船舶舱口盖液压启闭系统的同步性能分析与比较

2018-03-05秦言明

机械工程师 2018年2期

秦言明

（浙江欧华造船股份有限公司，浙江舟山 316101）

0 引言

舱口盖启闭系统是船舶货舱区域甲板大开口的关闭装置，由大型钢结构盖板、驱动、滚行、连接、限位等机构组成，主要完成舱口的密封和货物的保护功能，在船舶制造中是一项工作量较大、周期比较长、交付较困难的工程[1-4]。如图1～图3所示，舱口盖的启闭通常采用液压油缸驱动才能完成。受航区、季节、气候、海况的影响，对液压启闭系统的可靠性要求非常高。特别是在偏载的情况下，如果两只液压油缸运行不同步，容易造成启闭系统中行走滚轮的轴套磨损、行走轨道磨损变形，甚至舱盖本体严重变形，这直接影响到船舶的密封安全性、舱口启闭机构的可靠性与平稳性，影响到船舶在港口装卸货物的及时性，海运物流的通畅性[5-6]。为此确保舱口盖启闭的同步性越来越被船级社、船东和船厂重视。

1 舱口盖液压启闭回路的选择与基本参数的设定

图1 配置折叠式舱口盖的散货船

图2 启闭液压油缸收回状态

图3 舱口盖折叠状态

1.1 舱口盖液压启闭回路的选择

为了便于比较分析，选择3种液压启闭回路，均设定在以下相同的工作参数下运行，从而比较在不同载荷下的启闭同步性能，图4、图5、图6是基于AMESim软件建立的刚性连接回路、节流回路和马达分流回路的仿真模型[7-8]。

1.2 基本参数的设定

1)舱口盖启闭载荷为6000 N；2)液压油缸内径为200 mm，活塞杆直径为110 mm,行程为1100 mm；3)液压系统流量为28 L/min。

2 舱口盖的启闭同步性的仿真分析

2.1 刚性连接回路

如图4所示的刚性连接回路，液压缸之间的同步靠刚性结构来保证。此种方法结构简单，但是当两缸的受力不同时，刚性连接的作用力易造成液压缸损伤及液压缸的不同步。设置液压油缸1负载为2000 N，液压油缸2负载为4000 N，仿真结果如图7、图8所示，液压油缸1在0～10 s，运行稳定，10～15 s液压油缸1抖动。液压油缸2在0～25 s，一直没有动作。这种情况下，现场往往加大液压系统压力，带来不利影响是油缸密封受损，滚轮机构偏磨，甚至舱口盖发生变形。

图4 刚性连接回路

图5 节流回路

图6 马达分流回路

2.2 节流回路

图7 刚性连接回路液压缸位移曲线

图8 刚性连接回路液压缸速度曲线

如图5所示，节流回路采用2个节流阀分别控制2条油路的流量，使两液压油缸活塞移动速度同步，其同步精度受节流阀性能和油温影响较大，节流阀开启后会滞后，造成液压缸的不同步。仿真结果如图9、图10所示，即使载荷均衡，当两液压油缸负载都在3000 N时，同步性能也不理想，0～5 s，两液压油缸位移相同，两液压油缸同步性较好，15～19 s，由于节流阀造成的滞后性，导致两液压油缸运行不同步，速度不稳定。

2.3 马达分流回路

如图6所示，液压马达分流回路是由加工精度较高、尺寸相同的液压马达组成。相同的尺寸和较高的加工精度，使得通过每一个液压马达的流量(排量)近似相同,从而达到输送至液压油缸的流量相等。

仿真结果如图11、图12所示，当舱口盖启闭载荷均衡，两液压油缸负载都在3000 N时，两液压缸的位移曲线和速度曲线基本重合，同步马达回路达到了很好的同步精度。

当舱口盖启闭载荷处于偏载状态，仿真结果所示如图13、图14，其中一缸的负载下降为2000 N时，则负载相对较小的液压缸先伸出，存在一定的不同步情况，但由于同步马达出口处有节流阀和交叉溢流补油回路，最终消除了由于偏载引起的行程误差。

2.4 仿真结果比较

以上仿真结果显示，刚性连接启闭回路的同步性能差，在载荷不均情况下更容易导致启闭系统故障，引起油缸密封与机械损伤。节流回路同步性比刚性连接回路明显提高，但存在滞后、运行不稳定现象，也是目前液压启闭系统故障产生的主要原因。马达分流回路同步精度高，运行稳定，虽然造价高，但可有效保障液压启闭系统长期安全平稳运行，值得加以推广应用。

3 结语

图9 节流回路液压缸位移曲线

图10 节流回路液压缸的速度曲线

图11 马达分流回路液压油缸的位移曲线

图12 马达分流回路液压油缸的速度曲线

图13 马达分流回路油缸偏载时位移曲线

船舶舱口盖启闭系统多种多样，是一项复杂工程，在实际的舱口盖设计中，我们需要根据船舶类型、舱口位置、舱口盖负荷、操作工况等因素考虑同步控制回路选择。特别是多对折叠式舱盖运动部件多、机构复杂及宽大型的舱口盖，建议选择同步性能优良的控制回路，以保障其船舶货运工作的可靠性，避免液压控制回路同步性不良而引起系统油缸顶升力不足,舱盖打不开等故障。