本發(fā)明涉及一種海洋絞車制動系統(tǒng)，具體涉及一種基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

海洋絞車主要應(yīng)用于深海資源開發(fā)裝備、ROV系統(tǒng)、水下拖曳系統(tǒng)等的收放。閉式制動器常態(tài)通過彈簧或碟簧的彈性恢復(fù)力來實(shí)現(xiàn)對絞車制動，安全性高，在海洋絞車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。制動控制系統(tǒng)控制性能好壞直接影響制動能耗以及制動器的工作壽命，制約海洋絞車適應(yīng)性和安全性。

專利201510706460.0公開了一種礦用液壓絞車電液比例控制系統(tǒng)，它的制動系統(tǒng)包括制動泵站、液控?fù)Q向閥、電磁換向閥、電液比例溢流閥，放大器、制動手柄。操作電位計型制動手柄，制動手柄的輸出端經(jīng)放大器連接電液比例溢流閥的控制端，可對系統(tǒng)進(jìn)行柔性制動。但該系統(tǒng)制動時，因液壓系統(tǒng)自身所具有的非線性、參數(shù)慢時變特性，極易引起重負(fù)載下的“坡起負(fù)載瞬時下滑”與停車時系統(tǒng)壓力沖擊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和液壓元件壽命。同時，該制動系統(tǒng)搭建空間占據(jù)較大。

專利201210160823.1公開了一種用于礦用提升機(jī)的帶動力液壓制動系統(tǒng)及制動方法，它由直流溢流閥調(diào)壓之后結(jié)合主控電磁換向閥使制動油缸松閘，當(dāng)主控裝置出現(xiàn)故障時，通過直流溢流閥訊速將壓力油輸入方式切換至備控裝置。當(dāng)需要調(diào)整制動油缸的壓力值時，調(diào)壓電磁換向閥得電聯(lián)通，達(dá)到調(diào)節(jié)制動油缸與制動閘之間緊合程度的目的，進(jìn)而控制絞車速度。它采用常閉型制動器，松閘工作時系統(tǒng)長期處于溢流狀態(tài)，能耗高，且液壓油溫上升較快，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化。同時，制動壓力通過預(yù)先設(shè)定，無法避免不同工況和負(fù)載的急劇磨損制動，影響制動器壽命。

專利201280006772.5公開了一種基于開式制動器的用于車輛制動控制的電液制動系統(tǒng)方法和設(shè)備，它包含具有至少一個能液壓制動的開式輪制動器，其輪制動器能借助于電子控制的供壓設(shè)備制動，制動壓力為預(yù)先設(shè)定的液壓壓力。然而預(yù)先設(shè)定的液壓壓力無法同時適應(yīng)不同工況和負(fù)載的高效低磨損制動，造成部分工況磨損過渡，影響了制動器壽命，且其控制的開式制動器在海洋和礦山等環(huán)境下的意外工況下安全性較差。

海洋環(huán)境下工作，母船對海洋絞車占用空間提出限制性要求，海洋絞車制動系統(tǒng)搭建空間必須緊湊。作業(yè)時間、季節(jié)及不同位置處海洋低溫環(huán)境要求制動系統(tǒng)的吸油特性更高，以滿足復(fù)雜海洋環(huán)境作業(yè)的可靠性和適應(yīng)性。緊湊結(jié)構(gòu)下閉式制動器松閘正常工作時產(chǎn)生的溢流損失更大，致系統(tǒng)性能退化的影響更明顯，能耗更高。預(yù)先制動壓力設(shè)定無法適應(yīng)不同工況和負(fù)載的高效低磨損制動，制動器摩擦片壽命較短。現(xiàn)有絞車制動系統(tǒng)無法同時克服以上缺點(diǎn)，滿足海洋絞車制動系統(tǒng)體積占用空間小、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低和可靠性高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、安全性高、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低和可靠性高的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)及控制方法，該制動系統(tǒng)能對海洋絞車不同負(fù)載和工況下高效低磨損制動。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)，包括油箱，液壓泵，三相異步電動機(jī)，手動維護(hù)泵，倒吸防止閥，緊急制動插裝切換閥，常閉浮動式液壓制動器，卷筒剎車盤，卷筒轉(zhuǎn)速編碼器，蓄能器，柔性制動插裝切換閥，柔性制動調(diào)壓閥，手動維護(hù)控制閥，安全閥及PLC控制裝置；

所述的油箱通過管路與液壓泵的進(jìn)油口連接，液壓泵的出油口通過管路與倒吸防止閥的進(jìn)油口連接，液壓泵與三相異步電動機(jī)連接；倒吸防止閥的出油口通過進(jìn)油管路與兩常閉浮動式液壓制動器的油口連接，兩常閉浮動式液壓制動器對稱布置在卷筒剎車盤兩側(cè)，所述的卷筒轉(zhuǎn)速編碼器安裝在卷筒剎車盤的卷筒中心處；

所述的安全閥的進(jìn)油口通過管路與進(jìn)油管路連接，安全閥的出油口通過回油管道連回油箱；所述的蓄能器的油口通過管路分別與進(jìn)油管路及柔性制動插裝切換閥的進(jìn)油口連接；柔性制動插裝切換閥的出油口與柔性制動調(diào)壓閥的進(jìn)油口連接；緊急制動插裝切換閥的進(jìn)油口與進(jìn)油管路連接；

所述的手動維護(hù)控制閥的進(jìn)油口與緊急制動插裝切換閥和柔性制動調(diào)壓閥的出油口連接，出油口連接在回油管路上；所述的手動維護(hù)泵的進(jìn)油口通過管道與油箱連接，手動維護(hù)泵的出油口連接在倒吸防止閥出油口與常閉浮動式液壓制動器的油口連接的管路上；

所述的PLC控制裝置分別與三相異步電動機(jī)、緊急制動插裝切換閥、柔性制動插裝切換閥、安全閥、柔性制動調(diào)壓閥、卷筒轉(zhuǎn)速編碼器連接。

上述的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)中，倒吸防止閥出油口與常閉浮動式液壓制動器的油口連接的管路上設(shè)有電接點(diǎn)壓力表，電接點(diǎn)壓力表與PLC控制裝置連接。

上述的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)中，所述的液壓泵設(shè)置在油箱內(nèi)，液壓泵通過聯(lián)軸器和過渡連接法蘭與三相異步電動機(jī)連接，三相異步電動機(jī)位于油箱外。

上述的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)中，油箱上設(shè)有空氣濾清器和液位計；油箱的底部設(shè)有放油孔，放油孔處設(shè)有放油螺塞；油箱內(nèi)設(shè)有電加熱器和電接點(diǎn)溫度表；液位計、電加熱器和電接點(diǎn)溫度表分別與PLC控制裝置連接。

上述的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)中，所述的回油管路上設(shè)有回油濾清器，回油濾清器上安裝有污染發(fā)訊器，污染發(fā)訊器與PLC控制裝置連接。

上述的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)中，還包括油路集成板，油路集成板安裝在油箱上，蓄能器，緊急制動插裝切換閥，柔性制動插裝切換閥，柔性制動調(diào)壓閥，手動維護(hù)控制閥，回油濾清器及安全閥安裝在油路集成板上。

一種基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)進(jìn)行控制的方法，具體操作如下：

手動維護(hù)操作時，關(guān)閉手動維護(hù)控制閥，操作手動維護(hù)泵，常閉浮動式制動器松開；打開手動維護(hù)控制閥，制動器關(guān)閉；

電控松閘工作時，手動維護(hù)控制閥打開，啟動PLC控制裝置的松閘工作按鈕，緊急制動插裝切換閥和柔性制動插裝切換閥均得電，常閉浮動式液壓制動器松閘；

當(dāng)進(jìn)油管路內(nèi)壓力大于電接點(diǎn)壓力表上限值p_s時，由蓄能器進(jìn)行保壓，三相異步電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)系統(tǒng)壓力小于電接點(diǎn)壓力表下限值p_x時，三相異步電動機(jī)再次運(yùn)轉(zhuǎn)；其中：

式中，p_max-常閉浮動式液壓制動器全行程打開對應(yīng)的系統(tǒng)壓力；p_0.5max-常閉浮動式液壓制動器打開一半行程對應(yīng)的系統(tǒng)壓力；

電控緊急制動時，手動維護(hù)控制閥打開，啟動PLC控制裝置的緊急制動按鈕，緊急制動插裝切換閥失電，柔性制動插裝切換閥得電，系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器的轉(zhuǎn)速信號值為0時，制動結(jié)束，三相異步電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，柔性制動插裝切換閥失電；

電控柔性制動時，手動維護(hù)控制閥打開，啟動PLC控制裝置的柔性制動按鈕，緊急制動插裝切換閥得電，柔性制動插裝切換閥失電，控制系統(tǒng)根據(jù)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器的轉(zhuǎn)速值，對柔性制動調(diào)壓閥的調(diào)節(jié)壓力p_r進(jìn)行賦值，進(jìn)行柔性制動，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器的轉(zhuǎn)速信號值為0時，制動結(jié)束，三相異步電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，緊急制動插裝切換閥失電；其中：

式中，n-卷筒轉(zhuǎn)速編碼器的轉(zhuǎn)速測量值；n_e-海洋絞車額定工作下的轉(zhuǎn)速；

k_n-低磨損轉(zhuǎn)速適應(yīng)壓力補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)摩擦片材料磨損率和摩擦片預(yù)期壽命確定如下：

式中，F(xiàn)_t-常閉浮動式液壓制動器制動缸的最大制動力；n-卷筒轉(zhuǎn)速；μ-摩擦片與剎車盤的摩擦系數(shù)；T_s-摩擦片預(yù)期更換時間；Δd-摩擦片更換磨損厚度；V-磨損率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明的液壓泵安裝在油箱內(nèi)，液壓控制元件通過油路集成板布置在油箱上，空間緊湊，滿足母船對海洋絞車空間限制的要求，適應(yīng)性強(qiáng)。

2.本發(fā)明松閘正常工作時，通過電接點(diǎn)壓力表上下限位開關(guān)，進(jìn)行系統(tǒng)三相異步電動機(jī)啟停保壓控制，既避免了長時間溢流損失致系統(tǒng)性能退化的影響，也同時消除了系統(tǒng)突變壓力造成三相異步電動機(jī)反復(fù)啟停的現(xiàn)象，系統(tǒng)能耗降低。

3.本發(fā)明能夠根據(jù)摩擦片材料磨損率和摩擦片預(yù)期壽命確定柔性制動壓力，避免了摩擦片的急劇磨損，提高了摩擦片使用壽命。

4.本發(fā)明油箱內(nèi)設(shè)有電加熱器，能夠改善本發(fā)明的工作油溫，保證低溫環(huán)境下泵的吸油特性，系統(tǒng)可靠性和適應(yīng)性更高。

5.本發(fā)明設(shè)有手動維護(hù)泵和手動維護(hù)控制閥，本發(fā)明失電時，制動器常閉，能夠通過手動調(diào)節(jié)手動維護(hù)控制閥對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，系統(tǒng)維護(hù)性和安全性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的液壓控制回路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的電控接線布置結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明松閘正常工作控制框圖。

圖4為本發(fā)明緊急制動控制框圖。

圖5為本發(fā)明柔性制動控制框圖。

圖中：1、放油螺塞，2、液位計，3、液壓泵，4、聯(lián)軸器，5、過渡連接法蘭，6、空氣濾清器，7、三相異步電動機(jī)，8、手動維護(hù)泵，9、倒吸防止閥，10、電接點(diǎn)壓力表，11、油路集成板，12、常閉浮動式液壓制動器，13、卷筒剎車盤，14、卷筒轉(zhuǎn)速編碼器，15、蓄能器，16、柔性制動插裝切換閥，17、柔性制動調(diào)壓閥，18、手動維護(hù)控制閥，19、安全閥，20、回油濾清器，21、污染發(fā)訊器，22、電加熱器，23、油箱，24、電接點(diǎn)溫度表，25、緊急制動插裝切換閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1-2所示，本發(fā)明的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)包括油箱23，液壓泵3，三相異步電動機(jī)7，手動維護(hù)泵8，倒吸防止閥9，緊急制動插裝切換閥25，油路集成板11，常閉浮動式液壓制動器12，卷筒剎車盤13，卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14，蓄能器15，柔性制動插裝切換閥16，柔性制動調(diào)壓閥17，手動維護(hù)控制閥18，安全閥19及PLC控制裝置。

所述的油箱23上設(shè)有空氣濾清器6和液位計2；油箱23的底部設(shè)有放油孔，放油孔處設(shè)有放油螺塞1；油箱23內(nèi)設(shè)有電加熱器22和電接點(diǎn)溫度表24，能夠改善本發(fā)明的工作油溫，保證低溫環(huán)境下泵的吸油特性，使得本發(fā)明的可靠性和適應(yīng)性更高。

所述的液壓泵3安裝在油箱23內(nèi)，液壓泵3通過聯(lián)軸器4和過渡連接法蘭6與三相異步電動機(jī)7連接，三相異步電動機(jī)7位于油箱23外。液壓泵3的進(jìn)油口通過管道接入油箱23內(nèi)油液液面下，液壓泵3的出油口通過油路集成板11上的管路與倒吸防止閥9的進(jìn)油口連接。倒吸防止閥9的出油口通過油路集成板11上的進(jìn)油管路與兩常閉浮動式液壓制動器12的油口連接，進(jìn)油管路上設(shè)有電接點(diǎn)壓力表10。本發(fā)明松閘正常工作時，通過電接點(diǎn)壓力表上下限位開關(guān)，進(jìn)行系統(tǒng)三相異步電動機(jī)啟停保壓控制，既避免了長時間溢流損失致系統(tǒng)性能退化的影響，也同時消除了系統(tǒng)突變壓力造成三相異步電動機(jī)反復(fù)啟停的現(xiàn)象，系統(tǒng)能耗降低。

所述的兩常閉浮動式液壓制動器12對稱布置在卷筒剎車盤13的兩側(cè)，所述的卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14安裝在卷筒剎車盤13的卷筒的中心處。安全閥18的進(jìn)油口通過管路與進(jìn)油管路連接，安全閥18的出油口通過油路集成板11上的回油管道連回油箱，回油管道上設(shè)有回油濾清器20，回油濾清器20上安裝有污染發(fā)訊器21。所述的蓄能器15的油口通過油路集成板11上的管路分別與進(jìn)油管路及柔性制動插裝切換閥16的進(jìn)油口連接；柔性制動插裝切換閥16的出油口與柔性制動調(diào)壓閥17的進(jìn)油口連接；緊急制動插裝切換閥25的進(jìn)油口與進(jìn)油管路連接。

所述的手動維護(hù)控制閥18的進(jìn)油口與緊急制動插裝切換閥25和柔性制動調(diào)壓閥的17出油口連接，手動維護(hù)控制閥18的出油口連接在回油管路上。所述的手動維護(hù)泵8的進(jìn)油口通過管道與油箱23連接，手動維護(hù)泵8的出油口連接進(jìn)油管路上。所述的油路集成板11安裝在油箱23上，電接點(diǎn)壓力表10，蓄能器15，緊急制動插裝切換閥25，柔性制動插裝切換閥16，柔性制動調(diào)壓閥17，手動維護(hù)控制閥18，回油濾清器20及安全閥18安裝在油路集成板11上。

如圖2所示，所述的PLC控制裝置分別與三相異步電動機(jī)7、緊急制動插裝切換閥25、柔性制動插裝切換閥16、卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14、柔性制動調(diào)壓閥17、安全閥19、液位計2、電接點(diǎn)壓力表10、電加熱器22和電接點(diǎn)溫度表24及污染發(fā)訊器21連接。PLC控制裝置設(shè)有松閘工作按鈕、緊急制動按鈕及柔性制動按鈕。

如圖2所示，本發(fā)明的基于閉式液壓制動器的海洋絞車電液制動系統(tǒng)控制方法，其具體操作如下：

(1)手動維護(hù)操作時，關(guān)閉手動維護(hù)控制閥18，操作手動維護(hù)泵8，常閉浮動式制動器12松開；打開手動維護(hù)控制閥18，制動器關(guān)閉；

(2)如圖3所示，電控松閘工作時，手動維護(hù)控制閥18打開，啟動松閘工作按鈕，通過液位計2下限位開關(guān)、污染發(fā)訊器21開關(guān)檢測液位和油液清潔度。通過電接點(diǎn)溫度表24下限開關(guān)，啟動控制電加熱器22，將油液溫度維持在20℃以上；緊急制動插裝切換閥25和柔性制動插裝切換閥16均得電，常閉浮動式液壓制動器12松閘；

當(dāng)進(jìn)油管路內(nèi)的壓力大于電接點(diǎn)壓力表10上限值p_s時，由蓄能器15保壓，三相異步電動機(jī)7停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)系統(tǒng)壓力小于電接點(diǎn)壓力表10下限值p_x時，三相異步電動機(jī)7再次運(yùn)轉(zhuǎn)。其中：

式中，p_max-常閉浮動式液壓制動器全行程打開對應(yīng)的系統(tǒng)壓力；p_0.5max-常閉浮動式液壓制動器打開一半行程對應(yīng)的系統(tǒng)壓力；

(3)如圖4所示，電控緊急制動時，手動維護(hù)控制閥18打開，啟動PLC控制裝置的緊急制動按鈕，緊急制動插裝切換閥25失電，柔性制動插裝切換閥16得電，系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14的轉(zhuǎn)速信號值為0時，制動結(jié)束，三相異步電動機(jī)7停止運(yùn)轉(zhuǎn)，柔性制動插裝切換閥16失電。

(4)如圖5所示，電控柔性制動時，手動維護(hù)控制閥18打開，啟動PLC控制裝置的柔性制動按鈕，緊急制動插裝切換閥25得電，柔性制動插裝切換閥16失電，控制系統(tǒng)根據(jù)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14的轉(zhuǎn)速值，對柔性制動調(diào)壓閥17的調(diào)節(jié)壓力p_r進(jìn)行賦值，系統(tǒng)進(jìn)行柔性制動，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速編碼器14的轉(zhuǎn)速信號值為0時，制動結(jié)束，三相異步電動機(jī)7停止運(yùn)轉(zhuǎn)，緊急制動插裝切換閥25失電。其中：

式中，n-卷筒轉(zhuǎn)速編碼器的轉(zhuǎn)速測量值；n_e-海洋絞車額定工作下的轉(zhuǎn)速。

k_n-低磨損轉(zhuǎn)速適應(yīng)壓力補(bǔ)償系數(shù)，根據(jù)摩擦片材料磨損率和摩擦片預(yù)期壽命確定如下：

式中，F(xiàn)_t-常閉浮動式液壓制動器制動缸的最大制動力；n-卷筒轉(zhuǎn)速；μ-摩擦片與剎車盤的摩擦系數(shù)；T_s-摩擦片預(yù)期更換時間；Δd-摩擦片更換磨損厚度；V-磨損率。