自動(dòng)位移補(bǔ)償液壓移運(yùn)小車的應(yīng)用

2013-09-20 12:24蔣家坤王稱心李清凱

船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師 2013年6期

蔣家坤，王稱心，李清凱

（南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，江蘇南通 226006）

0 引言

目前，液壓運(yùn)輸小車形式多樣，在應(yīng)對(duì)地面平整度方面各有特點(diǎn)，主要包括:1）通過(guò)軌道下面彈性片對(duì)軌道進(jìn)行調(diào)節(jié)；2）通過(guò)油缸監(jiān)控報(bào)警由油缸直接補(bǔ)償；3）通過(guò)小車上的頂升油缸底部與小車底座之間增加彈性片進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上三種調(diào)節(jié)方式有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)重型彈性片技術(shù)及調(diào)節(jié)范圍只能滿足陸地運(yùn)輸，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足裝船要求，油缸調(diào)節(jié)過(guò)分依賴傳感器的精度及可靠性，特別是在大量運(yùn)輸小車運(yùn)輸一個(gè)海洋工程產(chǎn)品時(shí)，監(jiān)控起來(lái)非常不方便，容易出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)有問(wèn)題全部監(jiān)測(cè)失效的現(xiàn)象。蓄能器式自動(dòng)位移補(bǔ)償液壓移運(yùn)小車由車座、油缸、蓄能器以及控制系統(tǒng)組成（圖1）。該液壓運(yùn)輸小車不僅能夠適應(yīng)地面不平整的工況，還能夠適應(yīng)從陸地到駁船上的海洋工程模塊或產(chǎn)品裝船。該蓄能器式液壓小車設(shè)計(jì)補(bǔ)償量為50mm，最大補(bǔ)償量75mm。

圖1 蓄能器式小車總布置圖

1 蓄能器式液壓小車參數(shù)

1）頂升油缸。油缸額定壓力為200Bar，工作能力200t，行程200mm，頂升速度為35mm/min。

2）蓄能器。蓄能器容積為20L，額定工作壓力為20MPa，蓄能器必須與頂升油缸通過(guò)管路及閥門連接。蓄能器氣囊介質(zhì)為氮?dú)狻?/p>

3）液壓泵站。液壓泵站額定工作壓力為315Bar，流量為8L/min～12L/min，油箱300L～370L，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。液壓泵站主要由電機(jī)、油箱、液壓泵組、液壓閥組、液壓附件、風(fēng)冷卻器、電控柜、濾油器、液位計(jì)及連接管組成。

4）控制系統(tǒng)。PLC面板具備同步頂升控制系統(tǒng)，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)頂升控制。控制系統(tǒng)主要功能包括:（1）各點(diǎn)位移手動(dòng)升降；（2）各點(diǎn)壓力均由蓄能器自動(dòng)補(bǔ)充調(diào)節(jié)；（3）各點(diǎn)壓力手動(dòng)調(diào)節(jié)；（4）壓力數(shù)值實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障報(bào)警功能。

2 蓄能器式液壓小車補(bǔ)償原理

要研究蓄能器式液壓小車補(bǔ)償原理，應(yīng)先從氣體的體積、溫度、壓力三個(gè)確定氣體狀態(tài)的基本參數(shù)討論。要研究氣體物理狀態(tài)的變化，進(jìn)行工程上的計(jì)算，就要研究這三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系。而表示其三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系式就是氣體狀態(tài)方程式。

波義耳—馬略特定律可表述為:一定量的氣體在等溫時(shí)的容積(V)與壓力(P)成反比，即:

即是說(shuō)，當(dāng)遇到坑凹不平的地面，某個(gè)點(diǎn)低于初始平面，由于油缸中的油是不可壓縮的液體，這時(shí)油缸壓力會(huì)突然失去，導(dǎo)致該油缸會(huì)留在原地并由于該油缸失去壓力給周圍的油缸會(huì)突然增加較大的壓力，對(duì)油缸或被支撐的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生像漏油、結(jié)構(gòu)物局部點(diǎn)失效以及油缸超過(guò)額定壓力等隱患。根據(jù)波義耳—馬略特定律，蓄能器會(huì)彌補(bǔ)這些安全隱患，因?yàn)楫?dāng)某個(gè)點(diǎn)低于初始平面時(shí)，該點(diǎn)壓力必定減少，根據(jù)公式（1）可知?dú)怏w體積變大，這樣就可以把蓄能器中的液壓油回補(bǔ)給油缸，使得油缸頂升頭的行程增加去抵消坑凹不平地面高差。

3 蓄能器式液壓移運(yùn)小車的應(yīng)用

蓄能器式液壓小車在很多項(xiàng)目中都進(jìn)行了應(yīng)用，特別是在模塊的移運(yùn)、稱重及裝船方面應(yīng)用廣泛。

1）模塊移運(yùn)

蓄能器式液壓小車目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到大型模塊的移位，例如動(dòng)力模塊、泥漿處理模塊、鉆井模塊以及懸臂梁模塊。圖2為模塊移運(yùn)小車，圖3為控制泵站布置圖。

圖3 模塊移運(yùn)小車泵站布置圖

陸地移運(yùn)的模塊最重可達(dá)1400t，尺寸最大達(dá)到25m×40m。模塊移運(yùn)過(guò)程中，移運(yùn)速度不宜過(guò)快，在軌道對(duì)接口位置不允許出現(xiàn)前面接頭高于后面接頭超過(guò)3mm，該軌道鋪設(shè)區(qū)域高差應(yīng)控制在50mm以內(nèi)，油缸頂升前，蓄能器氣體壓力應(yīng)控制在該位置最終頂升壓力的70%左右。

2）海洋工程產(chǎn)品裝船

目前海洋工程產(chǎn)品裝船的方式很多，主要包括滑移裝船、吊裝裝船、浮式裝船以及小車裝船。其中小車裝船又包含整體式小車裝船以及分散式小車裝船方式。在這些裝船方式中，分散式小車裝船技術(shù)難度最大。下面以自升式海洋工程輔助船為例進(jìn)行討論。

自升式海洋工程輔助船船長(zhǎng)46.3m，寬30.3m，裝船重量為2590t。采用3列小車共28個(gè)液壓小車，每個(gè)小車設(shè)計(jì)載荷92.5t。

裝船時(shí)，應(yīng)該在水流速度小于1.2節(jié)的情況下進(jìn)行，并且在總控制面板上對(duì)各點(diǎn)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。裝船時(shí)，嚴(yán)格按照裝船程序進(jìn)行操作，同時(shí)調(diào)載也應(yīng)按照調(diào)載程序進(jìn)行。

3）模塊稱重

該小車配備了壓力及位移傳感器，同時(shí)控制系統(tǒng)具備整體頂升控制功能，因此可在模塊稱重領(lǐng)域進(jìn)行使用。模塊稱重時(shí)，根據(jù)每個(gè)小車布置位置及顯示的壓力通過(guò)計(jì)算公式可以得出平面內(nèi)的模塊重量重心。

稱重時(shí)，假定布置n臺(tái)小車，每臺(tái)小車顯示的力為Fi，每臺(tái)小車距參考點(diǎn)在X方向?yàn)閄i，在Y方向?yàn)閅i。被稱物體重量重心由公式可以算出:重量G=；被稱物體在X方向有:( X?Xi)=0，

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)蓄能器自動(dòng)位移補(bǔ)償液壓移運(yùn)小車的設(shè)計(jì)原理及參數(shù)進(jìn)行了闡述和分析，對(duì)比了目前各種液壓小車的優(yōu)缺點(diǎn)，明確了新型小車的運(yùn)用領(lǐng)域，對(duì)海洋工程建造模式與方法提供了更多的選擇。雖然海洋工程裝備建造過(guò)程中，這僅僅只是其中的一項(xiàng)建造工藝技術(shù)，但是，這一小步的進(jìn)步對(duì)推動(dòng)海洋工程快速發(fā)展具有積極意義。