目前国内液压绞车现状及使用的研究与探讨1Word下载.docx

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用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装

１

置与控制装置。

绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发

动机、汽油发动机、液压马达、气动马达、等等。

无论采用何种驱动发式，在绞车的驱动部分设计中都应包含以下设计准则：

①无级均匀变速，调速范围广；

②在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高；

③双向旋转，并且容易改变旋转方向；

④维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感；

⑤制动系统工作可靠；

⑥设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻；

⑦在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。

图1.2 手动提生绞车

对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置

联接在一起，直接驱动工作装置；

对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的

２

绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很方便。

2工作装置:

在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。

3.辅助装置:

辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量，长度距离测量，张力测量等装置部分;

绞车可以使用钢丝绳，尼龙缆绳等多种材质缆绳。

1.1.3绞车分类

绞车可以采用多种分类方法。

按绞车驱动方式分类，绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、液压绞车等几大类。

1.机械式驱动绞车

①驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少；

②传动系体积尺寸大，总重量重；

③安装布置复杂，经常需要精密加工的平面和精密的部件定位；

④难以实现大范围的无级变速；

⑤原动机的位置是不可变的；

⑥在有负载的情况下，难以取得平稳的反转；

⑦通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。

2.电机驱动绞车

①在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速（或双速）和双向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速；

②采用可控硅整流（SCR）直流调速方式实现无级变速，发展历史悠久，可在低速段提供短时的额定扭矩（或堵转扭矩）。

但是，若无独立冷却系统和专用设计，直流调速方式不能长时间用于堵转工况；

③采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况下提供100%额定扭矩，调速平稳；

④设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。

3.气动绞车

①需要配置压缩空气站；

②气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重；

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③对环境条件敏感-在周围环境温度低的地方，可能有潮气凝结在气动管

路和部件里；

④噪音大-需要噪音消音器。

4.液压绞车

①双向实现从零到最大速度的无级变速控制，易于换向；

②用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩；

③输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动；

④系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩；

⑤设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻；

⑥易于实现恒速、恒张力控制。

按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。

按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。

滚筒卷扬绞车采用驱动滚筒旋转方式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳；

线型绞车采用夹钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒

上卷扬容绳。

图1.3为线型绞车示意图。

图1.3线型绞车示意图

1.1.4绞车应用

绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运

输、海洋石油等多领域，可配套多种类型主机设备。

绞车具体配套的部分设备如下：

1.汽车起重机──主吊、辅吊绞车

2.塔式起重机──主吊绞车

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3.驳船──定位绞车，拉索绞车

4.钻探船──拔桩绞车

5.挖泥船──悬挂和斗架绞车、抓斗绞车

6.通用船舶──锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车

7.集装箱船──船尾恒张力装料绞车

8.码头起重机──主起重卷扬机

A/R绞车、起重

9.海洋石油铺管工作船──恒张力移船绞车、张紧器、吊机的负荷绞车等等

10.运输──铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车

11.森林及木材加工机械──重木起吊卷扬机、木材车、堆材机

12.液压打桩锤配套设备──液压管线绞车、电缆及气动管线绞车

13.矿山和冶金行业──运输绞车、提升绞车

1.2最新技术与发展趋势

随着液压元件的不断发展、丰富，随着液压控制技术和测试技术的进步，液压绞车的应用范围不断扩大，功率回收、负荷传感、恒张力等多种先进技术已在大型绞车上广泛应用。

执行元件（液压马达）的使用更加多样。

一方面，大排量液压马达实用性的增加大大改变了许多绞车的面貌；

同时，小型、低成本液压马达配套行星减速系统也显现出取代大型马达的趋势，能简化或代替传统的多级开式齿轮组。

现有的成熟可编程序控制（PLC）技术和高水平的数字传输技术在绞车精

确缠绕控制上成功结合使用，出现了“层补偿输出”技术，可以实现绞车各层缆绳以设定的线速度输出设定的张力。

在测量技术上，通过采用接近传感器和光学编码器测试缆绳的线速度和收放距离，采用安装在绞车滑轮轮轴上的应变仪测量缆绳的线张力，通过PC和PLC接收以上信息并应用电比例技术控制液压泵、液压马达的排量与压力。

采用远距离无线接收和遥控技术，操控人员可以远程操纵绞车并随时了解绞车的工作状态和发布工作指令。

在传统负荷绞车的基础上出现了一种“存储绞车”，用于大量液压管线、电缆（光缆）、气动管线等的存储和动力收放。

在德国MENC公K司、荷兰IHC公司生产的液压打桩锤液压管线绞车、脐带绞车（电缆和气动管线绞车）上，采用了多通道液压回转接头和电滑环技术，可以在绞车回转收放过程中正常传输液、气、电介质，使打桩锤能在200米以上水深的海底正常、连续使用。

如图1.4。

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在船舶、海洋石油领域的系泊绞车、移船绞车上，采用了一种远程遥控

压力限制回路（RVPL）用于恒张力控制功能的实现。

在恒张力系泊绞车以设定的速度收缆过程中，当绞车缆绳张力增加到RVPL系统设定点时，液压泵的排量将自动减小以维持设定压力；

如果这时张力继续增加，PVPL系统将控制泵的斜盘越过中点，绞车自动放缆以维持张力的恒定。

RVPL系统可应用于美国萨奥公司的90系列轴向柱塞变量泵上。

基于能量回收和重新利用的二次调节静液压传动技术是德国科学家于

图1.4 液压锤管线绞车

1977年首先提出的一种液压传动技术。

在二次调节系统中，液压变量马达/

泵（称为二次元件）没有节流损失地连接在由恒压变量泵与液压蓄能器组成的恒压网络中，液压蓄能器在网络中不仅起到了吸收压力脉动的作用，而且作为贮能元件，能够回收并重新利用系统的惯性能或重力势能。

二次调节技术在国外已经成功应用于矿山、造船、冶金等行业，能显著提高液压系统的效率，对能源紧缺的当今社会具有很大的经济价值和社会价值。

国内对于此项技术的研究还仅限于应用基础研究阶段。

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1.3

液压传动系统概述

1.3.1

传动类型及液压传动的定义

一部完备的机器都是由原动机、传动装置和工作机组成。

原动机（电动

机或内燃机）是机器的动力源；

工作机是机器直接对外做功的部分；

而传动装置则是设置在原动机和工作机之间的部分，用于实现动力（或能量）的传递、转换与控制，以满足工作机对力（或力矩）、工作速度及位置的要求。

按照传动件（或转速）的不同，有机械传动、电器传动、流体传动（液

体传动和气体传动）及复合传动等的要求。

液体传动又包括液力传动和液压传动是以动能进行工作的液体传动。

液

压传动则是以受压液体作为工作介质进行动力（或能量）的转换、传递、控

制与分配的液体传动。

由于其独特的技术优势，以成为现代机械设备与装置

实现传动及控制的重要技术手段之一。

1.3.2

液压系统的组成部分

液压传动与控制的机械设备或装置中，其液压系统大部分使用具有连续

流动性的液压油等工作介质，通过液压泵将驱动泵的原动机的机械能转换成

液体的压力能，经过压力、流量、方向等各种控制阀，送至执行机器（液压

缸、液压马达或摆动液压马达）中，转换为机械能去驱动负载。

这样的液压

系统一般都是由动力源、执行器、控制阀、液压附件几液压工作介质的几部

分所组成。

一般而言，能够实现某种特定功能的液压元件的组合，称为液压回路。

为了实现对某一机器或装置的工作要求，将若干特定的基本回路连接或复合

而成的总体称为液压系统。

1.3.3

液压系统的类型

液压系统可以按多种方式进行分类，见表1.1。

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1.3.4

液压传动的优缺点

随着液压技术的迅速发展，液压传动已经在各种各样的机械上得到越来越广泛的应用，代替了许多复杂的机械结构。

液压传动具有很多其它传动方式所没有的独特的优点：

（1）易于获得很大的力和力矩，使液压传动成为实现省力的有效手段。

提升机往往需要产生很大的提升力，故这一优点使液压传动适用于提升系统。

（2）可以实现无级调速，而且能获得很大的调速比，还容易获得极地的

运转速度，使整个传动系统简化。

这对于工作中需要调速的提升机来说是很重要的。

（3）能容量大，用较小重量和尺寸的液压件就可传递较大的功率，使机

械结构紧凑，体积小，重量轻。

矿用防爆液压提升机由于受井下空间尺寸限制，就要求体积小。

同时，液压系统惯性小，启动快，工作平稳，易于实现快速而无冲击的变速与换向。

这对于提升机的频繁启动、换向很有利。

（4）易于获得各种复杂的机械动作，以直接驱动工作装置，故可用低速

大扭矩液压马达直接拖动滚筒，而不需要减速装置。

（5）动力传递很方便。

由于用管道传递压力油，所以液压元件和各种机械装置都易于布局，各元件的安装可以随意放在任何适当的位置上，因此便于液压提升机进行远距离操纵。

（6）容易实现安全保护，能自动防止过载，故能满足提升机安全工作的

要求，避免发生事故。

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（7）液压元件能自行润滑，延长了使用寿命。

（8）液压元件易于实现标准化、系列化、通用化、便于组织专业化大批量生产，从而提高生产率，提高产品