基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统及控制方法与流程

本发明涉及一种海洋绞车制动系统，具体涉及一种基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统及控制方法。

背景技术：

海洋绞车主要应用于深海资源开发装备、ROV系统、水下拖曳系统等的收放。闭式制动器常态通过弹簧或碟簧的弹性恢复力来实现对绞车制动，安全性高，在海洋绞车领域得到了广泛应用。制动控制系统控制性能好坏直接影响制动能耗以及制动器的工作寿命，制约海洋绞车适应性和安全性。

专利201510706460.0公开了一种矿用液压绞车电液比例控制系统，它的制动系统包括制动泵站、液控换向阀、电磁换向阀、电液比例溢流阀，放大器、制动手柄。操作电位计型制动手柄，制动手柄的输出端经放大器连接电液比例溢流阀的控制端，可对系统进行柔性制动。但该系统制动时，因液压系统自身所具有的非线性、参数慢时变特性，极易引起重负载下的“坡起负载瞬时下滑”与停车时系统压力冲击现象，严重影响系统运行可靠性和液压元件寿命。同时，该制动系统搭建空间占据较大。

专利201210160823.1公开了一种用于矿用提升机的带动力液压制动系统及制动方法，它由直流溢流阀调压之后结合主控电磁换向阀使制动油缸松闸，当主控装置出现故障时，通过直流溢流阀讯速将压力油输入方式切换至备控装置。当需要调整制动油缸的压力值时，调压电磁换向阀得电联通，达到调节制动油缸与制动闸之间紧合程度的目的，进而控制绞车速度。它采用常闭型制动器，松闸工作时系统长期处于溢流状态，能耗高，且液压油温上升较快，有可能导致系统性能恶化。同时，制动压力通过预先设定，无法避免不同工况和负载的急剧磨损制动，影响制动器寿命。

专利201280006772.5公开了一种基于开式制动器的用于车辆制动控制的电液制动系统方法和设备，它包含具有至少一个能液压制动的开式轮制动器，其轮制动器能借助于电子控制的供压设备制动，制动压力为预先设定的液压压力。然而预先设定的液压压力无法同时适应不同工况和负载的高效低磨损制动，造成部分工况磨损过渡，影响了制动器寿命，且其控制的开式制动器在海洋和矿山等环境下的意外工况下安全性较差。

海洋环境下工作，母船对海洋绞车占用空间提出限制性要求，海洋绞车制动系统搭建空间必须紧凑。作业时间、季节及不同位置处海洋低温环境要求制动系统的吸油特性更高，以满足复杂海洋环境作业的可靠性和适应性。紧凑结构下闭式制动器松闸正常工作时产生的溢流损失更大，致系统性能退化的影响更明显，能耗更高。预先制动压力设定无法适应不同工况和负载的高效低磨损制动，制动器摩擦片寿命较短。现有绞车制动系统无法同时克服以上缺点，满足海洋绞车制动系统体积占用空间小、安全性高、适应性强、能耗低和可靠性高的要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、占用空间小、安全性高、适应性强、能耗低和可靠性高的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统及控制方法，该制动系统能对海洋绞车不同负载和工况下高效低磨损制动。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统，包括油箱，液压泵，三相异步电动机，手动维护泵，倒吸防止阀，紧急制动插装切换阀，常闭浮动式液压制动器，卷筒刹车盘，卷筒转速编码器，蓄能器，柔性制动插装切换阀，柔性制动调压阀，手动维护控制阀，安全阀及PLC控制装置；

所述的油箱通过管路与液压泵的进油口连接，液压泵的出油口通过管路与倒吸防止阀的进油口连接，液压泵与三相异步电动机连接；倒吸防止阀的出油口通过进油管路与两常闭浮动式液压制动器的油口连接，两常闭浮动式液压制动器对称布置在卷筒刹车盘两侧，所述的卷筒转速编码器安装在卷筒刹车盘的卷筒中心处；

所述的安全阀的进油口通过管路与进油管路连接，安全阀的出油口通过回油管道连回油箱；所述的蓄能器的油口通过管路分别与进油管路及柔性制动插装切换阀的进油口连接；柔性制动插装切换阀的出油口与柔性制动调压阀的进油口连接；紧急制动插装切换阀的进油口与进油管路连接；

所述的手动维护控制阀的进油口与紧急制动插装切换阀和柔性制动调压阀的出油口连接，出油口连接在回油管路上；所述的手动维护泵的进油口通过管道与油箱连接，手动维护泵的出油口连接在倒吸防止阀出油口与常闭浮动式液压制动器的油口连接的管路上；

所述的PLC控制装置分别与三相异步电动机、紧急制动插装切换阀、柔性制动插装切换阀、安全阀、柔性制动调压阀、卷筒转速编码器连接。

上述的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统中，倒吸防止阀出油口与常闭浮动式液压制动器的油口连接的管路上设有电接点压力表，电接点压力表与PLC控制装置连接。

上述的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统中，所述的液压泵设置在油箱内，液压泵通过联轴器和过渡连接法兰与三相异步电动机连接，三相异步电动机位于油箱外。

上述的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统中，油箱上设有空气滤清器和液位计；油箱的底部设有放油孔，放油孔处设有放油螺塞；油箱内设有电加热器和电接点温度表；液位计、电加热器和电接点温度表分别与PLC控制装置连接。

上述的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统中，所述的回油管路上设有回油滤清器，回油滤清器上安装有污染发讯器，污染发讯器与PLC控制装置连接。

上述的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统中，还包括油路集成板，油路集成板安装在油箱上，蓄能器，紧急制动插装切换阀，柔性制动插装切换阀，柔性制动调压阀，手动维护控制阀，回油滤清器及安全阀安装在油路集成板上。

一种基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统进行控制的方法，具体操作如下：

手动维护操作时，关闭手动维护控制阀，操作手动维护泵，常闭浮动式制动器松开；打开手动维护控制阀，制动器关闭；

电控松闸工作时，手动维护控制阀打开，启动PLC控制装置的松闸工作按钮，紧急制动插装切换阀和柔性制动插装切换阀均得电，常闭浮动式液压制动器松闸；

当进油管路内压力大于电接点压力表上限值p_s时，由蓄能器进行保压，三相异步电动机停止运转；当系统压力小于电接点压力表下限值p_x时，三相异步电动机再次运转；其中：

式中，p_max-常闭浮动式液压制动器全行程打开对应的系统压力；p_0.5max-常闭浮动式液压制动器打开一半行程对应的系统压力；

电控紧急制动时，手动维护控制阀打开，启动PLC控制装置的紧急制动按钮，紧急制动插装切换阀失电，柔性制动插装切换阀得电，系统进行紧急制动，当卷筒转速编码器的转速信号值为0时，制动结束，三相异步电动机停止运转，柔性制动插装切换阀失电；

电控柔性制动时，手动维护控制阀打开，启动PLC控制装置的柔性制动按钮，紧急制动插装切换阀得电，柔性制动插装切换阀失电，控制系统根据卷筒转速编码器的转速值，对柔性制动调压阀的调节压力p_r进行赋值，进行柔性制动，当卷筒转速编码器的转速信号值为0时，制动结束，三相异步电动机停止运转，紧急制动插装切换阀失电；其中：

式中，n-卷筒转速编码器的转速测量值；n_e-海洋绞车额定工作下的转速；

k_n-低磨损转速适应压力补偿系数，根据摩擦片材料磨损率和摩擦片预期寿命确定如下：

式中，F_t-常闭浮动式液压制动器制动缸的最大制动力；n-卷筒转速；μ-摩擦片与刹车盘的摩擦系数；T_s-摩擦片预期更换时间；Δd-摩擦片更换磨损厚度；V-磨损率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的液压泵安装在油箱内，液压控制元件通过油路集成板布置在油箱上，空间紧凑，满足母船对海洋绞车空间限制的要求，适应性强。

2.本发明松闸正常工作时，通过电接点压力表上下限位开关，进行系统三相异步电动机启停保压控制，既避免了长时间溢流损失致系统性能退化的影响，也同时消除了系统突变压力造成三相异步电动机反复启停的现象，系统能耗降低。

3.本发明能够根据摩擦片材料磨损率和摩擦片预期寿命确定柔性制动压力，避免了摩擦片的急剧磨损，提高了摩擦片使用寿命。

4.本发明油箱内设有电加热器，能够改善本发明的工作油温，保证低温环境下泵的吸油特性，系统可靠性和适应性更高。

5.本发明设有手动维护泵和手动维护控制阀，本发明失电时，制动器常闭，能够通过手动调节手动维护控制阀对系统进行维护，系统维护性和安全性强。

附图说明

图1为本发明的液压控制回路结构图。

图2为本发明的电控接线布置结构图。

图3为本发明松闸正常工作控制框图。

图4为本发明紧急制动控制框图。

图5为本发明柔性制动控制框图。

图中：1、放油螺塞，2、液位计，3、液压泵，4、联轴器，5、过渡连接法兰，6、空气滤清器，7、三相异步电动机，8、手动维护泵，9、倒吸防止阀，10、电接点压力表，11、油路集成板，12、常闭浮动式液压制动器，13、卷筒刹车盘，14、卷筒转速编码器，15、蓄能器，16、柔性制动插装切换阀，17、柔性制动调压阀，18、手动维护控制阀，19、安全阀，20、回油滤清器，21、污染发讯器，22、电加热器，23、油箱，24、电接点温度表，25、紧急制动插装切换阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-2所示，本发明的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统包括油箱23，液压泵3，三相异步电动机7，手动维护泵8，倒吸防止阀9，紧急制动插装切换阀25，油路集成板11，常闭浮动式液压制动器12，卷筒刹车盘13，卷筒转速编码器14，蓄能器15，柔性制动插装切换阀16，柔性制动调压阀17，手动维护控制阀18，安全阀19及PLC控制装置。

所述的油箱23上设有空气滤清器6和液位计2；油箱23的底部设有放油孔，放油孔处设有放油螺塞1；油箱23内设有电加热器22和电接点温度表24，能够改善本发明的工作油温，保证低温环境下泵的吸油特性，使得本发明的可靠性和适应性更高。

所述的液压泵3安装在油箱23内，液压泵3通过联轴器4和过渡连接法兰6与三相异步电动机7连接，三相异步电动机7位于油箱23外。液压泵3的进油口通过管道接入油箱23内油液液面下，液压泵3的出油口通过油路集成板11上的管路与倒吸防止阀9的进油口连接。倒吸防止阀9的出油口通过油路集成板11上的进油管路与两常闭浮动式液压制动器12的油口连接，进油管路上设有电接点压力表10。本发明松闸正常工作时，通过电接点压力表上下限位开关，进行系统三相异步电动机启停保压控制，既避免了长时间溢流损失致系统性能退化的影响，也同时消除了系统突变压力造成三相异步电动机反复启停的现象，系统能耗降低。

所述的两常闭浮动式液压制动器12对称布置在卷筒刹车盘13的两侧，所述的卷筒转速编码器14安装在卷筒刹车盘13的卷筒的中心处。安全阀18的进油口通过管路与进油管路连接，安全阀18的出油口通过油路集成板11上的回油管道连回油箱，回油管道上设有回油滤清器20，回油滤清器20上安装有污染发讯器21。所述的蓄能器15的油口通过油路集成板11上的管路分别与进油管路及柔性制动插装切换阀16的进油口连接；柔性制动插装切换阀16的出油口与柔性制动调压阀17的进油口连接；紧急制动插装切换阀25的进油口与进油管路连接。

所述的手动维护控制阀18的进油口与紧急制动插装切换阀25和柔性制动调压阀的17出油口连接，手动维护控制阀18的出油口连接在回油管路上。所述的手动维护泵8的进油口通过管道与油箱23连接，手动维护泵8的出油口连接进油管路上。所述的油路集成板11安装在油箱23上，电接点压力表10，蓄能器15，紧急制动插装切换阀25，柔性制动插装切换阀16，柔性制动调压阀17，手动维护控制阀18，回油滤清器20及安全阀18安装在油路集成板11上。

如图2所示，所述的PLC控制装置分别与三相异步电动机7、紧急制动插装切换阀25、柔性制动插装切换阀16、卷筒转速编码器14、柔性制动调压阀17、安全阀19、液位计2、电接点压力表10、电加热器22和电接点温度表24及污染发讯器21连接。PLC控制装置设有松闸工作按钮、紧急制动按钮及柔性制动按钮。

如图2所示，本发明的基于闭式液压制动器的海洋绞车电液制动系统控制方法，其具体操作如下：

(1)手动维护操作时，关闭手动维护控制阀18，操作手动维护泵8，常闭浮动式制动器12松开；打开手动维护控制阀18，制动器关闭；

(2)如图3所示，电控松闸工作时，手动维护控制阀18打开，启动松闸工作按钮，通过液位计2下限位开关、污染发讯器21开关检测液位和油液清洁度。通过电接点温度表24下限开关，启动控制电加热器22，将油液温度维持在20℃以上；紧急制动插装切换阀25和柔性制动插装切换阀16均得电，常闭浮动式液压制动器12松闸；

当进油管路内的压力大于电接点压力表10上限值p_s时，由蓄能器15保压，三相异步电动机7停止运转；当系统压力小于电接点压力表10下限值p_x时，三相异步电动机7再次运转。其中：

式中，p_max-常闭浮动式液压制动器全行程打开对应的系统压力；p_0.5max-常闭浮动式液压制动器打开一半行程对应的系统压力；

(3)如图4所示，电控紧急制动时，手动维护控制阀18打开，启动PLC控制装置的紧急制动按钮，紧急制动插装切换阀25失电，柔性制动插装切换阀16得电，系统进行紧急制动，当卷筒转速编码器14的转速信号值为0时，制动结束，三相异步电动机7停止运转，柔性制动插装切换阀16失电。

(4)如图5所示，电控柔性制动时，手动维护控制阀18打开，启动PLC控制装置的柔性制动按钮，紧急制动插装切换阀25得电，柔性制动插装切换阀16失电，控制系统根据卷筒转速编码器14的转速值，对柔性制动调压阀17的调节压力p_r进行赋值，系统进行柔性制动，当卷筒转速编码器14的转速信号值为0时，制动结束，三相异步电动机7停止运转，紧急制动插装切换阀25失电。其中：

式中，n-卷筒转速编码器的转速测量值；n_e-海洋绞车额定工作下的转速。

k_n-低磨损转速适应压力补偿系数，根据摩擦片材料磨损率和摩擦片预期寿命确定如下：

式中，F_t-常闭浮动式液压制动器制动缸的最大制动力；n-卷筒转速；μ-摩擦片与刹车盘的摩擦系数；T_s-摩擦片预期更换时间；Δd-摩擦片更换磨损厚度；V-磨损率。