減搖鰭裝置的工作原理與常見故障分析

1、<p>　　減搖鰭裝置的工作原理與常見故障分析</p><p>　　[摘 要]本文介紹了減搖鰭裝置的工作原理，在此基礎(chǔ)上分析了收放式泵控型減搖鰭裝置常見故障及解決方法。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]減搖鰭 工作原理 故障分析與解決 </p><p>　　中圖分類號：TM725 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0016-02

2、 </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　眾所周知，船舶在海上航行時，受到風、流、浪的作用，會產(chǎn)生橫搖、縱搖、艏搖和橫蕩、縱蕩、垂蕩六個自由度的運動。其中，尤以橫搖最為劇烈，對船舶航行安全和船上工作人員及設備影響最大。減搖鰭裝置就是以減小船舶在波浪海面上航行時的橫搖角為目的而裝備的一種特種設備，用以提高船舶的適航性，防止船上設備因劇烈搖擺

3、而損壞，改善船員的工作、生活條件，特別為直升機在風浪中從船上起降創(chuàng)造了條件，是減搖效果最好的主動式減搖裝置。 </p><p>　　減搖鰭按執(zhí)行機構(gòu)分為非收放式和收放式兩種形式，按控制原理分為閥控型系統(tǒng)和泵控型系統(tǒng)。目前裝船的減搖鰭中，非收放式減搖鰭以閥控為主，收放式減搖鰭以泵控為主，本文重點介紹收放式泵控型減搖鰭裝置。 </p><p>　　2 減搖鰭裝置的工作原理 </p>

4、<p>　　減搖鰭裝置就是在一定航速下，控制兩舷鰭的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生升力從而產(chǎn)生減搖力矩的裝置。如圖1所示，減搖鰭裝置中的鰭類似于魚的側(cè)鰭，成對地安裝在船的“腹部”兩側(cè)，船舶在風浪中航行時，減搖鰭裝置中橫搖角信號傳感器（本裝置為角速度陀螺）檢測出船舶橫搖角速度電信號，經(jīng)過一系列處理、放大、電液轉(zhuǎn)換，驅(qū)動鰭轉(zhuǎn)動一個相應的角度α，在水中運動的鰭和飛機機翼一樣，在水流的作用下產(chǎn)生“升力”Py，兩個鰭的轉(zhuǎn)角大小基本相等、方向相反，形成一個

5、與波浪力矩方向相反的穩(wěn)定力矩Mst，從而減小船舶的橫搖角。 </p><p>　　根據(jù)分析研究，穩(wěn)定力矩Mst=CyρSV2R，式中Cy為升力系數(shù)（與鰭轉(zhuǎn)角α有關(guān)），ρ為海水密度，S為鰭面積，V為船舶航速，R為橫搖力臂。由此可知，穩(wěn)定力矩與鰭轉(zhuǎn)角α、鰭面積S、航速V2、橫搖力臂R成正比。對某一條船來說，設計制造后鰭面積S、橫搖力臂R不變，在一定航速下航行時，V基本上是一個常數(shù)，故控制鰭轉(zhuǎn)角α也就控制了穩(wěn)定力矩。由

6、穩(wěn)定力矩計算可知，減搖鰭減搖效果會受到船舶航速的影響，在低航速下減搖效果大大減小，甚至失去作用，因此也有將航速作控制量參與控制的， </p><p>　　3 減搖鰭裝置的組成、功能及工作原理 </p><p>　　該裝置主要由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等三部分組成。 </p><p><b>　　3.1 執(zhí)行機構(gòu) </b></p>

7、<p>　　在減搖鰭系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)的主要功能是收放鰭和轉(zhuǎn)鰭，按照控制系統(tǒng)指令通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動鰭轉(zhuǎn)到工作角度，將鰭上產(chǎn)生的升力傳到船體上，形成減搖力矩。如圖2所示，執(zhí)行機構(gòu)左右舷各一臺，包括執(zhí)行元件和反饋裝置，起承上啟下作用。執(zhí)行元件包括轉(zhuǎn)鰭油缸、鰭軸等部件，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令由液壓機組驅(qū)動，帶動鰭轉(zhuǎn)動；鰭轉(zhuǎn)角信號由執(zhí)行機構(gòu)上的鰭角反饋裝置反饋給控制系統(tǒng)，形成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 </p><p>

8、<b>　　3.2 控制系統(tǒng) </b></p><p>　　控制系統(tǒng)的功能是按照程序設定的功能啟動并運行減搖裝置，按照控制信號的指令轉(zhuǎn)動鰭以實現(xiàn)減搖或生搖的效果。 </p><p>　　減搖鰭控制系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。當波浪力矩MB作用在船上時，船將產(chǎn)生橫搖角φ，減搖鰭裝置中的角速度陀螺儀測得橫搖角速度Uφ，經(jīng)處理形成轉(zhuǎn)鰭指令信號Uα，同時船的航速信號也被引入減搖鰭

9、裝置控制系統(tǒng)中，經(jīng)航速處理后鰭角指令為UαV，伺服放大器、電液伺服閥、柱塞變量泵（泵控型）、轉(zhuǎn)鰭油缸和油泵反饋裝置（（泵控型）、鰭角發(fā)送器一起構(gòu)成轉(zhuǎn)鰭伺服系統(tǒng)，鰭角α隨鰭角指令UαV轉(zhuǎn)動，在水流的作用下，鰭上產(chǎn)生的升力形成一個與波浪力矩相抗衡的穩(wěn)定力矩Mst，從而減小船舶的橫搖角。 </p><p><b>　　3.3 液壓系統(tǒng) </b></p><p>　　液壓系統(tǒng)

10、是一套液壓伺服系統(tǒng)，其功能是功率放大和驅(qū)動，即將控制信號放大后驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)按照控制信號的指令轉(zhuǎn)鰭，在減搖鰭裝置中起著承上啟下的作用。其工作原理如下：經(jīng)控制系統(tǒng)處理后的轉(zhuǎn)鰭指令信號送入控制變量油缸的伺服閥，泵斜盤位移傳感器（裝在變量泵上，檢測變量泵的斜盤角位移）、變量泵及轉(zhuǎn)鰭油缸組成的容積式調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)送入到伺服閥信號的大小，驅(qū)動鰭按照指令信號轉(zhuǎn)動。 </p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示，液壓系統(tǒng)回路按照

11、各自實現(xiàn)功能的不同，可分為主油路和輔助油路， 主油路由軸向柱塞變量泵（9）、轉(zhuǎn)鰭電液換向閥（33）、電磁溢流閥（30）和轉(zhuǎn)鰭油缸等組成，油路壓力由轉(zhuǎn)鰭溢流閥（30）調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)鰭時電液換向閥（33）處于通電狀態(tài)，主油路工作壓力可由轉(zhuǎn)鰭壓力表（18.2）讀出。主油路的功能是對伺服閥接收到的信號做出響應，根據(jù)負載要求，控制鰭的轉(zhuǎn)角。 </p><p>　　輔助油路有五個：補油油路、收放油路、復零油路、鎖緊油路和伺服油路。

12、補油油路油源由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復零補油泵提供，經(jīng)單向閥（15）、供油電磁閥（28）、濾油器（20.2），向主油路中的低壓油路（通過兩個背對的單向閥判別）中補油，油路壓力由補油溢流閥（29）調(diào)節(jié)，工作壓力由壓力表（24）讀出。 </p><p>　　收放油路油源由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復零補油泵提供，經(jīng)單向閥（15）、供油電磁閥（28）、收放鰭電磁換向閥（31.2）進入收放油缸，用以收放減搖鰭，油

13、路壓力由收放溢流閥（23.2）控制，工作壓力由壓力表（32）讀出。收放鰭時應首先接通電磁換向閥（27），解除收放機構(gòu)鎖緊狀態(tài)，接通復零電磁換向閥（31.1）使鰭回復至±3°范圍內(nèi)，再通過操控電磁換向閥（31.2）進行收鰭或放鰭，同時電液換向閥（33）處于斷開狀態(tài)。 </p><p>　　鎖緊油路由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復零補油泵、單向閥（15）、供油電磁閥（27通電開鎖，斷電上鎖）和鎖緊

14、油缸組成，其功能是將鰭鎖在零位或鎖在鰭箱中，而在系統(tǒng)開啟時自動開鎖。 </p><p>　　復零油路由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復零補油泵、單向閥（15）、供油電磁閥（28）、復零電磁換向閥（31.1）和轉(zhuǎn)鰭油缸組成，其功能是在必要時（如收鰭、放鰭時）將壓力油充進轉(zhuǎn)鰭油缸，將鰭推至零位。 　　伺服油路由雙聯(lián)葉片泵（11）中的伺服閥供油泵、伺服閥（14）及變量油缸組成，其功能是按照控制信號的控制規(guī)律，根據(jù)負載要

15、求控制主泵（9）的變量油缸，從而控制主泵斜盤角度進而控制泵的排量，油路壓力由伺服溢流閥（23.1）調(diào)節(jié)，工作壓力由壓力表（18.1）讀出。 </p><p>　　為保證安全，系統(tǒng)還設置了一個應急收放鰭回路和手動回路。應急收放備用泵（13）通過單向閥（16）接入系統(tǒng)，當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障或主電源失電導致鰭停在舷外而不能自動收進鰭箱時，可通過應急電源和應急系統(tǒng)將鰭轉(zhuǎn)至零位，收進鰭箱。手動回路由手搖泵（17）通過單向閥和截

16、止閥（26.2）接入系統(tǒng)，當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障導致鰭停在舷外而不能自動收進鰭箱時，可通過人工操作將鰭轉(zhuǎn)至零位，收進鰭箱。 </p><p>　　4 減搖鰭裝置的常見故障分析及解決方法 </p><p>　　4.1 按“啟動”開關(guān)后裝置不放（收）鰭 </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：解鎖電磁閥（27）未通電或存在故障，鎖緊裝置未解鎖。解決方法：檢查并排

17、除相關(guān)線路故障，拆檢或更換該閥。原因二：鰭角發(fā)送器內(nèi)±3°微動開關(guān)故障或斷線， PLC沒有收到解鎖信號。解決方法：檢查并排除相關(guān)線路故障，調(diào)整或更換微動開關(guān)。原因三：補油電磁閥（28）未通電或存在故障，導致系統(tǒng)自鎖。解決方法：檢查并排除相關(guān)線路故障，拆檢或更換補油電磁閥。原因四：收放電磁閥（31.2）未通電或存在故障，導致收放電磁閥“罷工”，無法放鰭。解決方法：檢查并排除相關(guān)線路故障，拆檢或更換此閥。原因五：收放溢流

18、閥（23.2）調(diào)定過低，放鰭壓力過小，無法放鰭。解決方法：檢修此閥，調(diào)節(jié)收放壓力。 </p><p>　　4.2 鰭放到位后不能自動進入減搖工況 </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：角速度陀螺儀損壞或線路故障，系統(tǒng)無法發(fā)出轉(zhuǎn)鰭指令信號。解決方法：檢查更換角速度陀螺儀或檢查相關(guān)線路。原因二：鰭已放到位但沒有碰到“鰭放出”行程開關(guān)或該信號沒有傳送到PLC。解決方法：調(diào)整行程開

19、關(guān)位置，檢查該行程開關(guān)是否損壞及相關(guān)線路是否斷路。原因三：解鎖閥或鎖緊裝置故障，鎖緊裝置未上鎖。解決方法：清洗或更換解鎖閥，檢查鎖緊油缸。原因四：轉(zhuǎn)鰭換向閥（33）未通電或因故障處于卡死狀態(tài)，導致無法轉(zhuǎn)鰭。解決方法：檢查并排除相關(guān)線路故障，拆檢或更換此閥。原因五：轉(zhuǎn)鰭溢流閥（30）調(diào)定過低，轉(zhuǎn)鰭壓力過低。解決方法：檢修此閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鰭壓力。 </p><p>　　4.3 鰭放出進入減搖工況后鰭即迅速轉(zhuǎn)向一邊，鰭角超

20、限報警 </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：鰭角發(fā)送器內(nèi)的電位器損壞或其線路故障。解決方法：更換電位器，檢查相關(guān)線路。原因二：油泵反饋裝置內(nèi)的電位器損壞或其線路故障。解決方法：檢修或更換電位器，檢查相關(guān)線路是否斷路。原因三：伺服放大模塊故障或運算放大器故障。解決方法：更換伺服放大模塊或運算放大器。原因四：伺服閥故障或其接線故障。解決方法：拆檢或更換伺服閥，檢修相關(guān)線路。原因五：伺服壓力或轉(zhuǎn)鰭壓力

21、太小。解決方法：重新設定伺服壓力或轉(zhuǎn)鰭壓力；清洗或更換伺服溢流閥或轉(zhuǎn)鰭溢流閥。 </p><p>　　4.4 正常停機或故障報警停機時鰭不能自動恢復到±3°以內(nèi) </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：復零電磁閥（31.1）故障或復零信號線路故障。解決方法：檢修或更換此閥，檢查相關(guān)線路。原因二：供油電磁閥（28）故障或其線路故障。解決方法：檢修或更換此閥，

22、檢查相關(guān)線路。原因三：鰭角發(fā)送器內(nèi)±3°微動開關(guān)損壞，線路故障無法正常傳輸信號。解決方法：更換±3°微動開關(guān)，排除線路故障。 </p><p>　　4.5 進入減搖工況后，在風浪大時易發(fā)生超限報警 </p><p>　　故障原因通常是工作信號過大，控制信號超調(diào)。解決方法為調(diào)小伺服放大板的“輸入”放大器或調(diào)大“反饋”電位器。 </p>&

23、lt;p>　　4.6 減搖鰭在運行過程失去控制，飄忽不定 </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：伺服閥（14）故障。解決方法：檢修或更換此閥。原因二：鰭角發(fā)送器內(nèi)的電位器電阻有跳變。解決方法：更換該電位器。原因三：工作信號有問題。解決方法：檢查電路板。原因四：轉(zhuǎn)鰭壓力調(diào)節(jié)溢流閥（30）壓力調(diào)定值變小或溢流閥失效。解決方法：調(diào)整溢流閥或修理更換此閥。 </p><p>

24、　　4.7 液壓系統(tǒng)壓力建立不起來 </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：油路里有空氣。解決方法：點動幾次“啟動”按鈕進行排氣或在相關(guān)管路上放氣。原因二：油泵出口溢流閥設定值過低或溢流閥損壞。解決方法：調(diào)整溢流閥設定壓力或更換該閥。原因三：液壓系統(tǒng)溢流閥設定值過低或溢流閥損壞。解決方法：調(diào)整溢流閥設定壓力或更換該閥。 </p><p><b>　　5 結(jié)束語 &l

25、t;/b></p><p>　　通過分析減搖鰭裝置的工作原理，探討了收放式泵控型減搖鰭裝置常見故障的產(chǎn)生原因與排除方法。減搖鰭裝置是一種比較復雜的控制系統(tǒng)，只有深入地理解其工作原理，才能在其出現(xiàn)故障時，準確、迅速地排除故障。在加深對設備工作原理了解的基礎(chǔ)上，正確使用并做好必要的保養(yǎng)，能有效提高設備的可靠性、降低設備改造率。 </p><p><b>　　參考文獻 </