（手动或自动），又可遥控作业；自动工况下，既可单夹钳间歇作业，又可双夹钳连续作业。

5）液压系统采用电液比例变量柱塞泵，夹钳的作业速度可在20%～100%范围内精细调整。

6）整套液压系统带有多级安全保护和监控措施，保证使用时安全可靠。

1.液压系统的组成

线型绞车液压系统由液压动力泵站、夹钳液压控制系统、卷缆机液压控制系统三部分组成。其液压系统原理如图5-7所示。

（1）液压动力泵站 液压动力泵站由柴油发动机、齿轮箱、泵组、冷却循环系统、油箱组件l组成。主泵2采用电液比例轴向柱塞变量泵，用于驱动绞车夹钳主推液压缸进行拖拉作业；控制泵4采用恒压定量柱塞泵，用于控制绞车夹钳夹紧液压缸动作和驱动卷缆机工作；低压泵组3采用三联齿轮泵，其中前两联用于为主泵补油，第三联用于冷却循环系统。

图5-7 线型绞车液压系统原理

1—油箱组件 2—主泵 3—低压泵组 4—控制泵 5—主阀组 6—控制阀组 7—冷却阀组 8—补油阀组 9—绞车阀组 10—1号夹钳液压缸组 11—2号夹钳液压缸组

（2）夹钳液压系统 夹钳液压系统包括1号夹钳液压缸组10、2号夹钳液压缸组11、主阀组5、控制阀组6、补油阀组8。

夹钳液压缸组10、11各包括一对主推液压缸和一对夹紧液压缸。其中，主推液压缸用于拖拉钢缆，完成作业，夹紧液压缸用于楔形夹钳对钢缆进行夹持和锁紧。主阀组5用于控制夹钳主推液压缸动作，控制阀组6用于控制夹钳夹紧液压缸动作。它们均有手动控制和自动控制两种作业模式。

2.液压系统的工作原理(www.xing528.com)

（1）绞车夹钳的工作原理 绞车夹钳是线型绞车主要的作业设备，其液压控制系统也是整个设备的关键。夹钳液压系统分手动、自动两种控制模式。

1）手动控制模式。手动控制使用时间短，一般用于以下几种情况：

①穿挂钢缆，调整夹钳位置，为自动控制模式做准备。一般将1号夹钳主推液压缸全缩回，2号夹钳主推液压缸全伸出。

②细微调整作业，常用于拖拉作业的开始和结束阶段。

③紧急情况下使用（如自动控制失灵等）。

手动控制时，S31、S41电磁铁通电，控制阀组6和补油阀组8控制阀换向；此时，夹钳夹紧液压缸无杆腔进油，夹钳处于夹持钢缆等待状态。操纵1号夹钳电控手柄，控制主阀组5换向，1号夹钳主推液压缸伸出、缩回，即实现单个夹钳前进、后退。

2）自动控制模式。在1号、2号夹钳行程的最终位置，分别装有两个连续的行程开关，其间距和位置均可调整，表示为LS11、LS12、LS21、LS22。起动自动控制模式后，夹钳液压系统的控制阀组按一定的动作程序顺序换向（自动控制程序见表5-1），循环往复，使1号、2号夹钳自动交替完成夹持、拖拉钢缆作业。

表5-1 自动控制程序

程序1：自动控制开始后，1号夹钳夹紧钢缆前进。其主推液压缸外伸后，有杆腔回油流向2号夹钳主推液压缸的有杆腔，推动2号夹钳回撤（松开钢缆状态）；此时，由于补油阀组的S41电磁铁通电，补油泵对主泵补油后的多余流量也进入2号夹钳主推液压缸的有杆腔，使2号夹钳的回撤速度高于1号夹钳的外伸速度。当1号夹钳外伸到行程开关LS11时，2号夹钳已在起点就绪。

程序2：当1号夹钳外伸到行程开关LS11时，LS11控制2号夹钳也开始夹持、拖拉钢缆，与1号夹钳状态相同。此为保护性程序，防止1号、2号夹钳交替作业时发生掉缆现象，时间较短。

程序3、程序4、程序5：当1号夹钳外伸到行程开关LS12时，LS12控制1号夹钳松开钢缆，开始回撤，而2号夹钳保持原作业状态。与程序1类似，当2号夹钳外伸到行程开关LS21时，1号夹钳已回撤到起点。

程序6与程序2类似。当2号夹钳外伸到行程开关LS21时，LS21控制1号夹钳也开始夹持、拖拉钢缆，与2号夹钳状态相同。

程序7、程序8分别类似于程序3、程序4。当2号夹钳外伸到行程开关LS22时，LS22控制2号夹钳松开钢缆，开始回撤，而1号夹钳保持原作业状态此时，已开始程序1阶段。

控制程序从程序1到程序8循环往复，控制1号、2号夹钳交替作业，使钢缆被连续拖拉向前。

自动控制必须满足以下两个基本条件：①当一套夹钳前推到达1号行程开关时，另一套夹钳已回缩到起始位置；②当前推夹钳由1号行程开关到达2号行程开关时，另一套夹钳必须已完成夹紧钢缆动作。

（2）卷缆机液压系统的工作原理 卷缆机是线型绞车的基本配套设备，其工作原理类似于传统卷扬绞车。由于大吨位线型绞车使用的钢丝绳较粗（最大直径可达160mm），卷筒容量大（一般要求可卷绕钢丝绳长度为600～1000m），要求卷缆机液压驱动马达额定转矩较大，并配有大型减速器。卷缆机采用人工手动控制，有液压卷缆、液压放缆和自由放缆三种作业模式。