桥吊防挂舱保护液压系统的原理及试验验证

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随着超大型集装箱船泊的使用，大型集装箱起重机也已经被设计生产出来，这也不可避免增加了从船舱内装卸货物的频率。如何能够保证在不影响装卸效率的情况下又能够实现安全顺畅的装卸作业，这就需要在起重机上应用-系列的防护措施。液压防挂舱系统就是诸多防护措施的-个，且也是最重要的安全保护装置。

1 挂舱保护的功能实现在桥吊吊具与卷扬卷筒之间增加油缸支撑，使整个起重货物的重量完全作用在油缸上，并且通过油压来反应所吊货物的重量。由于挂舱事故所导致的起重载荷会因为瞬间载荷的急剧升高而触发液压防挂舱系统开启，此时油缸陕速缩回来补偿挂舱信号发出到卷扬停止这段时间内的起升高度，从而起到挂舱保护的目的(见图 1，左侧为整个起升钢丝绳的缠绕系统，右侧为防挂舱油缸的装配)。

壤图 1 桥 吊起升卷扬系统(左 )及防挂舱油缸示意图(右 )2 液压系统的组成液压变量柱塞泵(2)与挂舱保护单作用油缸(5)组成开式液压回路；溢流阀(3)用来设定系统正常工作时的保护压力；插装阀(6)、(9)，阻尼 (7)、(8)、(11)，溢流阀(12)以及压力继电器(10)用来实现挂舱保护功能。其中溢流阀(12)用来设定挂舱保护动作的触发压力，压力继电器(10)用来向整机的控制系统发出挂舱事故信号∝止阀(13)用于挂舱保护液压系统维修时给油缸卸荷。油缸的活塞腔为工作腔，活塞杆腔为非工作腔，通过插装阀(6)与油箱直接相通(见图 2)。

图2 挂舱保护原理图3 液压系统的工作原理在挂舱时之所以油缸能够快速缩回，是因为此时设定有挂舱触发压力的溢流阀(12)首先打开，油缸活收稿 日期：2013-06.25作者简介：原林林(1979-)，男 ，河南焦作人，工程师，学士，主要从事港机液压技术方面的设计及调试工作。

36 液压与气动 2013年第8期塞腔内的液压油经由此溢流阀通流回油箱，在此之后的-系列连锁反应则是因为阻尼(7)、(8)、(11)的存在，导致插装阀(6)和(9)弹簧腔和 A口之间(参见图3)产生了足以克服弹簧弹力的压降，因此，在插装阀(6)最终打开后，油缸活塞腔的液压油通过插装阀(6)有-半进人油缸的活塞杆腔，另-半则直接通回油箱(注：油缸的两腔面积比为 1：2，以配合所选比例换向阀AB口 1：2的流量控制)，实现油缸的快速缩回功能。图3中挂舱之前，因为溢流阀(12)处于关闭状态，系统内与油缸活塞腔相通的各个流道处于封闭容器内，图2系统内各点之间的关系为：P ：P P P F/A 。i P 0。其中：F为油缸所承载的载荷，Acylinder为油缸活塞面积。

阻尼7图 3 主挂舱 阀块剖面 图挂舱之后，溢流阀(12)首先打开，此时油缸活塞腔内的油将会经由系统内的各个流道以及此溢流阀流出，因为有油流动，在液压油经由阻尼(7)、(8)的进口以及出口将会形成-定的压降，当此压降大于插装阀的弹簧力时，该插装阀将会被打开，油缸快速卸荷。阻尼(11)的存在用于防止当插装阀(9)打开瞬间因为P点的压力突然下降而导致插装阀(9)又重新关闭。

此时图2系统内各点之间的关系为：P 溢流阀12的设定值。P PdAp1，P PbP Ap2F/A li d 。

其中：Ap 为阻尼 8两端的压差，Ap 为阻尼 7两端的压差。

通过图4所示的插装阀芯面积关系可以得知：Ap1Fl/na1P (n-1)/n，ap2Fzlna2Pb(n-1)/n。

其中：F 为插装阀(9)的弹簧力，F 为插装阀(6)的弹簧力，a。为插装阀(9)A口的阀芯面积，a 为插装阀(6)A口的阀芯面积，n为插装阀芯弹簧腔侧油压作用面积与插装阀A口的阀芯面积比(参见图4)。

图4 溢流型插装阀芯面积计算图4 液压挂舱系统保护功能的试验测试4.1 试验参数设定参数测定见表 l和表2所示。

表 1 插装阀芯面积比Jl1的情况电机转速/rpm单根钢丝绳 起升电机 20% ×1800 360驱动力矩： 挂舱力 25t 55% X1800990 12415 N· m 100% ×18o01800表 2 插装阀芯面积比n1.07的情况单根钢丝绳 起升电机 电机转速/rpm驱动力矩： 20% Xl800360 挂舱力 25t12415 N ·m 55% ×18009904.2 试验过 程桥吊上只保留吊具上架。试重箱处于海陆侧轨道之间；小车处于两个试重箱的正上方。试验通过缩减其中吊具上架-个角对应的钢丝绳的长度模拟单个角挂舱(三个角对应的钢丝绳长度约20 m，-个角对应的钢丝绳长度约 19.8 In)。实验前、后钢丝绳状态如图 5所示。

蹴 约 . 鬣刈 i j-a)挂舱前 b)挂舱后图5 试验前后吊具及载荷状态簪 躺 ， ～ -