張 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

0 引言

某自升式平臺升降系統(tǒng)單樁4 個提升油缸系統(tǒng)為開式并聯(lián)系統(tǒng)，用一個主比例閥同時控制4 個油缸的升降，用平衡閥來實現(xiàn)提升油缸的安全升降和管路防爆。由于一個樁腿時上的每個提升油缸由于制造精度、裝配誤差以及管路損失不同，在加上提升油缸液壓系統(tǒng)中又未設計流量同步控制功能，必然導致在升降過程中，4 個提升油缸負載不均衡，導致輕負載側速度快，重負載側速度慢，從而4 個油缸伸縮速度不一致，同樁腿的4 個提升油缸同步性很差。

1 優(yōu)化方案選擇

為改善同樁腿4 個提升油缸的同步性能，在升降液壓系統(tǒng)回路中增加同步控制組件回路；一般液壓系統(tǒng)主要同步控制回路類型表1 所示。通過分析，對于本升降系統(tǒng)同步方案采用同步馬達來實現(xiàn)油缸同步。

2 方案

2.1 同步馬達原理

圖1 為同步馬達的原理圖，圖2 為改造之后的升降裝置部分液壓原理圖，同步馬達連接在比例閥與提升油缸有桿腔管路之間，同時在系統(tǒng)的總回油管增加1 個0.3 MPa（3 bar）的單向閥。油缸活塞桿縮回動作時，當某個提升油缸提前達到終點，對應的溢流閥開啟，即起安全調(diào)壓的作用；同時保證即使回路中只有一只液壓缸已經(jīng)提前完成了整個行程的情況下，其他液壓缸仍然可以完成其工作行程；當油缸伸出時，肯定有一條油缸會先到底端，此時，通過同步馬達的單向閥和系統(tǒng)回油管路中的單向閥，保證的系統(tǒng)回油有一定的背壓，使油液補充到同步馬達中，保證剩余的幾條缸都能到達底端，消除同步誤差。

圖1 同步馬達原理

2.2 同步馬達選型

已知該系統(tǒng)每條樁腿通過比例閥的總流量為292 L/min，即通過每個油缸的最大流量為73 L/min，油缸平衡閥二次溢流閥設定壓力為22 MPa，泵出口溢流閥設定值為25 MPa；由于同步馬達分為齒輪同步馬達和柱塞同步馬達，柱塞同步馬達的壓損較大，為進口壓力的20%，故選用壓損較小的齒輪同步馬達，選用的同步馬達具體參數(shù)見表2。

2.3 實施方案

同步馬達放置在主閥支架一側，同步馬達油口方向與主閥一側平行，主閥出口有桿腔總管，從同步馬達出口分出來的4 支管路分別于4 個提升油缸的有桿腔軟管連接處的球閥相連，具體布置如圖3 所示。

2.4 樁腿升降速度計算

提升油缸缸徑：Dt=600 mm，提升油缸桿徑：dt=300 mm，提升油缸行程：Lt=1200 mm，提升油缸數(shù)量：Nt=4，活塞伸出無桿腔進油量：Q伸無=Q單/Nt=73 L/min，活塞伸出有桿腔回油量：Q伸有=Q伸無/ψ=54.75 L/min，活塞桿伸出時間：t伸=LtπDt2/4Q伸無·106=4.648 min，活塞桿縮回時間：t縮=Ltπ（Dt2-dt2）/4Q縮有·106=3.486 min。

表1 液壓系統(tǒng)主要同步控制回路

圖2 升降裝置部分液壓原理

表2 同步馬達參數(shù)

圖3 同步馬達管路布置

2.4.1 降平臺工況

（1）4 個樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t1J=t伸+t縮+t其他=8.304 min，平臺升降速度：v1J=Lt·60/t1J·1000=8.671 m/h。

（2）3 個樁腿的插銷孔高度一致，一個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t2J=t伸+t縮·2+t其他·2=11.96 min，平臺升降速度：v2J=Lt·60/t2J·1000=6.02 m/h。

（3）2 個樁腿的插銷孔高度一致，2 個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t3J=t伸+t縮·3+t其他·3=15.615 min，平臺升降速度：v3J=Lt·60/t3J·1000=4.611 m/h。

（4）4 個樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t4J=t伸+t縮·4+t其他·4=19.271 min，平臺升降速度：v4J=Lt·60/t4J·1000=3.736 m/h。

2.4.2 升平臺工況

（1）4 個樁腿的插銷孔高度一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t1S=t縮+t伸+t其他=8.304 min，平臺升降速度：v1S=Lt·60/t1S·1000=8.671 m/h。

（2）3 個樁腿的插銷孔高度一致，一個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t2S=t縮+t伸·2+t其他·2=13.122 min，平臺升降速度：vS=Lt·60/t2S·1000=5.487 m/h。

（3）2 個樁腿的插銷孔高度一致，兩個樁腿插銷孔高度不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t3S=t縮+t伸·3+t其他·3=17.939 min，平臺升降速度：v3S=Lt·60/t3S·1000=4.014 m/h。

（4）4 個樁腿的插銷孔高度均不一致。樁腿一個節(jié)距循環(huán)所用時間：t4S=t縮+t伸·4+t其他·4=22.757 min，平臺升降速度：v4S=Lt·60/t4S·1000=3.164 m/h。

3 結論

從以上數(shù)據(jù)可以得出，平臺升降速度與各樁腿樁靴的觸地狀態(tài)有關，即與各樁腿的插銷孔是否在同一個高度有關系，各樁腿插銷孔的高度差異性越小，則各樁腿負載轉(zhuǎn)移倒手等待的時間越短，平臺升降速度越快；若各樁腿插銷孔的高度差異性越大，則各樁腿負載轉(zhuǎn)移倒手等待的時間越長，平臺升降速度越慢。

樁腿升降速度滿足7.5 m/h 的設計要求；而平臺升降速度只有在4 條樁腿插銷孔高度完全一致時，才滿足7.5 m/h 的設計要求；在其他情況下，平臺升降速度小于設計速度7.5 m/h，這是由液壓系統(tǒng)本身的選型配置決定的；若要提高平臺升降速度，則需要增加泵的輸出流量和電機功率，同時對系統(tǒng)電機、泵組、主閥、平衡閥以及管路全部重新進行設計和選型匹配。