某型横向液货补给装置的液压系统控制技术.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 6 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ．is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 6 ． 0 3 ．0 1 7 某型横向液货补给装置的液压系统控制技术 翟性泉， 王 琦， 赵厚宽 9 2 1 1 7 部队， 北京 1 0 0 0 7 2 摘 要 航行横向液货补给一般采用门架式高架索法或大型吊杆法， 通常由门架或吊杆、 绞车组、 张力补偿设备等组成， 存在设备多、 体 积大、 结构复杂的特点， 不适宜在民船上快速加装。某型航行横向张力软管液货补给装置， 通过高强度轻质张力软管直接承受张力 ， 具有体积小、 结构简单 ， 适宜快速加装等优点。该装置的工作原理是通过液压系统 自动控制补给过程中软管的垂度 ， 该文对该装置液 压系统的控制技术进行论述。 关键词 横向补给； 液压 ； 控制技术； 补给装置 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 5 3 0 3 Hy d r a u l i c S y s t e m Co n t r o l Te c h no l o g y o f a Ne w T y p e Li q ui d Ca r g o Al o ng s i d e Re pl e ni s hme n t Eq u i pme nt Z H A I X i n g --q u a n , W A NG Q i , Z H A0Ho u -- k u a n U n i t 9 2 1 1 7 o f P L A， Be i j i n g 1 0 0 0 7 2， C h i n a Ab s t r a c t Li q u i d c a r g o a l o n g s i d e r e p l e n i s h me n t e q u i p me n t g e n e r a l l y u s e h i g h l i n e c a b l e o r b o o m， Us u a l l y c o n s i s t s o f p o a l f r a me， wi n c h ， t e n s i o n c o mp e n s a t i o n e q u i p me n t ， e t c ． Th i s t y p e r e p l e n i s h me n t e q u i p me n t i s t o o l a r g e a n d c o mp l e x f o r r a p i d i n s t a l l a t i o n ． a n e w t y p e l i q u i d c a r g o a l o n g s i d e r e p l e n i s h me n t u s e h i g h s t r e n g t h l i g h t we i g h t t e n s i o n h o s e d i r e c t l y u n d e r t e n s i o n ， a n d c o n v e n i e n t for r a p i d i n s t a l l a t i o n ． T h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e d e v i c e i s t o a u t o ma t i c a l l y c o n t r o l t h e s a g o f t h e h o s e i n t h e s u p p l y p r o c e s s t h r o u g h the h y dra u l i c s y s t e m． I n thi s p a p e r , t h e c o n t r o l t e c h n o l o g y o f t h e h y dra u l i c s y s t e m o f t h e d e v i c e i s d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s a l o n g s i d e r e p l e n i s h me n t ； h y d r a u l i c ； c o n t r o l t e c hn o l o g y ； r e p l e n i s h me n t e q u i p me n t U 日 IJ吾 航行横向液货补给一般采用门架式高架索法或大 型吊杆法等u ， 在补给过程中通过高架索或跨索来承 受由软管自重 含输送液体和接头 、 风浪和两船相对 运动共同作用产生的张力， 同时通过高架索或跨索对 两舰船的相对运动进行补偿 ， 补给软管本身不承受张 力 。采 用该方法 的补给设备一般 由门架或 吊杆 、 绞车 组、 张力补偿设备等组成I ， 具有设备多、 结构复杂、 安 装占用空间大等特点， 不适宜在民船上快速加装 。某 型航行横向张力软管液货补给装置 ， 通过专门开发的 高强度轻质张力软管直接承受 自身张力， 不需要门架、 高架索、 鞍座索等复杂部件， 具有体积小、 结构简单， 方 便快速加装 的优点 。该装置的工作原理核心内容是通 过液压 系统 自动 控制补 给过 程 中软 管 的张力 即垂 度 。 1 装置工作原理 如图 1 所示， 在补给作业过程中， 由于受海浪和风 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 7 作者简介 翟性泉 1 9 6 4 - ， 男， 河南宁陵人， 研究员， 博士， 主要从事舰船 海上补给理论与装备研究。 等环境条件的影响， 两船会持续发生升沉、 纵摇和横摇 运动， 造成接收船软管的挂点B 相对补给软管绞车A点 的距离 不断变化。距离 的变化会造成软管垂度h 的 变化 。当距离增加时 ， 垂度 减小 ， 软管被拉 紧 ， 可能会 造成软管拉脱或拉断 。当距离减小时 ， 软管 的垂度增 加 ， 软管可能会落人海水中。所以在补给过程中， 应控 制垂度 h 在一个合理的范围内。根据分析计算 ， 在 相同的环境条件下 ， 软管两端的张力与软管展开的距 离和软管的垂度有关 ， 控制垂度就要控制软管的张 力。例如展开距离为4 5 m， 当垂度h 2 m时， 软管的张 力 1 3 ．9 k N ， 当垂度h 3 m时， 软管的张力 T 9 ．5 k N ； 展 开距离为5 2 m， 当垂度h 2 m时， 软管张力 T -- 1 6 ．0 k N， 当 垂度h 3 m时 ， 软管张力 1 1 ． 0 k N。 图1张力软管受力图 补给作业距离是影响软管承受张力的主要因素， 为了控制软管垂度在合理范围内， 可依据软管的展开 长度， 通过控制软管所受张力实现。 液 压 气 动 与 密 封 ／20 1 6年 第 0 3期 2 液压系统设计 2 ． 1液压工作原理 图2 为航行横向张力软管液货补给装置的液压系 统原理 图。该装置液压 系统 由压力调节变量泵 1 和 比 例控制压力调节阀组 2 共同组成一个压力可调节的恒 压变量液压源 ， 控制系统可以根据软管需要的张力 ， 调 整系统工作压力 。溢流 阀3 作为安全 阀， 为液压泵提供 安全保护 。三位 四通 电磁 比例 阀4 控制软管绞车 的运 行 ， 在手动模式下控制软管 的收 、 放 和停 止 ， 在 自动补 偿模式下 ， 控制软管绞车 的收 、 放和保持。溢流 阀5 作 为安全阀， 为液压马达提供安全保护。平衡阀8 在液压 马达的排油腔产生足够的背压， 形成制动力矩， 起到动 态制动的作用 ， 保证液压马达不会超速运行 。溢流阀 9 和电磁比例溢流阀l 0 组成张力控制模块 ， 可通过电磁 比例溢流阀 l O 控制溢流压力 ， 即控制软管张力 。软管 卷盘由低速大扭矩液压马达6 直接驱动， 具有效率高、 加速快、 低速性能和启动性能好等优点， 使软管绞车系 统具有较小的转动惯量 ， 在提高软管补偿的灵敏度的 同时具有较高 的机械效率 。 l _ 压力调节 变量 泵2 一 比例控制压 力调节3 一 溢 流阀 4 一 三位四通比例阀 5 一 溢流阀 6 一 液压马达7 一 节流阀 8 一 平衡 阀 9 一 溢流 阀1 0 一 电磁 比例溢流 阀 图 2液压原理 图 2 ． 2 控制原理 图3 为液压系统的控制原理图， 在展开和补给过程 中， 安装在软管绞车上的编码器实时检测出软管的放 出长度 ， 控制系统根据软管实际放出长度和所要控制 的垂度范围， 计算出软管的张力控制上限值和控制下 限值， 然后根据控制上限值和液压马达的技术参数， 计 算出液压系统的工作压力 ， 并设定液压泵压力控制溢 流阀2 的压力和溢流阀1 0 的压力 ， 使软管绞车在保持 54 或 收管状态下 可 以被动 释放软管 ， 保证 软管 的张力 。 压差传感器安装在液压马达的进出口端 ， 检测液压马 达的工作压差 ， 按公式 1 计算 出液压马达的输 出扭 矩Ⅳ， 然后根据公式 2 计算出软管的张力 ， v △ p 1 式中△ p 压差 ； 一 液压马达的排量 ； 。 液压马达的总效率， 一般为0 ． 9 0 ．9 7 。 T Ni m／ R A p 叼- 叼 z 2 式中 卵 传动系统总效率 ； 传 动系统传动比； 软管卷盘半径 。 图 3 控制原理 图 控制 系统将实 时检测 的软管 张力 ， 并与上下 限值 进行比较 ， 当张力小于控制下限值时， 控制系统控制三 位四通比例阀到左位， 主动收紧软管， 并在张力大于下 限值时转换为保持状态。 2 ． 3 系统工作过程 在正 常补 给作业 中 ， 系统展开 和撤收采用手 动模 式 。在系统展开 软管放 出 时 ， 溢流阀9 关 闭 ， 三位四 通电磁 比例 阀4 右位接通 ， 液压油经换向阀进入液压马 达 ， 并经节流阀 7 打开平衡 阀的出口， 控制软管绞车平 稳释放软管。在系统撤收 软管回收 时， 三位四通电 磁比例阀4 左位接通， 液压油经换向阀、 平衡阀的单项 阀进入液压马达， 从液压马达排除的液压油经i位四 通电磁 比例 阀4 返 回油箱 。展开和撤收时 由于软 管内 部无液体， 重量轻 ， 软管张力较小， 可通过观察保持软 管不落人海水 。 系统展开后 ， 控制系统转换到 自动补偿状态 ， 开始 进行补给， 这时软管内充满补给液体。控制系统根据 编码器数值计算出软管的放 出长度 软管两端 的距 离 ， 并根据软管两端距离依照换算公式计算出软管张 力 ， 从而得出变量泵 的输 出压力 通过 2 设定 和电磁 比 例溢流阀1 0 的设定压力 ， 三位四通电磁比例阀4 设定 为中位 保持 状态。此时， 液压泵的压力达到设定压 力后 ， 泵 的输 出油流为零 。 由于 风和海浪 ， 以及补给过程 中两船 间始终 存在 相对运动等因素影响 ， 带来补给软管垂度的变化和张 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． O 3 ． 2 0 1 6 d o i l O ．3 9 6 9 ． is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ．0 3 ． 0 1 8 某车载液压油箱的设计与结构分析 谭 技 ， 滕 达 ， 井 江 ， 谭智鹏 ， 李 萍 ， 熊俊俏 1 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 地面装备研究所， 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 ； 2 ．武汉工程大学 电气信息学院， 湖北 武汉4 3 0 0 7 3 摘要 该文在详细分析车载油箱受力的基础上， 采用 A l g o r 对油箱进行有限元分析， 验证了该油箱设计方案 ， 从而对油箱进行设计优 化 ； 同时总结了该类型油箱安装螺栓组的设计方法， 对该类型油箱的工程设计具有指导意义。 关键词 车载油箱； A l g o r ； 有限元分析 ； 螺栓组设计 中图分类号 T H1 3 7 ； U 4 6 9 ． 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 5 5 0 3 De s i g n a n d S t r u c t u r e Ana l ys i s o f t he Ve hi c l e Hyd r a ul i c Ta n k T AN J i ， T ENGDa ， J I NG J i a n g ， T A N Z h i - pe n g ， L 1 Pi n g ，XI ONG J u n q i a o 1 ． H u b e i S a n j i a n g S p a c e Wa n s h a n S p e c i a l v e h i c l e C o ． ， L t d ． I n s t i t u e o f G r o u n d E q u i p me n t ， Xi a o g a n 4 3 2 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f E l e c t ri c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g ， Wu h a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 3 ， C h i n a ； Ab s t r a c t I n o r d e r t o v e r i f y a n d o p t i m i z e t h e d e s i g n o f t h e v e h i c l e h y d r a u l i c t a n k ， t h e p a p e r a n a l y z e s t h e s t r e s s s t a t e o f t h e t a n k i n d e t a i l ， a n d p e r f o r ms fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s b a s e d o n the s o f t wa r e Al g o r ； M e a n wh i l e ， t h e p a p e r s u mma r i z e s t h e d e s i g n me t h o d o f t h e i n s tal l a t i o n b o l t ， wh i c h h a s g u i d i n g s i gn i fi c a n t f o r t h e e n g i n e e rin g d e s i gn o f t h i s k i n d o f t a n k． Ke y wo r d s v e h i c l e h y dra u l i c t a nk ； Al g o r ； F EM ； b o l t g r o u p d e s i g n O 引言 车载液压动力源是重型越野 车的重要分系统 ， 而 收稿 日期 2 0 1 5 1 0 2 5 基金项 目 武汉工程大学科研 基金资助项 目 K 2 0 1 4 2 1 作者简介 谭技 1 9 9 0 - ， 男 ， 湖北 当阳人 ， 助理T程 师 ， 硕士 ， 研究方 向 车载电液传动与控制技术。 - - - 4 - - - - - - - 4 - - - - - - 一 - - - - - - - - 4 - - - 力的变化。当两船距离增大时， 垂度减小 ， 软管张力增 加 。当软管 张力达到上限值 时 ， 液压马达的压力达 到 电磁 比例溢流阀 1 O 的设定压力 ， 则控制溢流阀9 打开 ， 液压油可以经过三位四通电磁比例阀4 回到液压马达 的另一侧 ， 液压马达工作在“ 泵” 状态， 软管 自动放出， 软管垂度增加， 张力减小。软管张力低于上限值时， 电 磁比例溢流阀1 0 关闭， 停止释放软管。当两船距离减 小时 ， 垂度增加 ， 软管张力减小 ， 液压 马达 的压力也减 小 ， 控制系统通过压力传感器检测液压马达的压力， 当 压力小于下限值 根据软管垂度计算的设定值 时 ， 控 制系统控制三位 四通 电磁 比例 阀4 到左位 ， 软管收紧。 随着软管的回紧， 软管垂度减小 ， 张力增加 ， 当软管张 力高于下限值时， 三位 四通电磁 比例阀4回到保持 状态。 3 结论 某型海上补给装置的补给软管张力自动控制采用 液压 油箱是 为整个 液压 系统贮存 、 提供液压油 的关键 部件 。车载式液压 油箱 主要有侧 置式 和后置式两种 。 侧置式油箱一般悬挂在车辆底盘车架外侧 ， 侧置式便 于管路布置， 但是由于悬挂布置和空间限制 ， 侧置式油 箱容积有限； 后置式油箱一般布置在车辆底盘上方， 便 于安装及拆卸维修 ， 且可以具有较大的容积。 被动释放软管和主动收紧软管相结合的方式实现软管 垂度 的控制 ， 可克服放管和收管转换时机械效 率带来 的影响 ， 提高了收管时的灵敏度 ， 比全被动式收放软管 对系统动态特性适应性好， 软管张力控制精度高。 参考文献 Ⅲ 1 翟性泉， 夏勇， 赵厚宽． 夕 军补给舰船【 M] ． 北京 国防工业出版 社． 2 0 1 3 ． 【 2 ] 余 建星， 顾鹏． 海上液货补给技术[ J ] ． 海洋技术， 2 0 0 5 ， 1 2 ， 1 0 3 -1 0 6 ． [ 3 】 严梅剑． 海上横行横向补给装置选型设计[ J ] ． 船舶， 2 0 0 4 ， 2 ， 5 1 - 5 3 ． [ 4 】 王琦， 翟性泉， 赵厚宽． 基于悬链线法计算某型航行横向液 货补给装置软管受力[ J ] ． 机电工程技术， 2 0 1 5 ， 3 ， 1 0 2 - 1 0 5 ． 【 5 ] 赵厚宽， 翟性泉， 郭奎， 李 晓勇． 张力软管法横向液货补给装 置的设计【 J J ． 船舶工程， 2 0 1 2 ， 增刊 ， 5 2 5 4 ． [ 6 】 路甬祥． 液压气动技术手册[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 7 】 张岚， 弓海霞， 刘宇辉． 新编使用液压技术手册[ M 】 ． 北京 人民 邮电出版社， 2 0 0 8 ． 5 5