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舵机是保持或改变船舶航向、保证安全航行的重要设备,一旦失灵,船舶即失去控制,甚至发生事故。
因此,根据SOLAS公约的规定,对于从事国际航行的大于500总吨的货船或仅从事非国际沿海航行的大于1600总吨的货船的舵机,我国《钢质海船入级规范》提出明确的要求,即舵机必须具有足够大的转舵扭矩和转舵速度,并且在某部分发生故障时能迅速采取替代措施,以确保操舵能力。
笔者所在船舶的舵机为典型的YOOWON四油缸拔叉舵机,型号为YDFT-125-2,
2台主液压泵为变量变向轴向柱塞泵。
1#主液压泵与1台变级(4P/8P)电机(转速为1779/890r/min)相连,1#舵机由应急配电板供电,保证在船舶失电时有1台舵机能马上投入运行。
2#主液压泵与1台4P电机(转速为1779r/min)相连,2#舵机由主配电板供电。
舵机的基本性能参数:?
最大工作压力时扭矩为1157kN·m,最大工作压力为19.7MPa,1台泵时舵速为(65°/28s),最大舵角为35°,限位舵角为37.5°,理论排量为148L/min。
DigitalAutopilot为某公司的PT500D-J-Y2型,操舵模式有导航模式、自动模式、手操舵模式和NF模式等4种。
一、故障现象
在检修完2#舵机的伺服控制杆转动轴漏油现象,并由驾驶台操舵测试一切正常后,转至1#舵机由驾驶台操舵。
当驾驶台由右舵转向左舵时,舵机出现吞舵(即舵转动频繁停顿)现象,使得舵转动出现异响,同时舵机油缸出现上下窜动的现象,不仅影响正常操舵,而且加剧油缸销轴承磨损。
二、故障分析
1、舵机液压回路分析
舵机液压回路系统见图1。
图1舵机的液压回路系统
(1)主液压泵为变量变向轴向柱塞泵的4个油缸提供油压,使舵柱产生旋转扭矩。
?(2)副油泵为控制油路提供油压来动作Transfervalve,为轴向柱塞泵的变量和变向提供油压。
?(3)Transfervalve两位四通阀为主油路进行通路和锁闭,使得舵能够左右旋转或者保持在需要的舵角而不会跑舵。
?(4)旁通阀为主泵和副泵的启动做准备,使泵能够在较低负荷下启动。
?(5)安全阀对主油路起到保护作用,当主油路出现高压时进行卸荷。
?(6)液控溢流阀设定副油路压力为1.30~1.55MPa。
?(7)为防止主泵出现吸口油流量不足,可通过溢流阀进行增压作用,设定压力为0.2~0.5MPa。
?(8)阀A,B,C,D,E,F为隔离阀,当1台液压泵或者1组油缸出现故障时,可以进行隔离操作。
?(9)伺服控制作用为控制轴向柱塞泵的斜盘进行变量变向的控制,伺服控制原理见图2,伺服控制杆限位装置实物见图3。
图2伺服控制原理
图3伺服控制杆限位装置
电机控制单元由Autopilot输出信号或者手动操作伺服操作杆控制伺服阀,通过改变控制油路控制伺服活塞的左右,从而改变轴向柱塞泵的斜盘,使轴向柱塞泵的流量和方向改变。
在伺服操作杆上有左右指针,当指针在20°位置时,斜盘为15.5°,此时为最大角度,轴向柱塞泵负荷最大。
伺服操作杆左右有2个限位角度为22°的限位螺栓进行限位,其比操作杆最大指示角度大2°。
2、舵机电路回路分析
(1)舵机的电路回路系统见图4~6。
图4基本电路回路
图5伺服放大集成电路板原理
图6伺服电机控制放大集成电路板原理
其基本回路见图4,当驾驶台的控制台在导航模式、自动模式和手操舵模式下时,由控制台给出1个舵角指令θ,此指令转化为±1mA/(°)的电流信号,经过伺服放大集成电路板,由控制台给出±1mA/(°)+:Starboard/--:Port的电流信号,经过电压跟随器转化为±1V/(°)+:Starboard/-:Port的电压信号。
另1路有舵角反馈装置即μ-Transmitter通过电位器转化为电压信号,经过反相比例放大器和μ-Span(宽度调节),输出±1V/(°)+:Port/-:Starboard。
2路经过反相求和放大器、绝对值回路,输出θ-μ(-1V/(°))。此电路为典型的带负反馈闭环控制。
θ-μ(-1V/(°))的输出信号再经过伺服电机控制放大集成电路板(各种放大电路、逻辑电路、电压控制振荡电路、正余弦发生器、三角波发生器、脉冲宽度调节器、电流驱动器以及伺服电机内部的反馈回路等)的处理,最后作用于伺服电机,使其产生扭矩,克服伺服控制杆的阻扭矩(说明书上显示
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