起货机液压系统
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2438页（4335字）
(1)起货机的分类
船用甲板起货机通常分为吊杆式和旋转式两大类。
吊杆式一般由三台液压绞车组成：
起重绞车：用于使货物上升、下降；
摆杆绞车：使吊杆能在货舱口和舷外之间来回摆移；
变幅绞车：用来调整吊杆的俯仰角度。
旋转(回转)起货机又称克令吊，是目前较先进的起货设备，但究其原理实质，也是一种单杆支撑式结构，与单杆吊是一样的，所不同的是，它的起重绞车、变幅绞车和旋转液压马达都装在同一平台上，这个平台能绕起货机轴线转动，所以操作方便，工作灵活，比用变幅绞车和旋转绞车好得多，效率高、但成本也高。常见的回转式液压起货机有：瑞典赫格隆起货机，其液压马达是径向柱塞式内曲线低速大转矩壳转式马达；德国利布赫尔起货机，其液压马达是斜轴式轴向柱塞马达，液压马达为常速马达；日本石川岛播磨(IHI)起货机，其液压马达是低速大转矩叶片式液压马达。
常见的起货绞车的液压系统有两种：一种是开式液压系统(也称定量泵、定量马达系统)；另一种是闭式液压系统(也称变量泵、变量马达系统)。
(2)起货机开式液压系统
图46．1－9所示开式液压系统是由定量泵7、定量马达1、换向阀5组成的定量泵、定量马达系统。其工作原理是液压泵7自油箱吸油，将排出的压力油供给液压马达1，驱动液压马达1旋转，其回油经换向阀5回至油箱。操纵换向阀5，可以实现液压马达1的换向。该系统的特点是系统简单，油液散热好，杂质易沉淀，初置费用低，但是系统中容易进入空气，引起噪声增加，采用换向阀换向冲击力大，操作费力，能耗大。
图46．1－9 起货机开式液压系统
能耗制动——如图46．1－9所示，换向阀5在从左位回到中位的过程中，由于外负载的惯性使马达1继续朝原方向旋转而呈油泵工况，将油从A管排至B管。但换向阀已位于中位，将A、B两管油路封死，B管中的压力迅速升高，促使设于A、B两管间的双向溢流阀2(作制动阀用)动作，并将B管中的压力油释放至A管，以减低B管中的瞬时压力值，达到安全保护的目的。因此在开式系统中，马达1在制动和换向过程中，外负载的惯性能量不能回收，而消耗在制动阀上。
能耗限速——起货机液压系统属单向承载系统。当起货机下降工况时，液压马达1呈油泵工况，在外负载的带动下旋转。为了防止负载超速下降，必须在下降工况的油路上设置平衡阀4，用来限制下降工况时的马达转速。这样就使平衡阀上产生大量的能耗，造成油液发热。所以开式液压系统一般只用于起升能力较小和工作负荷变化小的变幅机构中。
(3)起货机闭式液压系统
图46．1－10所示是起货机闭式液压系统。由双向变量泵8、定量马达1、安全阀组2、热油释放阀4、辅泵7等组成。主泵的进、出口与液压马达的进、出口分别用管路连接，形成一个闭合回路。操纵泵的变量机构，可以改变液压马达的方向和转速。由一个溢流阀、梭阀和两个单向阀组成的安全阀组2，用来限制系统最大的工作压力，起安全保护作用。闭式系统中的油容量少，而且油液在系统中循环使用。为了防止系统油温过高，设置了热油释放阀4。其工作原理是当B(A)管为高压时，阀4在高压油的作用下位于右(左)位，A(B)管的热油经阀右(左)位和背压阀5放出。由于热油释放和系统中各元件泄漏等原因，在闭式系统中常设辅泵向主系统补油，并提供各种控制油和冷却、滑润用油。这些功能由泵7完成。
图46．1－10 起货机闭式液压系统
该系统的特点是系统复杂，一台液压泵只驱动一个执行机构，并需设置一台辅泵、热油释放阀和补油阀。系统所需的油箱容积较小，结构紧凑，油液不容易与空气接触，但冷却、沉淀条件差。利用改变主泵的排量和方向来控制液压马达的转速和转向，可以实现无级调速和无冲击换向，有利于提高系统工作的稳定性。另外系统能量利用率高。因此闭式液压系统在起货机中得到广泛的应用。
再生限速——当出现外负载对系统作功的工况(下降工况)时，液压马达1呈液压泵工况，排出的高压油输给液压泵8，泵8则拖动电动机超速旋转而发电，电能通过电动机电网输给其它电器设备使用。电动机产生的反力矩使液压系统中的油压升高，以平衡负载，防止负载超速下降。
再生制动——闭式液压系统在液压马达换向、制动过程中，当泵8的排量逐渐减小时，外负载的惯性力变成主动力，拖动液压马达1以原速运动而呈液压泵工况，促使泵8带动电动机发电，输给电动机电网中的其它负载。这样就使外负载的惯性运动通过液压马达变成油液的压力能，使液压马达的回油压力升高，并使液压马达逐渐减速，达到制动的目的。制动压力由溢流阀限定。
(4)赫格隆型回转式液压起货机
赫格隆型回转式液压起货机是由瑞典赫格隆(HAGGLUNDS)公司生产。该公司生产的内曲线多作用柱塞式液压马达闻名于世。这种液压起货机在我国各大航运公司的船舶上均有应用，如“海”字、“城”字、“河”字船舶均有应用，在滚装船上也大量米用，国营南京绿洲机器厂已引进技术并批量生产。该型起货机性能好，安全装置完善，大量采用阀组，以简化系统。目前已大量采用比例操纵，降低了操纵力，提高了系统的稳定性，该液压马达为内曲线壳转液压马达直接驱动，能使绞车结构紧凑，低速稳定性好。
图46．1－11为双回转式起货机转动示意图。两转塔A和B既可绕其本身的轴线Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ转动，又可同时随中央体C绕轴线Ⅲ－Ⅲ旋转。A、B为两个转塔，A转塔上设有外齿轮a，B转塔上设有外齿轮b；a，b皆与固定大齿圈C相啮合。当小齿轮转动时，相应的转塔就将随之绕轴线Ⅲ－Ⅲ旋转。当需在两个同时转动回转式起货机进行双并作业时a，b两小齿轮皆需作同步运动。
图46．1－11 双回转式起货机转动示意图
图46．1－12 是赫格隆8t回转式起货机液压系统工作原理图。该液压系统由起升、变幅、回转三部分组成。在起升速度为90m／min时，起重量为3．2t，在起升速度为45m／min时，起重量为8t。
图46．1－12 HAGGLUNDS 8t回转式起货机液压系统
A．起升回路
起升回路采用半闭式系统，主泵为斜轴式变量泵，排量为300L／min，工作压力为15～17MPa，由阀组102中的阀3调定，起升马达采用该公司内曲线壳转式液压马达，可以进行有级调速，额定排量为11．08L／r。它利用阀组102中阀5进行热油释放，热油回油压力为1．5～1．8MPa，当满负载起升时，先将操纵杆向右偏转，辅泵c排出的压力油经阀111、阀109和梭阀112后分为两路：一路进入制动液压缸105，使制动器松闸；另一路进入阀组103中双速阀(三位四通阀)的左控制腔，使双速阀换向至左位，然后再将操纵杆向下压，泵c的压力油进入泵101的伺服液压缸117，使液压缸摆过一个角度，泵101排出的油沿A管经双速阀左位进入马达的两个进口，使马达旋转。此工况为满载，起重量为8t，当半负载以下起升时，先将操纵杆向左偏转，泵c排出的油使制动液压缸105松开，双速阀位于中位。泵101排出的油经双速阀右位进入马达的一个进口，使马达的作用次数减半，这时泵101的排量不增加，也可使起升速度加快一倍，但起重量下降至3．2t。在实际使用中，如误用高速(实际负载超过3．2t)，A管压力上升，当超过阀106的调定值(14．5～15MPa)时，阀106打开，油液经单向阀108推动阀111换向至左位，使双速阀的控制油和制动液压缸的控制油经阀109左位，阀111左位回入油箱，双速阀回中位，泵101经双速阀中位卸荷。马达进口被双速阀封死，制动器抱闸，马达停转，起误用高速档保护作用。当负载下降时，将操纵杆向上推，泵101向B管供油，其它一切相同。在负载下降过程中，由于货物到位而引起钢索松驰时，阀113被推向右位，泵c排出的压力油进入遥控液压缸117的上腔，使操纵杆向下偏转，促使手柄回中，停止供油。
B．变幅油路
变幅油路采用开式系统，双联叶片泵中的泵b向变幅系统供油，泵c为整个液压系统的辅泵，提供控制油、补油和制动器用油，工作压力为1．5～1．8MPa。由阀102中的阀6来调定。当阀1在右位时，泵b排出的压力油经单向节流阀206进入制动液压缸205，使制动器松闸，并经阀组202的阀2、阀1沿B管进入马达204左腔。马达右腔排出的油沿A管流动，打开阀组203中的平衡阀2，再经阀组202中的阀1流回油箱，使吊臂向下变幅。平衡阀可以防止吊臂在重力作用下超速向下移动。平衡阀调定压力为14MPa。当阀1在左位时，吊臂向上变幅。阀1在中位时，制动器抱闸，泵b卸载，吊臂由平衡阀锁住。
C．回转油路
回转机构惯性较大，因此采用半闭式油路系统，使制动过程中能实现“再生制动”，减少系统发热。变量泵301用来使回转机构实现无级调速和换向。阀303的作用是消除泵301的零位误差。阀组302中的安全阀兼作制动阀，其调定压力为13．5MPa。