CN110271979B - 履带式起重机海上施工防风浪的回转保护装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及履带式起重机海上施工防风浪的回转保护装置，通过将履带式起重机的回转制动器设置为常开，使外部冲击和晃动的能量传入回转液压系统，通过系统内设置的能量回收单元和能量消减阻尼单元，来吸收和消减外部不规则的晃动引起的能量，这样就避免了回转减速机、回转小齿轮、回转大齿圈的损坏。

Description

履带式起重机海上施工防风浪的回转保护装置

技术领域

本公开涉及履带式起重机海上施工防风浪的回转保护装置，可以应用在海上风电施工技术中。

背景技术

海上进行风电安装时，履带式起重机在船上作业，配合潮汐，落潮时坐滩，此时履带式起重机底盘稳固，但坐滩对船体结构有损伤。

在履带式起重机停止使用时，由于浪涌和大风的作用，造成起重机上下左右摇摆不定，尤其对于回转系统不利，容易造成回转减速机、回转小齿轮、回转大齿圈的损坏。在长杆工况下，不断地晃动，对回转传动系统结构的冲击和反复交变，造成齿轮损伤甚至折断。因为晃动造成的摇摆的能量没有环节进行缓冲和释放。

目前一般使用专用浮吊进行海上风电安装，在采用履带式起重机在船上作业的方式时，在大风和浪涌来临之前，一般履带式起重机采用趴杆到稳固的撑架上，进行避风。在长臂节工况下，臂架从撑架长杆到工作状态或者从工作状态趴杆到撑架上，都需要较长的时间。这就无形中缩短了窗口有效工作时间，降低了工作效率。怎样研究一种装置，既可以有效保护履带式起重机回转系统不受损伤，又可以相对趴杆长杆更快速简便，有利于提升吊装效率。

发明内容

本公开提供一种履带式起重机海上施工防风浪的回转保护装置，在大风浪的环境中，可有效保护履带式起重机回转系统不受损伤，提升吊装效率。

根据本公开实施例的一方面，提供一种起重机回转保护装置，包括：

两个第一电磁换向阀，分别设置在液压马达的两条主油路和主换向阀的连接管道上；

液压油箱，与所述液压马达的两条主油路连接，且所述液压马达的两条主油路与液压油箱的连接管道上设有第一安全阀和第一单向阀；

两个压力传感器，分别设置在所述液压马达的两条主油路上；

能量回收单元，该能量回收单元包括：处于常开状态的回转制动器；第二电磁换向阀，设在液压马达刹车控制系统油路上，并与蓄能器油路连接；第二单向阀，设置在所述蓄能器油路和所述刹车控制系统油路之间；两个第三电磁换向阀，分别设置在所述液压马达的两条主油路和所述蓄能器油路的连接管道上，且每个第三电磁换向阀串联有第三单向阀；第二安全阀，设置在所述液压油箱和所述蓄能器油路的连接管道上；

其中，发动机运转时，所述第二电磁换向阀断电，所述刹车控制系统油路直通制动器油路；发动机熄火的同时，所述第二电磁换向阀通电，所述刹车控制系统油路与制动器油路断开，所述制动器油路与所述蓄能器油路接通，保持所述回转制动器处于松开状态。

可选地，还包括将所述液压马达的两条主油路连接起来以消减吸收冲击晃动的能量的阻尼单元。

可选地，所述阻尼单元包括相互并联的第四电磁换向阀和多个第五电磁换向阀，每个第五电磁换向阀串联有节流阀。

可选地，还包括检测起重机上部回转速度的速度传感器；在发动机熄火后，根据所述速度传感器和所述两个压力传感器的检测结果，控制所述阻尼单元对所述液压马达两条主油路阻尼的分配，使起重机上部的回转速度维持在设定值。

可选地，起重机上部在回转区域内回转。

可选地，起重机上部进行差异阻尼回转，在所述差异阻尼回转过程中，起重机上部向阻尼弱的一侧回转，并在回转到回转区域边界位置时，控制所述阻尼单元对所述液压马达两条主油路强阻尼和弱阻尼匹配的转换，进而使起重机上部向相反方向回转。

可选地，起重机上部交替进行自由阻尼回转和差异阻尼回转，并在自由阻尼回转到边界位置时强制进行差异阻尼回转。

可选地，所述回转区域两端设有检测起重机上部回转位置的行程开关A和行程开关B。

可选地，所述回转区域两端极限位置设有行程开关C和行程开关D，所述行程开关C、或所述行程开关D检测到起重机上部回转到所述极限位置时，控制所述阻尼单元将液压马达一条主油路调整到最强阻尼，另一条主油路则调整到无阻尼状态。

本公开的有益效果：

1、通过将履带式起重机的回转制动器设置为常开，使外部冲击和晃动的能量传入回转液压系统，通过系统内设置的能量回收单元和能量消减阻尼单元，来吸收和消减外部不规则的晃动引起的能量，这样就避免了回转减速机、回转小齿轮、回转大齿圈的损坏。

2、这种方式就不需要趴杆避风，节约了趴杆长杆的时间，给吊装使用留下了更多的时间，提高了吊装工作效率。

3、回转制动系统所需的压力油，由加设的能量回收系统提供，既解决了回转制动需要压力油的问题，又辅助阻尼一起消减了冲击晃动的能量。

4、通过发动机运转与否检测、回转速度检测，闭锁压力检测，这几种作为输入量，输入PLC控制器进行处理，PLC控制器控制阻尼单元调整工况模式，以形成强弱程度不同的阻尼，使起重机上部的回转速度维持在设定值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细的说明。

图1示出了根据本公开的一个实施例的起重机回转保护装置的液压系统示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的起重机回转保护装置的控制框图。

图3示出了根据本公开的一个实施例的行程开关在回转区域边界位置的分布示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的一个实施例的起重机回转保护装置的液压系统示意图，如图1，起重机回转保护装置包括在原液控或者电控回转主换向阀1和液压马达2，3的油路之间加设的第一电磁换向阀16，17。本公开并不对液压马达(回转马达)的数量进行限定。在液压马达2，3上方增设一个上置液压油箱7，可以充气加压，在此液压油箱7和液压马达2，3两条主油路之间，加设第一安全阀8，9和第一单向阀(补油阀)10，11。

第一安全阀8，9的压力可设定为比回转装置正常工作压力值至少高2MPa，不管发动机是否运转，能始终保护液压马达2，3不至于过高压力，避免过载的压力冲击引起马达损坏。第一单向阀(补油阀)10，11用于回转油路低压侧从上置的液压油箱7吸进液压油。

参考图1，起重机回转保护装置还包括能量回收单元，该能量回收单元包括第二电磁换向阀18、蓄能器27等。第二电磁换向阀18加设在原液压马达刹车控制系统油路，第二电磁换向阀18还通往蓄能器27的制动器压力油路。

第二电磁换向阀18断电时原刹车控制系统油路P0直通制动器油路。发动机熄火的同时，第二电磁换向阀18通电，P0与制动器油路断开，制动器控制油路与蓄能器油路接通，保持回转制动器4，5处于松开状态。

制动回路上设有单向节流阀6，功能是快速松开制动器4，5，而制动器4，5制动时是缓慢的，这样避免突然制动带来的冲击。制动器4，5有的安装在液压马达轴上，有的安装在与液压马达串联的行星减速机上。

蓄能器油路和刹车控制系统油路P0之间设有第二单向阀29，作用是在发动机运转时利用P0给蓄能器27充压，发动机熄火时防止蓄能器27油路压力油反串到P0(发动机熄火后P0会压力降低，直至压力为零)。

可以看出，为维持回转制动器4，5的长期打开，需要持续的液压动力，在发动机熄火失去主动力的前提下，本公开正是利用外部晃动输入的液压能，配合蓄能器27和第二单向阀29，形成能量回收和储存装置，满足制动器回路的动力要求。

此外，蓄能器27油路与液压马达2，3的两条主油路之间设有第三电磁换向阀22，23，且第三电磁换向阀22，23分别串联第三单向阀25，26。蓄能器27油路与液压油箱7之间设有第二安全阀24。发动机熄火以后，蓄能器回路的能量来源就依靠第三单向阀25，26，将外界晃动传递到回转回路的高压油充注到蓄能器回路，过高的压力通过第二安全阀24泄回液压油箱7。通过压力表28、压力继电器32检测，当蓄能器27充压完成，蓄能器回路压力足够高的时候，第三电磁换向阀22，23通电，进入截止状态，切断回转油路与蓄能器回路的连接。

起重机回转保护装置还包括将液压马达2，3的两条主油路连接起来以消减吸收冲击晃动的能量的阻尼单元，该阻尼单元包括相互并联的第四电磁换向阀12和多个第五电磁换向阀13，14，15，每个第五电磁换向阀13，14，15分别串联一个节流阀(节流孔)19，20，21。通过接入不同数量的节流孔，行成强弱不等的阻尼，进行传递到回转系统的冲击和晃动能量的吸收和消减。此外，液压马达2，3两条主油路之间还设有梭阀30和压力表31，方便现场调试人员观察压力变化情况。

至于原回转主油路，第一电磁换向阀16，17在发动机运转时断电，保持畅通；在发动机熄火时通电，进入截止状态，完全切断液压马达2，3两条主油路与原回转主换向阀1的连接。电磁换向阀12，13，14，15分别连通液压马达2，3的两条主油路。发动机运转时电磁换向阀12，13，14，15都处于通电即截止状态。发动机熄火后按下表1进行各电磁阀的通断电组合，以形成不同程度的阻尼效应。电磁换向阀12断电时阀芯为畅通状态，此时液压马达2，3无阻尼自由浮动，进入回转自由工况；电磁换向阀12通电时阀芯为截止状态。电磁换向阀13，14，15都是断电直通，通电截止，可将0个，1个，2个，3个节流阀(节流孔)接入缓冲吸能回路，形成不同强弱程度的阻尼效应。本公开以三个第五电磁换向阀13，14，15和三个节流阀(孔)19，20，21为例，三个节流阀可是一样的固定节流孔，各节流孔开度可一样。三个以上的第五电磁换向阀和节流阀组合同理，只是分级越多则控制越精细。

表1电磁换向阀的通断电组合与液压马达两边回路的阻尼的差异性的对照表

注：表1中电磁换向阀电磁铁通电用√表示，电磁换向阀电磁铁断电用×表示。

可以看出，本公开是在起重机原回转液压系统外，附加一些液压元件和电气元件，组成一套熄火以后也可以自动运行的回转保护系统。这套系统在起重机正常使用状态时，也可以对液压马达提供过载保护。将液压制动通压，使液压制动保持松开，然后回转液压回路中设置缓冲吸能回路，形成适宜的阻尼，以此来消减环境带来的破坏能量。

此时，液压马达2，3处于泵的工况工作，把外部晃动和冲击的机械能，通过回转减速机逆传动，增速传到液压马达2，3，液压马达2，3将机械能转化为液压能，再通过液压阻尼单元来消减吸收冲击晃动的能量。

车体上部回转过程中，需要考虑速度参数和压力参数。车体上部回转速度越大，则需要越强的阻尼作用；回转闭锁压力越小，也需要越强的阻尼作用。其中，回转速度的控制优先于回转闭锁压力的控制作用。这就需要在车体上部设置回转速度传感器，在液压马达2，3的两条主油路设置压力传感器(可以是压力继电器)33，34。PLC控制器根据发动机状态(停车或运转)、回转速度传感器、压力传感器33，34控制阻尼单元对液压马达2，3的两条主油路阻尼的分配，以形成强弱程度不同的阻尼，使起重机上部的回转速度维持在设定值。如图2，发动机状态检测信号，回转速度传感器信号，以及压力传感器33和压力传感器34中的较大值，三路输入PLC控制器，PLC控制器输出则是上表1的四种阻尼组合工况，各工况对应于电磁换向阀12，13，14，15的通断组合。其中，发动机停车或运转状态的检测可以通过检测发动机上的附件是否工作来实现。

此外，为避免集中在少数区段的齿间产生交变揉动带来疲劳破坏，可在一定时间形成回转自转，前提是回转范围内没有障碍物，或者检测到障碍物可以提前避开(停止回转自转)。一定角度范围内的自转，可包括两种回转方案：1、在给定区域内从左到右，从右到左回转；2、在给定区域内，交替进行自由阻尼回转和差异阻尼回转，并在回转到边界位置时强制进行差异阻尼回转，自由阻尼回转中液压马达2，3两条主油路的阻尼一致，差异阻尼回转中液压马达2，3的两条主油路之间形成阻尼差异。

对于方案1，PLC控制器对设置在液压马达2，3的两条主油路上的压力传感器33，34的实时检测值进行比较(判断相减值的正负)，来实时确定选择阻尼单元强阻尼和弱阻尼的匹配方式，这样通过液压马达2，3两侧不对等的阻尼，从宏观效果上实现整个起重机上部的朝一个方向的回转，直到回转到边界位置时，就实现强阻尼和弱阻尼的匹配的转换，形成宏观上朝另一个方向的回转。如表1，PLC控制器控制阻尼单元对液压马达2，3的两条主油路强弱阻尼的分配可以通过电磁换向阀12，13，14，15的通断电组合来实现。

如图3，在起重机吊臂系统和车身系统无障碍回转区域边界(两端)位置可用两个行程开关A、B设置成限位，自回转就在此给定的范围内从左往右，直到碰到行程开关，又从右往左进行。

在回转区域的左右限位开关A和B的外侧，还可设置左右极限位置行程开关C和D，一旦触发左右极限位置行程开关C和D，就将液压马达2，3两条主油路的强弱阻尼切换为超强阻尼和无阻尼，即在AB之间的区域，液压马达2，3两条主油路匹配的为强阻尼和弱阻尼，在CA之间和BD之间的区域，液压马达2，3两条主油路匹配的为超强阻尼和无阻尼，以确保回转区域不突破左右极限开关的位置，避免起重机吊臂或后配重发生回转碰撞。

对于方案2，在给定区域内，自由阻尼回转，自由阻尼回转中液压马达两条主油路的阻尼一致或无阻尼，不要求液压马达两条主油路的阻尼的差异性；自由阻尼回转持续第一设定时间(可以是半个小时)后进入差异阻尼模式，形成宏观上的回转驱动；差异阻尼模式持续第二设定时间(可以是10分钟)后又再恢复自由阻尼回转，再过第一设定时间又进入差异阻尼模式，如此反复。若在自由阻尼回转过程中，回转到回转区域边界位置，会触发边界的行程开关，这时就强制进行差异阻尼的反向(即强弱阻尼反向)。

Claims (3)

1.一种起重机回转保护装置，其特征在于，包括：

两个第一电磁换向阀，分别设置在液压马达的两条主油路和主换向阀的连接管道上；

液压油箱，与所述液压马达的两条主油路连接，且所述液压马达的两条主油路与液压油箱的连接管道上设有第一安全阀和第一单向阀；

两个压力传感器，分别设置在所述液压马达的两条主油路上；

阻尼单元，将所述液压马达的两条主油路连接起来以消减吸收冲击晃动的能量；

速度传感器，检测起重机上部回转速度；以及

能量回收单元，该能量回收单元包括：处于常开状态的回转制动器；第二电磁换向阀，设在液压马达刹车控制系统油路上，并与蓄能器油路连接；第二单向阀，设置在所述蓄能器油路和所述刹车控制系统油路之间；两个第三电磁换向阀，分别设置在所述液压马达的两条主油路和所述蓄能器油路的连接管道上，且每个第三电磁换向阀串联有第三单向阀；第二安全阀，设置在所述液压油箱和所述蓄能器油路的连接管道上；

在发动机运转时，所述第二电磁换向阀断电，所述刹车控制系统油路直通制动器油路，发动机熄火的同时，所述第二电磁换向阀通电，所述刹车控制系统油路与所述制动器油路断开，所述制动器油路与所述蓄能器油路接通，保持所述回转制动器处于松开状态，并在发动机熄火后，根据所述速度传感器和所述两个压力传感器的检测结果，控制所述阻尼单元对所述液压马达两条主油路阻尼的分配，使起重机上部的回转速度维持在设定值；起重机上部进行差异阻尼回转或者交替进行自由阻尼回转和差异阻尼回转，其中，交替进行自由阻尼回转和差异阻尼回转时在自由阻尼回转到边界位置时强制进行差异阻尼回转；其中，在所述差异阻尼回转过程中，起重机上部向阻尼弱的一侧回转，并在回转到回转区域边界位置时，控制所述阻尼单元对所述液压马达两条主油路强阻尼和弱阻尼匹配的转换，进而使起重机上部向相反方向回转，所述回转区域两端极限位置设有行程开关C和行程开关D，所述行程开关C或所述行程开关D检测到起重机上部回转到所述极限位置时，控制所述阻尼单元将液压马达一条主油路调整到最强阻尼，另一条主油路则调整到无阻尼状态。

2.根据权利要求1所述的起重机回转保护装置，其特征在于，所述阻尼单元包括相互并联的第四电磁换向阀和多个第五电磁换向阀，每个第五电磁换向阀串联有节流阀。

3.根据权利要求1所述的起重机回转保护装置，其特征在于，所述回转区域两端设有检测起重机上部回转位置的行程开关A和行程开关B。

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