一种载人气动绞车的控制系统设计

一种载人气动绞车的控制系统设计
作者：李晓光戴克文张晓军朱兴任伟王嘉波
来源：《中国新技术新产品》2017年第24期
摘要：该文以辽宁陆海石油装备研究院有限公司的JQH-20-MR载人气动绞车为例，介绍一种具有行程控制功能、过载保护功能、紧急停机功能、防止误操作功能及断气制动功能的载人气动绞车的气动控制系统设计。

关键词：载人气动绞车；气动；控制系统；设计
中图分类号：TH138 文献标识码：A
Abstract：The paper takes the JQH-20-MR air winch-MR as an example of Liaoning Petroleum Equipment Institute Co.， Ltd. Introduces a kind of design for air winch-MR control system ， the control system including travel control property ， overload protection property， emergency shut property ， mai-operation prevention property and airless to brake property.
Keywords： air winch-MR；air-operated；controlsystem；design
0.引言
载人气动绞车是以气动马达为动力，通过齿轮减速机构驱动卷筒，实现重物提升的绞车装置。

它具有安全可靠、运转平稳、结构紧凑、操作方便、维修简单、无极变速等优点，广泛应用于海洋平台、海洋船舶、陆地钻井、矿山开采等领域，因其具有防爆特点，尤其适用于易燃、易爆气体的场所。

每座自升式海洋钻井平台配备3台载人气动绞车，用于人员和重物的运送，但该方面的市场大多被英格索兰和EMCE两家公司垄断，价格也非常昂贵。

我国对于载人气动绞车的研究处于起步阶段，产品尚未被广大厂家认可，尤其是海洋钻井平台上配备的载人气动绞车。

该文以辽宁陆海石油装备研究院有限公司的JQH-20-MR载人气动绞车为例，介绍一种先进的载人气动绞车控制系统，以供国内同行借鉴。

1.载人气动绞车的控制回路设计
在施工过程中，普通的气动绞车不被允许用于载人提升，普通气动绞车仅能实现常用的起升和下放、制动等少数基本功能，缺少必要的控制系统保护措施，一旦有突发情况发生，将会增加施工的风险。

载人气动绞车的控制系统考虑到了可能发生的一切潜在安全隐患，比如高低点限位、系统超载、误操作情况、人员运送过程中遇到障碍、压缩空气泄露及突发状况停机等问题，另外由于气动绞车吨位较小，对控制阀组的紧凑度要求也非常高。

控制系统是载人气动绞车的核心部分，控制系统的设计合理与否，直接关系到载人气动绞车的安全可靠性和操作便捷性。

JQH-20-MR载人气动绞车的控制系统回路包括主气路、基本控制气路和安全保护气路。

主气路主要是为气动马达工作提供动力的气路，基本控制气路和安全保护气路主要包括行程控制气路、过载保护气路、紧急停机气路、防止误操作气路及断气制动气路，控制回路图如图1所示。

该控制系统安全可靠、控制精准、结构紧凑、操作简单、成本低廉。

主要由1-截止阀，2-气源处理器，3-两位三通阀，4-两位三通阀，5-两位三通阀，6-手动换向阀，7-快速排气阀，8-两位三通阀，9-两位三通阀，10-两位三通阀，11-两位三通阀，12-单向节流阀，13-两位三通阀，14-三位五通阀，式制动器等组成。

由截止阀1、气源处理器、两位三通阀13及三位五通阀14间的回路构成主气路，主气路主要是气动马达15运转的动力气路。

除主气路之外的其余各气路为绞车的基本控制气路和安全保护气路，基本控制气路主要控制气动马达的正转与反转，安全保护气路主要控制基本控制气路的通断。

绞车的操作手柄位于手动换向阀6上，人员通过操作手动换向阀6来控制气动马达15的正转与反转，从而实现重物的上升与下放。

在两位三通阀5不手动换向的情况下，基本控制气路不通，系统不动作，操作者在运行绞车前和停止绞车后可手动换向该阀，该阀的设计主要为了防止操作者在没有准备好的情况下误操作手动换向阀6的手柄造成危险。

两件两位三通阀8控制行程控制气路，在绞车运行至上限位或下限位时，绞车的行程开关会触碰两位三通阀8的触点，使两位三通阀8换向，系统停止运行；两位三通阀11和单向节流阀12控制过载保护气路，两位三通阀11可根据负载要求设定对应的开启压力，当负载达到额定负载时，单向节流阀12所在气路压力则增大到设定值时，两位三通阀11换向，系统停止运行；两位三通阀4控制紧急停机气路；通过快速排气阀16来实现断气制动气路。

2.载人气动绞车的工作原理
参照图1表述，载人气动绞车的工作原理如下：
手动开启截止阀1，气源中压缩气体通过气源处理器2进入管路，并通过两位三通阀4；手动换向两位三通阀5，此时压缩气体通过两位三通阀5到达手动换向阀6，并将两位三通阀13换向，此时压缩气体到达三位五通阀14；向前操作手动换向阀6，气体通过快速排气阀7及两位三通阀3到达梭阀17通过快速排气阀16开启湿式制动器18，并推动三位五通阀14换向，启动马达15带动绞车下放；向后操作手动换向阀6，气体通过快速排气阀7及两位三通气控换向阀10推动三位五通阀14换向，气体到达梭阀17通过快速排气阀16开启湿式制动器18，气动马达15带动绞车上升；当上升过程中出现压力突变（过载），则气体压力增大通过单向节流阀12推动两位三通阀11换向，压缩气体通过两位三通阀11推动两位三通阀10换向，此时三位五通阀14回中位，气动马达15停止转动，湿式制动器18制动；当绞车下放到达两位三通阀8设定位置（下极限）时，行程开关触碰两位三通阀8换向，则两位三通阀3换向，三位五通阀14回中位，气动马达15停止转动，湿式制动器18制动；当绞车上升到达两
位三通阀8设定位置（上极限）时，行程开关触碰两位三通阀8换向，则两位三通阀9换向，三位五通阀14回中位，气动马达15停止转动，湿式制动器18制动；在操作过程中如出现突发状况拍下急停两位三通阀4，则基本控制气路断气，系统停止运行，气动马达15停止转动，湿式制动器18制动；在气源断气或系统任意位置漏气时，湿式制动器18内气体迅速由快速排气阀16排出，湿式制动器18制动，同时气动马达15停止转动，系统停止运行。

3.载人气动绞车的特点
载人气动绞车是一种特种垂直运输设备，其对安全性和可靠性与其他设备相比有更高的要求，以确保避免人员伤亡和设备事故的发生。

该载人气动绞车设计时参照了《起重机安全规程》（GB6067-1985）、《电梯制造与安装安全规范》（GB7588-2003）等有关国家规范[7]，同时也作为交付使用前的验收规范。

该载人气动主要有以下特点：
（1）行程控制功能。

该功能主要是防止绞车过卷和反卷的发生，可根据使用工况人为手动设定上限位和下限位。

（2）过载保护功能。

该功能主要是防止被提升者超过绞车额定载荷，此时降低了整体绞车的安全系数，绞车和人员的安全就无法得到保证。

（3）紧急停机功能。

该功能在突发情况下使用，拍下紧急停机按钮，绞车制动。

（4）防止误操作功能。

该功能属于对设备和人员的双重保护，对专业人员的误碰和非专业人员的操作均起到保护作用。

（5）断气制动功能。

该功能主要是为了防止管线漏气、气源失效及阀件损坏等，在整改气动回路中，任意位置漏气，湿式制动器立即制动。

结论
该设计对载人气动绞车的控制回路图和工作原理进行了详尽的解析，包括主气路、基本控制回路和安全保护气路的构成，尤其解析了行程控制气路、过载保护气路、紧急停机气路、防止误操作气路及断气制动气路的设计。

目前，辽宁陆海石油装备研究院有限公司的JQH-20-MR载人气动绞车样机已下线，试验效果良好，各项功能和指标均达到了设计和相关规范的要求，得到了用户和第三方认证的一致认可。

参考文献
[1]卢彦铮，郭志平，等.一种载人绞车气动系统的设计[J].液压与气动，2013（7）：79-82.
[2]JB/T2500-2015，气动绞车[S].
[3]任伟，李晓光，等.一种气动载人绞车控制系统：中国， [CN201610145524.9].（2017-09-22）.
[4]陈建长，雷江河，等.一种新型绞车负载实验装置[J].
工程机械，2005（5）：47-48.
[5]徐林申，赵海悦，等.石油钻机绞车的气控系统设计[J].液压与气动，2011（5）：108-109.
[6]GB/T768.1-93，液压气动图形符号[S].
[7]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.。