高速绞车液压控制系统设计研究

　　1 前言

　　绞车又称卷扬机，是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的装备，在船舶海洋工程、矿山、建筑、水利工程、林业、码头等领域广泛应用[1]。绞车按照动力分为手动、电动、液压三类。手动绞车结构简单，但负载小、速度慢、行程短; 电动绞车控制方便，负载、速度适中，但过载保护能力差，不能在易燃易爆场合使用; 液压绞车负载大、速度和行程范围宽，过载自动保护，因而应用广泛。液压绞车一般负载10 ～3500 kN，速度0. 1 ～ 0. 5 m/s，个别达到5 m/s，行程最大达到13700 m[2 -3]。

　　本文研发的液压绞车是用液压马达驱动卷筒上缠绕的钢丝绳来水平牵引重物，最大负载30 kN，最大速度 10 m/s，而且要求在2 ～3 s 内将速度从0 加速到10m / s 或从10 m / s 减速到0，如图1 所示，时间t₁～ t₆可依据需要调节。如此大牵引速度的液压绞车，目前还没有检索到类似的公开报道。

　　2 液压控制系统设计

　　选用排量 3600 mL/r 的径向柱塞式低速大扭矩液压马达，其最大转速480 r/min、最低稳定转速 2. 5r / min。由此计算出液压控制系统工作压力21 MPa、流量1500 L/min，控制系统流量很大。实现大流量控制，可以考虑如下几种方案:

　　( 1) 采用插装阀: 二通插装阀通流能力强，很容易实现大流量的方向控制，阀口开启速度可控，阀口关闭速度的可控性较差，能够实现绞车牵引速度加速控制的要求但较难实现减速控制的要求;

　　( 2) 采用滑阀: 滑阀通过阀芯与阀体的相对位置来控制油路的通断或流经阀口流量的大小，如果控制系统设计合理且能有效控制阀芯的启、闭运动速度，则不难实现图 1 的速度控制要求，但市场上没有额定流量达到1500 L/min 的滑阀可选;

　　( 3) 采用比例控制: 采用比例流量控制阀或换向阀来控制马达转速，从而实现对绞车牵引速度的控制，可以很容易地实现图1 所示的牵引速度变化。但市场上大通径的比例阀很少，需要定制，某公司 DN52 通径的比例阀阀口开达到1500 L/min 流量时，阀口压降约2. 6 MPa，牺牲了部分供油压力。采用合适的大通径比例插装阀，可以降低阀口的压力损失，但比例阀价格较贵，对露天和粉尘环境的适应性相对较差[4]。

　　综合各方面因素，确定采用滑阀控制方案，并自主研发出大通径二位四通滑阀来作为绞车液压控制系统的主控阀。图2 是绞车液压控制系统原理图，该系统用自主研发的两台大通径滑阀2 和3 来分别控制低速大扭矩液压马达1 的正、反转，以实现绞车牵引重物的前行和后退; 大通径滑阀2 和3 采用电、液动控制，阀芯两端设计有受力面积差，且阀芯运动的速度可以调节，从而可实现绞车启动、停止时的加速、减速速度调节。系统工作原理如下: