船舶液压升降系统主控制阀组的设计及应用

寂静回声

船舶液压升降系统作为特种工程船的关键技术，在工程船的使用过程中起着举足轻重的作用，尤其是该系统运动控制方面的主控制阀组的设计及制作，作为控制运动的核心部件，起着主导作用。

液压升降系统主控制阀组的作用

大型船舶在水里的升降，通常通过3根或者4根桩腿的运动插入海底，站稳后持续上升直至船体离开水面并离开水面一段距离，这种升降主要有两方面特点：①负荷很大，一般都达到1万吨甚至更大，即需要的起重量非常大，同时船体在离开水面或降入水中时，载荷一直处于变化状态；②速度要求比较高，由于潮水的起落，对船舶升降有很大的风险，因此船舶一旦决定升降动作时，应该以最快的速度脱离水面或降入水中。为有效解决上述问题，液压升降系统的主控制阀组起到决定性的作用。

液压升降系统主控制阀组的原理及设计分析

为能够带动整个船体上下运动，每个桩腿上安装有6根大型重载油缸，每根油缸载荷可达到600吨，这6根油缸油路采取并联联接，即提供总计达3600吨的最大推拉力，而在这种大载荷下，为使油缸仍然能够以较快速度运行，所需最大流量达到2200L/min，因此控制阀组采用6通径电磁阀和溢流阀作为先导控制级，主通道分别采用50通径和63通径方向型和溢流型大型插装阀，使整个系统具有高速通流能力，同时大量普通开关阀的使用，不仅大大降低系统的复杂性，提高了系统的抗污染等级，而且有效降低了维护成本。船体出水或者入水的过程中，油缸受力载荷一直处于动态变载中，为保持运行过程中系统稳定性，使用了多级压力先导控制阀组，通过压力监测，当实际载荷处于某一个限定值范围内，控制阀组自动切换到对应的压力等级，使系统实际运行压力一直处于合理的压力范围内，减少变载带来的高压震荡冲击，同时使系统处于最合理的运行功率下，有效降低不必要的能耗。

主控制阀组原理如图1所示。系统总油路从单向阀5进入主控制阀组，进入油缸6的液压油分别由先导控制方向插装阀组1和3控制，方向阀组1控制液压油进入油缸无杆腔，方向阀组3控制液压油进出油缸有杆腔，溢流阀组4一共有5级压力控制，分别有S6、S7、S8、S9四个6通径电磁阀和四个6通径溢流阀控制，溢流阀组2一共有4级压力控制，分别有S2、S3、S4三个6通径电磁阀和三个6通径溢流阀控制。


图1 主控制阀组液压原理图

当油缸缩回动作时，S5电磁阀得电，液压油通过方向插装阀3进入油缸有杆腔；①此时若油缸处于受压载荷情况，则电磁阀S4得电，油缸有杆腔液压油在无背压情况下通过溢流阀阀组返回油箱；②此时若油缸处于较小受拉载荷情况，则电磁阀S3 得电，油缸有杆腔液压油在负载受力压力下溢流返回油箱；③此时若油缸处于较大受拉载荷情况，则电磁阀S2得电，油缸有杆腔液压油在负载受力压力下溢流返回油箱；其中，当电磁阀S2下面溢流阀为系统保护溢流阀，通常设置压力值比较高。反之亦然，即当油缸伸出动作时，电磁阀S1得电，液压油通过方向插装阀1进入油缸无杆腔，根据油缸载荷情况，电磁阀S6、S7、S8、S9分别得电。

液压升降系统主控制阀组的油路设计及试验

由于该主控制阀块需要通过大流量液压油，普通的最大型标准换向阀根本无法满足要求，且有多级压力控制要求，因此采用的都是大型插装阀组，进行流道方向控制以及压力控制。在常规系统中，溢流阀一般都起保护作用，即溢流阀通常是不开启的，而该系统是要通过溢流阀的频繁开启来控制油缸的运行，因此阀块的流道设计有一定的讲究，不仅要具备快速通过大流量能力，而且要有快速散热能力。同时为了控制整个阀块的重量，因此采用了inventor三维设计软件进行合理流道设计和仿真分析。阀块流道的三维建图见图2。


图2 主控制阀块的内部流道三维图

主控制阀组设计制作完成后，再组装整机之前，在工厂内进行测试，测试主要包括以下内容：①通过大流量的能力检测；②各阻尼配置的合理性；③各电磁阀动作针对主阀的滞后性能检测；④各溢流阀压力的压力设定及稳定性测试。经过各项功能测试，该阀组完全符合设计要求，满足系统的原理功能。阀块测试见图3。


图3 主控制阀块试验

结论：
该阀组成功应用于国内某风电安装船，虽然在设计、试验时花费了大量精力，但取得了圆满的结果，不仅积累了大型阀块的设计、应用经验，而且使我国掌握了大型船舶液压升降系统的核心技术，对我国在海工领域的发展有促进作用。
参考文献
[1] 龚烈航,王强,涂群章,程建辉,等.液压系统污染控制[M].北京:国防工业出版社,2010.
[2] 雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,1998.
[3] 张利平.液压阀原理、使用与维护[M].北京:化学工业出版社,2009.
[4] GB/T786.1,液压气动图形符号[S].
[5] 陈启松.液压传动与控制手册[M].上海:上海科学技术出版社,2006.
[6] 何存兴，张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:华中理工大学出版社,1999.
[7] 林建亚,何存兴.液压元件[M].北京:机械工业出版社,1998.
[8] 王玉卿.工程机械实用液压传动[M].北京:机械工业出版社,2002.

答案哥

控制压力这样有什么好处啊，简单吗？