BMC型吊車液壓系統(tǒng)升級(jí)改造

王 飛，馬軍濤

（中海油田服務(wù)股份有限公司，河北廊坊 065201）

甲板吊車作為海洋石油鉆井平臺(tái)上一個(gè)不可或缺的輔助設(shè)備，其安全及穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)與否直接決定著平臺(tái)的生產(chǎn)進(jìn)度和人員、設(shè)備安全，而其剎車系統(tǒng)作為核心部件，為吊車的安全操作和運(yùn)行提供無(wú)可替代的安全保障，完善的剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、減少設(shè)備維修率、避免出現(xiàn)設(shè)備損傷、人員傷亡等重大安全事故。

1 吊車液壓系統(tǒng)介紹及存在問題

1.1 液壓系統(tǒng)介紹

BMC 型吊車是以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電控液形式的液壓吊車，主要由液壓泵、控制閥組、液壓馬達(dá)、油箱、油冷器以及其他系統(tǒng)附件組成。主液壓泵為定向變量泵，旋轉(zhuǎn)、主臂、大鉤及副鉤均為雙向液壓馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)、起放以及速度控制均由手柄式電磁比例閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，剎車制動(dòng)系統(tǒng)分別由液壓動(dòng)態(tài)剎車（counterbalance valve）靜態(tài)剎車（hydraulic disc brake），以及主臂滾筒止動(dòng)棘輪組成。系統(tǒng)主壓力為210bar，剎車打開壓力22bar，棘爪液缸動(dòng)作壓力10bar，動(dòng)態(tài)剎車（反平衡閥）開啟壓力50bar。以扒桿（變幅）為例來(lái)闡述其工作原理，圖1 為吊車扒桿滾筒液壓系統(tǒng)。

圖1 扒桿滾筒液壓圖

如圖2所示，系統(tǒng)工作原理為：當(dāng)?shù)踯囁緳C(jī)操作扒桿控制手柄，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器后傳給電液比例閥換向閥21，閥桿左位或右位動(dòng)作。

圖2 扒桿操作控制手柄

當(dāng)左位為工作位時(shí)（吊車扒桿上升），圖1中的A 為進(jìn)油孔，液壓馬達(dá)右側(cè)進(jìn)油，同時(shí)兩個(gè)梭閥34D打開，使壓力油經(jīng)過(guò)順序閥34C 進(jìn)行一定時(shí)間延遲，碟剎系統(tǒng)緩慢進(jìn)油，從而完全打開剎車，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扒桿的上升功能，該順序閥避免了被吊物在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力矩充分形成前可能會(huì)出現(xiàn)的溜滑現(xiàn)象。操作手柄回到中位時(shí)，換向閥21閥芯回中位，系統(tǒng)進(jìn)回油路分別泄壓回油箱，由于液壓回路中設(shè)有兩個(gè)反平衡閥，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)液力剎車功能，碟剎機(jī)構(gòu)在彈簧作用下使液壓油泄壓回油箱從而保持剎車力矩，此時(shí)扒桿處于靜止?fàn)顟B(tài)。滾筒棘爪在彈簧力的作用下始終處于關(guān)閉狀態(tài)，防止意外下滑現(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)比例換向閥21 右位為工作位時(shí)，圖1 中的B為進(jìn)油孔，液壓馬達(dá)左側(cè)進(jìn)油，滾筒止動(dòng)棘爪打開，馬達(dá)回油路中的兩個(gè)反平衡閥（動(dòng)態(tài)剎車）在進(jìn)油壓力上升到設(shè)定值50bar 時(shí)開啟，由于碟剎機(jī)構(gòu)在順序閥的作用下延時(shí)釋放，因此有一緩慢的動(dòng)摩擦過(guò)程，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)扒桿滾筒開始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)扒桿下降動(dòng)作完成。當(dāng)操作手柄回中位，扒桿停止下降，滾筒棘爪關(guān)閉，扒桿靜止。

1.2 存在問題

（1）由上述系統(tǒng)工作原理及液壓原理圖可知，滾筒液壓碟剎的剎車與釋放是通過(guò)順序閥34C 的兩位動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。操作手柄動(dòng)作，主油路進(jìn)油，從而開啟兩個(gè)梭閥，順序閥動(dòng)作，接通剎車釋放壓力油；當(dāng)操作手柄回中位時(shí)，進(jìn)回油路后回油箱泄壓，順序閥閥芯在彈簧力的作用下，如圖1所示回下位，切斷剎車釋放壓力油，碟剎機(jī)構(gòu)泄壓回油只能經(jīng)順序閥34C 下位T 孔回油箱。順序閥和梭閥閥芯的卡滯、泄漏、損壞等可能情況導(dǎo)致的碟剎回油不暢將直接影響滾筒碟剎能否正常工作，從而造成碟剎片的非正常磨損，對(duì)吊車的操作使用具有極大的安全隱患，進(jìn)而可能造成重大的財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡等事故。

（2）扒桿滾筒止動(dòng)棘爪是一個(gè)典型的棘輪棘爪機(jī)構(gòu)，是防止因滾筒碟剎故障和液壓系統(tǒng)內(nèi)部泄漏引起的扒桿下滑墜落的安全裝置。由圖1可知，只有馬達(dá)右側(cè)為進(jìn)油腔時(shí)即操作手柄使扒桿下降時(shí)，棘爪單作用于液缸才能進(jìn)油，并使棘爪打開；當(dāng)操作手柄回中位，液壓回路泄壓回油箱，棘爪液缸在彈簧力作用下回位，實(shí)現(xiàn)滾筒鎖止功能。而當(dāng)操作手柄使扒桿上升時(shí)，馬達(dá)左側(cè)油腔泄壓回油箱，無(wú)法使棘爪液缸動(dòng)作以打開棘爪，雖然棘輪棘爪機(jī)構(gòu)的單向止動(dòng)特點(diǎn)不影響扒桿上升動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，但不可避免地造成了棘輪棘爪的過(guò)早磨損變形，極大降低了吊車操作的安全系數(shù)。

（3）海上鉆井平臺(tái)遠(yuǎn)離岸基支持，受海洋氣候及海水等影響，工作環(huán)境較為惡劣，甲板吊車位于室外，為露天環(huán)境，而BMC 型甲板吊車液壓系統(tǒng)為開式循環(huán)液壓系統(tǒng)，其開式液壓系統(tǒng)油箱外置，并采用一般過(guò)濾式呼吸口和回油濾器，故不可避免地會(huì)存在液壓油的污染現(xiàn)象，增加液壓控制閥路異?？收项l率，以及增加換油頻率，致使維保頻次增加，從而加大了設(shè)備維護(hù)成本和維護(hù)工作量，也不可避免地會(huì)對(duì)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)造成一定影響。

2 改進(jìn)措施

2.1 滾筒碟剎液壓系統(tǒng)

為防止吊車在正常使用過(guò)程中碟剎機(jī)構(gòu)的非正常磨損，保證吊車的安全操作，通過(guò)與原設(shè)備廠家的共同探討，將碟剎機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，如圖3所示。

圖3 碟剎液壓回路

改造后的液壓回路中增加了一個(gè)常開式二位二通電磁閥，P 口連接原來(lái)的剎車進(jìn)油管線，T 口連接到閥組回油箱口。電磁閥線圈得電與失電的開關(guān)量由操作手柄來(lái)控制：當(dāng)操作手柄動(dòng)作使扒桿上升或下降，電磁閥得電，P 口與T 口切斷，使壓力油進(jìn)入碟剎機(jī)構(gòu)內(nèi)部以壓縮彈簧從而釋放剎車；操作手柄回中位時(shí)，扒桿停止上升或下降動(dòng)作，電磁閥失電，P 口和T 口處于接通狀態(tài)，碟剎內(nèi)部壓力油迅速泄壓回油箱，使?jié)L筒處于剎車靜止?fàn)顟B(tài)。

碟剎系統(tǒng)的雙回路回油，避免了因液壓油污染或液壓閥磨損而帶來(lái)的回油不暢，減少了碟剎機(jī)構(gòu)的非正常磨損，消除了吊車扒桿下滑墜落的安全隱患，提高了吊車使用的安全系數(shù)。另外，此改造方案不影響吊車的任何功能，經(jīng)平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)的操作使用及維修保養(yǎng)反饋，升級(jí)后的碟剎系統(tǒng)工作穩(wěn)定，消除了因碟剎機(jī)構(gòu)的早期磨損而引起的溜車下滑的安全隱患。

2.2 滾筒鎖止棘爪機(jī)構(gòu)

該吊車的原鎖止棘爪機(jī)構(gòu)只有扒桿滾筒下降轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才會(huì)在液壓油的作用下打開，針對(duì)此現(xiàn)象，做了如下改進(jìn)，圖4為改進(jìn)后的鎖止機(jī)構(gòu)液壓回路。

圖4 鎖止棘爪液壓回路

將原有棘爪液缸的進(jìn)油口P 與馬達(dá)左側(cè)進(jìn)油口A隔斷，并用堵絲封閉馬達(dá)A 進(jìn)油口，另將棘爪液缸進(jìn)油口P 經(jīng)管線與馬達(dá)閥組上的G 口連接，中間設(shè)置一個(gè)可調(diào)單向節(jié)流閥，節(jié)流閥安裝方向如圖4所示。當(dāng)?shù)踯嚢菞U操作手柄動(dòng)作發(fā)出上升或下降信號(hào)，馬達(dá)左側(cè)或右側(cè)進(jìn)油，梭閥34D 打開，壓力油從閥組G口經(jīng)過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入液缸打開棘爪。當(dāng)手柄回中位，滾筒馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)進(jìn)回油兩側(cè)油路泄壓回油箱，棘爪液缸在彈簧力的作用下泄壓回油，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度實(shí)現(xiàn)控制棘爪復(fù)位速度，使棘爪在滾筒完全停止之后復(fù)位，完成棘爪鎖止?jié)L筒，避免滾筒與棘爪發(fā)生機(jī)械碰撞而損壞。

棘爪鎖止液壓回路改進(jìn)之后，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的操作觀察，該系統(tǒng)工作運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)棘爪回位與滾筒棘輪發(fā)生碰撞變形和損壞，增加了扒桿起降和停止時(shí)的安全系數(shù)。

3 液壓系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)

3.1 液壓油溫度和清潔度控制

BMC 型吊車為變幅、回轉(zhuǎn)開式回路液壓吊車，液壓元件精度較高，運(yùn)動(dòng)副的配合間隙非常小，液壓系統(tǒng)中有許多變量機(jī)構(gòu)和比例控制閥，因此對(duì)液壓油的清潔度要求很高。油溫過(guò)高油液黏度降低，同時(shí)潤(rùn)滑作用變差，加快液壓元件的磨損，使其內(nèi)泄增大，縮短液壓元件的使用壽命，同時(shí)加速密封件的老化，油液容易變質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)油冷器及時(shí)進(jìn)行清洗，定期對(duì)液壓油采樣分析，定期更換系統(tǒng)液壓油和濾芯。對(duì)液壓元器件進(jìn)行更換或維修保養(yǎng)時(shí)，清潔工作要放在第一位，杜絕油液的二次污染。

3.2 回路中各壓力控制閥設(shè)定值校驗(yàn)

根據(jù)設(shè)備保養(yǎng)手冊(cè)，定期檢查各壓力控制閥的預(yù)設(shè)壓力值，如吊車的回轉(zhuǎn)、扒桿升降（變幅）、主鉤和副鉤的升降馬達(dá)回路中的平衡閥（動(dòng)態(tài)剎車）開啟壓力等。由于平衡閥對(duì)吊車液壓系統(tǒng)的安全至關(guān)重要，而閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜精密，不建議對(duì)故障閥進(jìn)行修復(fù)，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重或有問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換高質(zhì)量的新閥，避免因壓力預(yù)設(shè)值的偏差或閥體本身的磨損、卡滯而引起吊車溜滑和重物墜落等安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)鉆井平臺(tái)吊車液壓系統(tǒng)在工作中存在的問題進(jìn)行研究分析，改進(jìn)滾筒碟剎與棘爪鎖止機(jī)構(gòu)液壓回路，降低了吊車因碟剎系統(tǒng)非正常磨損引起的故障率。指出液壓油的溫度及清潔度對(duì)液控閥尤其是負(fù)載回路中平衡閥的重要影響，定期檢查校驗(yàn)平衡閥及安全溢流閥預(yù)設(shè)壓力，以消除吊車溜滑或重物墜落的安全隱患。