一種載人氣動(dòng)絞車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李曉光+戴克文+張曉軍+朱興+任偉+王嘉波

摘 要：該文以遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動(dòng)絞車為例，介紹一種具有行程控制功能、過載保護(hù)功能、緊急停機(jī)功能、防止誤操作功能及斷氣制動(dòng)功能的載人氣動(dòng)絞車的氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：載人氣動(dòng)絞車；氣動(dòng)；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH138 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：The paper takes the JQH-20-MR air winch-MR as an example of Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.， Ltd. Introduces a kind of design for air winch-MR control system ， the control system including travel control property ， overload protection property， emergency shut property ， mai-operation prevention property and airless to brake property.

Keywords： air winch-MR；air-operated；controlsystem；design

0.引言

載人氣動(dòng)絞車是以氣動(dòng)馬達(dá)為動(dòng)力，通過齒輪減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)卷筒，實(shí)現(xiàn)重物提升的絞車裝置。它具有安全可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、維修簡(jiǎn)單、無極變速等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于海洋平臺(tái)、海洋船舶、陸地鉆井、礦山開采等領(lǐng)域，因其具有防爆特點(diǎn)，尤其適用于易燃、易爆氣體的場(chǎng)所。

每座自升式海洋鉆井平臺(tái)配備3臺(tái)載人氣動(dòng)絞車，用于人員和重物的運(yùn)送，但該方面的市場(chǎng)大多被英格索蘭和EMCE兩家公司壟斷，價(jià)格也非常昂貴。我國(guó)對(duì)于載人氣動(dòng)絞車的研究處于起步階段，產(chǎn)品尚未被廣大廠家認(rèn)可，尤其是海洋鉆井平臺(tái)上配備的載人氣動(dòng)絞車。該文以遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動(dòng)絞車為例，介紹一種先進(jìn)的載人氣動(dòng)絞車控制系統(tǒng)，以供國(guó)內(nèi)同行借鑒。

1.載人氣動(dòng)絞車的控制回路設(shè)計(jì)

在施工過程中，普通的氣動(dòng)絞車不被允許用于載人提升，普通氣動(dòng)絞車僅能實(shí)現(xiàn)常用的起升和下放、制動(dòng)等少數(shù)基本功能，缺少必要的控制系統(tǒng)保護(hù)措施，一旦有突發(fā)情況發(fā)生，將會(huì)增加施工的風(fēng)險(xiǎn)。載人氣動(dòng)絞車的控制系統(tǒng)考慮到了可能發(fā)生的一切潛在安全隱患，比如高低點(diǎn)限位、系統(tǒng)超載、誤操作情況、人員運(yùn)送過程中遇到障礙、壓縮空氣泄露及突發(fā)狀況停機(jī)等問題，另外由于氣動(dòng)絞車噸位較小，對(duì)控制閥組的緊湊度要求也非常高。

控制系統(tǒng)是載人氣動(dòng)絞車的核心部分，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否，直接關(guān)系到載人氣動(dòng)絞車的安全可靠性和操作便捷性。

JQH-20-MR載人氣動(dòng)絞車的控制系統(tǒng)回路包括主氣路、基本控制氣路和安全保護(hù)氣路。主氣路主要是為氣動(dòng)馬達(dá)工作提供動(dòng)力的氣路，基本控制氣路和安全保護(hù)氣路主要包括行程控制氣路、過載保護(hù)氣路、緊急停機(jī)氣路、防止誤操作氣路及斷氣制動(dòng)氣路，控制回路圖如圖1所示。

該控制系統(tǒng)安全可靠、控制精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單、成本低廉。主要由1-截止閥，2-氣源處理器，3-兩位三通閥，4-兩位三通閥，5-兩位三通閥，6-手動(dòng)換向閥，7-快速排氣閥，8-兩位三通閥，9-兩位三通閥，10-兩位三通閥，11-兩位三通閥，12-單向節(jié)流閥，13-兩位三通閥，14-三位五通閥，式制動(dòng)器等組成。由截止閥1、氣源處理器、兩位三通閥13及三位五通閥14間的回路構(gòu)成主氣路，主氣路主要是氣動(dòng)馬達(dá)15運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力氣路。除主氣路之外的其余各氣路為絞車的基本控制氣路和安全保護(hù)氣路，基本控制氣路主要控制氣動(dòng)馬達(dá)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，安全保護(hù)氣路主要控制基本控制氣路的通斷。絞車的操作手柄位于手動(dòng)換向閥6上，人員通過操作手動(dòng)換向閥6來控制氣動(dòng)馬達(dá)15的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)重物的上升與下放。在兩位三通閥5不手動(dòng)換向的情況下，基本控制氣路不通，系統(tǒng)不動(dòng)作，操作者在運(yùn)行絞車前和停止絞車后可手動(dòng)換向該閥，該閥的設(shè)計(jì)主要為了防止操作者在沒有準(zhǔn)備好的情況下誤操作手動(dòng)換向閥6的手柄造成危險(xiǎn)。兩件兩位三通閥8控制行程控制氣路，在絞車運(yùn)行至上限位或下限位時(shí)，絞車的行程開關(guān)會(huì)觸碰兩位三通閥8的觸點(diǎn)，使兩位三通閥8換向，系統(tǒng)停止運(yùn)行；兩位三通閥11和單向節(jié)流閥12控制過載保護(hù)氣路，兩位三通閥11可根據(jù)負(fù)載要求設(shè)定對(duì)應(yīng)的開啟壓力，當(dāng)負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載時(shí)，單向節(jié)流閥12所在氣路壓力則增大到設(shè)定值時(shí)，兩位三通閥11換向，系統(tǒng)停止運(yùn)行；兩位三通閥4控制緊急停機(jī)氣路；通過快速排氣閥16來實(shí)現(xiàn)斷氣制動(dòng)氣路。

2.載人氣動(dòng)絞車的工作原理

參照?qǐng)D1表述，載人氣動(dòng)絞車的工作原理如下：

手動(dòng)開啟截止閥1，氣源中壓縮氣體通過氣源處理器2進(jìn)入管路，并通過兩位三通閥4；手動(dòng)換向兩位三通閥5，此時(shí)壓縮氣體通過兩位三通閥5到達(dá)手動(dòng)換向閥6，并將兩位三通閥13換向，此時(shí)壓縮氣體到達(dá)三位五通閥14；向前操作手動(dòng)換向閥6，氣體通過快速排氣閥7及兩位三通閥3到達(dá)梭閥17通過快速排氣閥16開啟濕式制動(dòng)器18，并推動(dòng)三位五通閥14換向，啟動(dòng)馬達(dá)15帶動(dòng)絞車下放；向后操作手動(dòng)換向閥6，氣體通過快速排氣閥7及兩位三通氣控?fù)Q向閥10推動(dòng)三位五通閥14換向，氣體到達(dá)梭閥17通過快速排氣閥16開啟濕式制動(dòng)器18，氣動(dòng)馬達(dá)15帶動(dòng)絞車上升；當(dāng)上升過程中出現(xiàn)壓力突變（過載），則氣體壓力增大通過單向節(jié)流閥12推動(dòng)兩位三通閥11換向，壓縮氣體通過兩位三通閥11推動(dòng)兩位三通閥10換向，此時(shí)三位五通閥14回中位，氣動(dòng)馬達(dá)15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，濕式制動(dòng)器18制動(dòng)；當(dāng)絞車下放到達(dá)兩位三通閥8設(shè)定位置（下極限）時(shí)，行程開關(guān)觸碰兩位三通閥8換向，則兩位三通閥3換向，三位五通閥14回中位，氣動(dòng)馬達(dá)15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，濕式制動(dòng)器18制動(dòng)；當(dāng)絞車上升到達(dá)兩位三通閥8設(shè)定位置（上極限）時(shí)，行程開關(guān)觸碰兩位三通閥8換向，則兩位三通閥9換向，三位五通閥14回中位，氣動(dòng)馬達(dá)15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，濕式制動(dòng)器18制動(dòng)；在操作過程中如出現(xiàn)突發(fā)狀況拍下急停兩位三通閥4，則基本控制氣路斷氣，系統(tǒng)停止運(yùn)行，氣動(dòng)馬達(dá)15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，濕式制動(dòng)器18制動(dòng)；在氣源斷氣或系統(tǒng)任意位置漏氣時(shí)，濕式制動(dòng)器18內(nèi)氣體迅速由快速排氣閥16排出，濕式制動(dòng)器18制動(dòng)，同時(shí)氣動(dòng)馬達(dá)15停止轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)停止運(yùn)行。endprint

3.載人氣動(dòng)絞車的特點(diǎn)

載人氣動(dòng)絞車是一種特種垂直運(yùn)輸設(shè)備，其對(duì)安全性和可靠性與其他設(shè)備相比有更高的要求，以確保避免人員傷亡和設(shè)備事故的發(fā)生。該載人氣動(dòng)絞車設(shè)計(jì)時(shí)參照了《起重機(jī)安全規(guī)程》（GB6067-1985）、《電梯制造與安裝安全規(guī)范》（GB7588-2003）等有關(guān)國(guó)家規(guī)范[7]，同時(shí)也作為交付使用前的驗(yàn)收規(guī)范。該載人氣動(dòng)主要有以下特點(diǎn)：

（1）行程控制功能。該功能主要是防止絞車過卷和反卷的發(fā)生，可根據(jù)使用工況人為手動(dòng)設(shè)定上限位和下限位。

（2）過載保護(hù)功能。該功能主要是防止被提升者超過絞車額定載荷，此時(shí)降低了整體絞車的安全系數(shù)，絞車和人員的安全就無法得到保證。

（3）緊急停機(jī)功能。該功能在突發(fā)情況下使用，拍下緊急停機(jī)按鈕，絞車制動(dòng)。

（4）防止誤操作功能。該功能屬于對(duì)設(shè)備和人員的雙重保護(hù)，對(duì)專業(yè)人員的誤碰和非專業(yè)人員的操作均起到保護(hù)作用。

（5）斷氣制動(dòng)功能。該功能主要是為了防止管線漏氣、氣源失效及閥件損壞等，在整改氣動(dòng)回路中，任意位置漏氣，濕式制動(dòng)器立即制動(dòng)。

結(jié)論

該設(shè)計(jì)對(duì)載人氣動(dòng)絞車的控制回路圖和工作原理進(jìn)行了詳盡的解析，包括主氣路、基本控制回路和安全保護(hù)氣路的構(gòu)成，尤其解析了行程控制氣路、過載保護(hù)氣路、緊急停機(jī)氣路、防止誤操作氣路及斷氣制動(dòng)氣路的設(shè)計(jì)。目前，遼寧陸海石油裝備研究院有限公司的JQH-20-MR載人氣動(dòng)絞車樣機(jī)已下線，試驗(yàn)效果良好，各項(xiàng)功能和指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求，得到了用戶和第三方認(rèn)證的一致認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)

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