船舶液压起货机技术发展趋势研究.pdf

J u n ．2 0 1 4 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e r i ng Vo 1 ．4 2 No ． 1 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 - 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 0 2 3 Re s e a r c h o n t h e de v e l o p me n t t r e n d o f m a r i ne h y dr a u l i c c r a ne J i e w e i D U ，H o n g - j i Z HO U S c h o o l o fE n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ，W u h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，Wu h a n 4 3 0 0 6 3 ，C h i n a 1 ． I n t r o d uc t i o n Ab s t r a c t Th e t h e s is ma k e s a n in t r o d u c t i o n o n t h e p r e s e n t a p pli c a t io n s t a t u s o f ma r i n e c r a n e， a n d d i s c u s s e s t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f ma r i n e c r a n e t e c h n olo g y t o a u t o ma t io n，h i g h p r e c i s i o n， h i g h e f f i c ie n c y，h i g h p o we r a n d l i g h t we i g h t t r e n d f r o m t h e h y d r a u l ic c o mp o n en t s a n d ma n u f a c t u r 。 i n g me d i u m，s e a l in g，p r e s s u r e，p o we r ，u n i t we ig h t c o n t r o l me t h o d，s y s t e m o f a u t o ma t i c f au l t di- a gn o s i s，a n d s o o n． Ke y wo r d s S h i p，Hy d r a u l ic c r a n e，Me c h a t r o n ic s，De v e lo p me n t t r e n d I n o r d e r t o i mp r o v e t he b a r g e l o a di ng a n d u n l o a d i n g c a r g o c a p a c i t y o f t h e s h i p i n p o r t ，a v e r a g e d r y c a r g o s h i p a n d b u l k c a r g o s h i p a r e e q u i p p e d wi t h t h e h y d r a u l i c c r a n e ． Cu r r e n t l y， e l e c t r i c c r a n e a n d h y d r a u l i c c r a n e a r e t he mo s t wi d e l y u s e d o n e s ．T he e x p l i c i t p a r a me t e r s c o mp a ris o n be t we e n e l e c t r i c c r a n e a n d h y d r a u l i c c r a n e i s s h o wn i n T a b l e 1 ．T h i s k i n d o f c r a n e a l t h o ug h h a s s h o r t c o mi n g s o f h i g h p r e c i s i o n ma c h i n i n g，i n c o n v e n i e n t f a b r i c a t i o n a n d c o mp l e x i n - s t a l l a t i o n， i t h a s a d v a n t a g e s o f l i g h t we i g h t ， s ma l l v o l u me，e a s y o p e r a t i o n，a n d s t a b l e wo r k， b y wh i c h i t c a n r e a l i z e s t e p l e s s s p e e d r e g u l a t i o n，a b s o r b t h e i m p a c t o f l o a d a n d a u t o ma t i c o v e r l o a d p r o t e c t i o n，a n d h a s g o o d b r a k i n g a b i l i t y [ 1 ] ．I n a d d i t i o n ， t h e s y s t e m i s fil l e d wi t h l u bric a t i o n o i l 。 wh i c h wi l l ma k e l e s s c o mpo ne n t we a r， h i g h t r a n s mi s s i o n e ffi c i e nc y， a n d l o w e n v i r o n me n t a l t e mp e r a t u r e a n d hu mi d i t y s e n s i t i v i t y ．Th e r e f o r e，t h e h y d r a u l i c c r a n e i s wi d e l y a p p l i e d a n d r a p i d l y d e v e l o p e d．T hi s p a p e r i n t r o d uc e s t h e d e v e l o pme n t o f t h e mo d e r n s h i p i n d u s t r y a n d t h e c u r r e n t c o n di t i o n o f t h e e l e c t r i c c r a n e a n d h y d r a ul i c c r a n e，a n d e mp h a s i z e s o n t h e t e c h n i q u e s o f h y d r a ul i c c r a n e，s u c h a s t y pi c a l s y s t e m ，a i r - t i g h t n e s s ，c o n t r o l Re c e i v e d 2 01 40l一2 5 十J i e we i DU，E ma i l 1 8 9 0 7 1 3 6 8 3 6 1 6 3 ． c o n t e c h n o l o g y，f a u l t d i a g n o s i s a n d s o o n． As t h e d e v e l o p me n t d i r e c t i o n o f t h e s h i p h y d r a u l i c wi n c h i s c o n c e r n e d，t h e i mp r o v e me n t o f t he r e l i a b i l i t y a nd t e c h n i c a l ma na g e me n t l e v e l i s o f a n i mp o r t a n t g ui di n g s i g n i fic a n c e ． 2． App l i c a t i o n s t a t us o f ma r i n e h y dr a u l i c Crane Ma r i n e h y dr a u l i c c r a n e i s a k i n d o f c r a n e t h a t i s r a p i d l y d e v e l o p e d i n 1 96 0s ． Hy d r a u l i c s y s t e m o f c r a n e，a c c o r d i n g t o t h e r a t e d wo r k i n g p r e s s u r e l e v e l ， c a n b e d i v i d e d i n t o h i g h，me d i u m a n d l o w v o l t a g e s y s t e m． Ba s e d o n t h e o i l l i q ui d c i r c ul a t i o n，i t c a n b e di v i d e d i n t o o p e n， c l o s e d a n d s e mi - c l o s e d s y s t e m ． O p e n s y s t e m r e f e r s t o t h a t t h e o i l p u mp a b s o r b s o i l f r o m t h e t a nk，a n d v a l v e o i l t o o i l mo t o r t h r o ug h t he r e v e r s i n g，a n d t he o i l d i s c h a r g i n g o f t h e o i l mo t o r r e t u r ns t o t he f u e l t a n k t h r o u g h t he r e v e r s i n g ． Cl o s e d s y s t e m r e f e r s t o t h a t t h e o i l d i s c h a r g i n g mo t o r wi l l n o t r e t u r n t o t h e f u e l t a n k， b u t d i r e c t l y b a c k s t o p u mp s u c t i o n，a n d t he o i l f o r ms a c l o s e d c i r c ul a t i o n b e t we e n t h e p u mp a n d mo t o r o i l ． I n o r d e r t o c o mpe n s a t e t h e l e a k i n t h e s y s t e m ， a s ma l l flu i d i n f u s i o n p u mp i s s e t u p t o fil l o i l a n d c o o l i n g t o f o r m a s e mi c l o s e d s y s t e m． I n t h e s e mi c l o s e d s y s t e m， u s u a l l y 3 0％ h y d r a u l i c o i l e x c h a ng e s wi t h t h e f u e l t a n k．Th e o p e n s y s t e m c r a n e i s r e l a t i v e l y s i mp l e wi t h l o w i n i t i a l c o s t ，a n d t he o i l i n t h e f u e l t a n k c a n b e we l l c o o l i n g a n d p r e c i p i t a t i o n o f i mp u rit i e s ，a n d a p ump i s u s e d 三 二 旦 ． 型 曼 呈 rc h o n t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f m a ri n e h y d r a u l i c c r a n e t o d r i v e s e v e r al me c h a n i s ms t o w o r k s i mu l t a n e o u s l y ． Bu t t h e o i l c o n t a c t s wi t h t h e a i r i n t h e t a n k．c a us i ng t h e a i r mi x e d e a s i l y ，a n d c o n s e q u e n t l y t h e s y s t e m wo r k s d e s t a b i l i z e d． I n a d di t i o n．t h e di r e c t i o n a l c o n ． t r o l v a l v e mu s t b e u s e d t o r e a l i z e t h e r e v e r s i o n a n d c o n t r o l ，o wi n g t o t ha t t he o i l p u mp c a n o n l y o u t p u t p r e s s u r e o i l i n a s i n g l e d i r e c t i o n．Th e r e f o r e，t h e o p e n s y s t e m i S o fte n u s e d o n t h e h y d r a ul i c c r a n e wi t h l o w p r e s s u r e a n d s m a l l p o w e r [ 2 ] ．T h e c l o s e d s y s t e m i s mo r e c o mp l i c a t e d w i t h h i g h i n i t i a l c o s t a n d t h e b i d i r e c t i o n a I v a ri a b l e o i I p u mp．wh i c h a c h i e v e s t h e r e ． v e r s i o n e a s i l y，a n d t h e v o l u me c o n t r o l s a n d b e n e fi t s t h e i mp r o v e me n t o f t he e c o n o mi c a l e f f i c i e n c y． d riv e s t h e o i l mo t o r r e v e r s a l i n t h e s h i p me n t ．a n d t r a n s f e r s t h e o i l p u mp j n t o t h e o i l mo t o r ．w h i c h i n t u r n d r i v e s mo t o r r o t a t i o n， S O t ha t t h e d r o p s p e e d i s l i mi t e d． wh i c h a c h i e v e s e n e r g y r e c o v e r y． Th u s i t i s ma i n l y u s e d i n c r a n e o f t he dry c a r g o s h i p a n d b u l k c a r r i e r w h i c h h a v e g r e a t p r e s s u r e a n d p o w e r ． Ta b l e 1．P ar a me t e r s c o mp ar i s o n b e t we e n e l e c t r ic c r a n e a n d h y d r a u l ic c r a n e Ov e r a l l ，t h e mo s t wi d e l y u s e d h y d r a u l i c c r a n e s hi p h a s ma i n l y t wo t y p i c a l s y s t e msLi b u h e r B5 ／1 4- 1 6 r o t a r y c r a n e a n d Ha g g l u n d s G4 02 4 r o t a r y c r a n e． Th e h o i s t i n g me c h a n i s m p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m Li b u h e r B5 ／1 4 1 6 r o t a ry c r a n e i s s ho wn i n Fi g u r e 1 t h e l i f t i ng h y d r a u l i c s y s t e m a d a p t s t h e c l o s e d s y s t e m t h a t c o n s i s t s o f h y d r a u l i c s y s t e m w i t h h o i s t i n g me c h a n i s m b y t wo wa y p r o p o r t i o n a l v a ri a b l e a x i a l p l un g e r p u mp A a n d q u a n t i t a t i v e o i l mo t o r C． Th e h o i s t i n g me c h a n i s m p rin c i p l e o f t h e Ha g g l u n d s G40 2 4 r o t a ry t y p e c r a n e i s s h o wn i n Fi g u r e 2 一_一百 F i g u r e 1 ．T h e h o i s t i n g me c h a n i s m p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c s y s t e m Li bu he r B5 ／1 4 1 6 r o t a r y c r a n e F i gu r e 2 ．T h e h o i s t i n g me c h a n i s m p r i n c i p l e o f t h e Ha g g l u n d s G 4 0 2 4 r o t a r y t y p e c r a n e Hy d r o me e h a t r o ni c s En g i n e e rin g I t i s a n e a r l y p r o d u c t o f Ha g g l un d s i n S we d e n． Be c a u s e t he s hi p h y d r a u l i c c r a ne s y s t e m i s o p e r a t e d u nd e r t h e c o nd i t i o n s o f l o n g t e r m s wi n g， c o r r o s i o n a n d s t r o n g r e s i s t a nc e， wh i c h l e a d t o t h e we a r o f e q ui pme n t s ，t h e l o o s e o f c o n n e c t i ng p a r t s ，e a s y e O 1 T O s i o n o f ma c h i n e s a n d p i p e l i n e s，a n d t h e f a i l u r e o f a u - t o ma t i c c o n t r o l e q u i p me n t ． Wi t h flu c t u a nt t e mpe r a t ur e i n t h e r e g i o n s wh i l e t h e s h i p i s s a i l i n g， i t h a s g r e a t i n flu e n c e s o n t h e pe rfo r ma nc e o f h y d r a u l i c o i l ， a n d l e a ds t o t h e i ns t a b i l i t y o f wo r k i n g pe rfo r ma n c e o f h y dr a u l i c s y s t e m． Th e r e f o r e，t o i mp r o v e t h e n o r ma l o p e r a t i o n o f t h e r e l i a bi l i t y o f s h i p，t h e r e q u i r e me n t s o n t he r e l i a b i l i t y，s e a l i n g，a n d e a s y ma i n t e na n c e a n d t h e ma n a g e me n t o f hy d r a ul i c c r a n e be c o me h i g he r ． 3．Th e de v e l o pme nt t r e nd o f ma r i ne hy d r a ul i c c r a ne 3． 1 ． M a r i n e h y dr a u l i c c r a ne pa r t s a nd t he wo r k- i ng me d i um Co mp a r e d wi t h o t he r h y d r a u l i c s y s t e ms ，t h e ma - r i n e h y d r a u l i c c r a n e s y s t e m h a s i t s pe c ul i a r c h a r a c t e r i s t i c s ． F i r s t l y， t he c r a n e h y dr a u l i c s y s t e m c h a n g e s f r e q ue n t l y wi t h i n t e n s e wo r k a n d l o n g t i me c o n t i n u o u s l o a d i n g a n d u n l o a di ng i n p o r t ． S e c o n d l y，t h e c r a ne h y dr a u l i c s y s t e m h a s h i g h d e ma n d s o n t h e ma n a g e me n t a n d ma i n t e na n c e， o f whi c h t h e wo r ki n g e n v i r o n me n t i s a l wa y s h i g h t e mpe r a t u r e a nd hi g h h u mi di - t y，a n d s o me t i me s s p e c i a l p o l l u t i o n l i k e s e a wa t e r e r o s i o n t ha t wi l l n o t o c c u r i n o t h e r h y d r a u l i c s y s t e m． Th e r e f o r e， t h e f u t u r e t r e n d o f d e s i g n o f h y dr a u l i c c o mp o n e n t s wi l l u s e t h e f u z z y r e l i a b i l i t y d e s i g n t ha t c o mb i n e r e l i a b i l i t y d e s i g n a n d o p t i mu m d e s i g n t o i m- pr o v e c o mp o n e n t s ，a n d us e t h e no n l i n e a r e f f e c t t o r e d uc e t h e v o l a t i l i t y o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ． At p r e s e n t ，wi t h t h e d e v e l o p me n t o f c a s t i n g t e c h n o l o g y ， t he p e rfo r ma n c e o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s i s a l s o g r e a t l y i mp r o v e dc a s t i n g fl o w c a n o p t i mi z e t h e e l e me n t i n t e r n a l flo w i n t h e bo d y，a n d i t i s wi d e l y u s e d i n t h e i nt e g r a t e d b l o c k，i mp r o v i n g t h e flo w s t a t e， r e du c i ng t h e p r e s s u r e l o s s，l o we r i ng n o i s e，a n d r e a l i z i n g t h e mi n i a t u r i z a t i o n o f c o mpo n e n t s ． I n a d di t i o n， t h e a p p l i c a t i o n o f n a n o me t e r ma t e r i a l s c a n no t o n l y p r o mo t e t he h y d r a u l i c c o mpo n e n t s a n d s y s t e m l i g h t we i g h t a n d c o mp a c t ，b u t a l s o i mp r o v e t h e we a r r e s i s t a nc e a n d t h e s e r v i c e l i f e o f c o mp o n e nt s ．Th e h y dr a u l i c o i l i s b a s i c a l l y t a k e n a s t h e wo r k i n g me di u m o f h y d r a u l i c w i n c h，a n d w h i c h i s a n e w d i r e c t i o n i n i t s d e v e l 0 D ． me n t ． Us i n g w a t e r b a s e d c o mp o s i t e l i q u i d a s t h e wo r k i n g me di u m h a s t h e a dv a n t a g e s o f no p o l l u t i o n， h i g h s a f e t y， a n d s a n i t a t i o n a n d s o o n，wh i c h me e t s t h e r e q ui r e me n t s o f e nv i r o n me n t a l p r o t e c t i o n ． W h i l e u s i n g wa t e r a s t h e me d i u m o f h y dr a u l i c d r i v i n g t e c h n o l o g y h a s t h e a d v a n t a g e s o f s i mp l e s t r u c t u r e，hi g h e ffi c i e n c y，e c o n o my，e t c ．，whi c h h a s t h e p r o s p e c t o f w i d e l y a p p l i c a t i o n i n ma n y fi e l d s [ 3] ．A t p r e s e n t ， t h e ma n u f a c t u r e r s o f Ge rm a n， Brit a i n， Fi n l a n d a n d o t h e r c o u n t ri e s h a v e u s e d t h e t e c h n o l o g y i n w a t e r h y - d r a u l i c c o mp o n e n t s ．Th e Da n i s h Da nf o s s c o mp a n y o f - f e r s s e rie s o f NES S I E t o c o mp l e t e wa t e r hy d r a u l i c c o mp o n e n t s ，wh i c h h a s be e n a p p l i e d i n t h e f o o d i n - d u s t r y [ 4] ．I n a d d i t i o n ，t h e r e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f t h e e me r g i ng e l e c t r o r h e o l o g i c a l flu i d s a n d ma g n e t o t h e o l o g i c a l fl u i d w i l l b e a m a j o r r e f o r m a n d i n n o v a t i o n o f ma r i n e c r a ne t e c h n o l o g y ．Ma g n e t o r h e o l o g i c a l flu i d i s a k i n d o f s ma rt ma t e r i a l ，wh i c h i s i n flu e nc e d b y t h e e x t e r n a l ma g n e t i c f i e l d， a n d t h e v i s c o s i t y o f t h e l i q u i d c h a n g e s g r e a t l y，a n d i s e a s y t o b e c o n t r o l l e d a n d c o n t i n u o u s l y c o n t r o l l a b l e [ 35] ． Th e r a p i d d e v e l o p me n t o f e l e c t r o ni c t e c hn o l o g y h a s b e e n s e e n i n r e c e n t 2 0 y e a r s，t h e r e l i a bi l i t y o f e l e c t r o n i c d e v i c e s i s g r e a t l y i mp r o v e d，a n d t he i n t e g r a t i o n d e g r e e i s i n c r e a s e d．No w i t c a n b e b u i l t i n e l e c t r o n i c d e v i c e s a n d c i r c u i t s o f h y d r a u l i c c o mpo n e n t s ，wh i c h me a n s a l l e l e c t r o n i c d r i v i ng c i r c u i t ，s i g n a l p r o c e s s i n g a n d s t o r a g e a n d s o o n a r e d i r e c t l y i n s t a l l e d i n t h e h y d r a u l i c pa rts o f t h e s h e l 1 ．I t c a n no t o n l y i mpr o v e t h e r e l i a b i l i t y o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ，r e d u c e t h e p i p e s ，d e c r e a s e t h e p r e s s u r e l o s s a n d i mp r o v e e f fic i e n c y， b u t a l s o s a v e t h e i n s t a l l a t i o n s p a c e a n d be e a s i e r