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(hào)：TM725 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)，受到風(fēng)、流、浪的作用，會(huì)產(chǎn)生橫搖、縱搖、艏搖和橫蕩、縱蕩、垂蕩六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。其中，尤以橫搖最為劇烈，對(duì)船舶航行安全和船上工作人員及設(shè)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(shí)的橫搖角為目的而裝備的一種特種設(shè)備，用以提高船舶的適航性，防止船上設(shè)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(jī)在風(fēng)浪中從船上起降創(chuàng)造了條件，是減搖效果最好的主動(dòng)式減搖裝置。 </p><p>　　減搖鰭按執(zhí)行機(jī)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(diǎn)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(duì)地安裝在船的“腹部”兩側(cè)，船舶在風(fēng)浪中航行時(shí)，減搖鰭裝置中橫搖角信號(hào)傳感器（本裝置為角速度陀螺）檢測(cè)出船舶橫搖角速度電信號(hào)，經(jīng)過一系列處理、放大、電液轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)鰭轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的角度α，在水中運(yùn)動(dòng)的鰭和飛機(jī)機(jī)翼一樣，在水流的作用下產(chǎn)生“升力”Py，兩個(gè)鰭的轉(zhuǎn)角大小基本相等、方向相反，形成一個(gè)

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(duì)某一條船來說，設(shè)計(jì)制造后鰭面積S、橫搖力臂R不變，在一定航速下航行時(shí)，V基本上是一個(gè)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(jì)算可知，減搖鰭減搖效果會(huì)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(jī)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(jī)構(gòu) </b></p>

7、<p>　　在減搖鰭系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)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(dòng)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(jī)構(gòu)左右舷各一臺(tái)，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(jī)組驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)鰭轉(zhuǎn)動(dòng)；鰭轉(zhuǎn)角信號(hào)由執(zhí)行機(jī)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(shè)定的功能啟動(dòng)并運(yùn)行減搖裝置，按照控制信號(hào)的指令轉(zhuǎn)動(dòng)鰭以實(shí)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(dāng)波浪力矩MB作用在船上時(shí)，船將產(chǎn)生橫搖角φ，減搖鰭裝置中的角速度陀螺儀測(cè)得橫搖角速度Uφ，經(jīng)處理形成轉(zhuǎn)鰭指令信號(hào)Uα，同時(shí)船的航速信號(hào)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(dòng)，在水流的作用下，鰭上產(chǎn)生的升力形成一個(gè)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(dòng)，即將控制信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制信號(hào)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(hào)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(cè)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(hào)的大小，驅(qū)動(dòng)鰭按照指令信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)。 </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(shí)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(shí)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(duì)伺服閥接收到的信號(hào)做出響應(yīng)，根據(jù)負(fù)載要求，控制鰭的轉(zhuǎn)角。 </p><p>　　輔助油路有五個(gè)：補(bǔ)油油路、收放油路、復(fù)零油路、鎖緊油路和伺服油路。

12、補(bǔ)油油路油源由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復(fù)零補(bǔ)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(gè)背對(duì)的單向閥判別）中補(bǔ)油，油路壓力由補(bǔ)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(fù)零補(bǔ)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(jìn)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(shí)應(yīng)首先接通電磁換向閥（27），解除收放機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)，接通復(fù)零電磁換向閥（31.1）使鰭回復(fù)至±3°范圍內(nèi)，再通過操控電磁換向閥（31.2）進(jìn)行收鰭或放鰭，同時(shí)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(fù)零補(bǔ)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(shí)自動(dòng)開鎖。 </p><p>　　復(fù)零油路由雙聯(lián)葉片泵（11）中的收放、復(fù)零補(bǔ)油泵、單向閥（15）、供油電磁閥（28）、復(fù)零電磁換向閥（31.1）和轉(zhuǎn)鰭油缸組成，其功能是在必要時(shí)（如收鰭、放鰭時(shí)）將壓力油充進(jìn)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(hào)的控制規(guī)律，根據(jù)負(fù)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(jìn)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(shè)置了一個(gè)應(yīng)急收放鰭回路和手動(dòng)回路。應(yīng)急收放備用泵（13）通過單向閥（16）接入系統(tǒng)，當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障或主電源失電導(dǎo)致鰭停在舷外而不能自動(dòng)收進(jìn)鰭箱時(shí)，可通過應(yīng)急電源和應(yīng)急系統(tǒng)將鰭轉(zhuǎn)至零位，收進(jìn)鰭箱。手動(dòng)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(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致鰭停在舷外而不能自動(dòng)收進(jìn)鰭箱時(shí)，可通過人工操作將鰭轉(zhuǎn)至零位，收進(jìn)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(dòng)”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(dòng)開關(guān)故障或斷線， PLC沒有收到解鎖信號(hào)。解決方法：檢查并排除相關(guān)線路故障，調(diào)整或更換微動(dòng)開關(guān)。原因三：補(bǔ)油電磁閥（28）未通電或存在故障，導(dǎo)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(bǔ)油電磁閥。原因四：收放電磁閥（31.2）未通電或存在故障，導(dǎo)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(dòng)進(jìn)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(hào)。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(hào)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(dǎo)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(jìn)入減搖工況后鰭即迅速轉(zhuǎn)向一邊，鰭角超

20、限報(bào)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(yùn)算放大器故障。解決方法：更換伺服放大模塊或運(yùn)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(shè)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(jī)或故障報(bào)警停機(jī)時(shí)鰭不能自動(dòng)恢復(fù)到±3°以內(nèi) </p><p>　　故障常見原因及解決方法：原因一：復(fù)零電磁閥（31.1）故障或復(fù)零信號(hào)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(dòng)開關(guān)損壞，線路故障無法正常傳輸信號(hào)。解決方法：更換±3°微動(dòng)開關(guān)，排除線路故障。 </p><p>　　4.5 進(jìn)入減搖工況后，在風(fēng)浪大時(shí)易發(fā)生超限報(bào)警 </p><p>　　故障原因通常是工作信號(hào)過大，控制信號(hào)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(yùn)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(hào)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(diǎn)動(dòng)幾次“啟動(dòng)”按鈕進(jìn)行排氣或在相關(guān)管路上放氣。原因二：油泵出口溢流閥設(shè)定值過低或溢流閥損壞。解決方法：調(diào)整溢流閥設(shè)定壓力或更換該閥。原因三：液壓系統(tǒng)溢流閥設(shè)定值過低或溢流閥損壞。解決方法：調(diào)整溢流閥設(shè)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(fù)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(shí)，準(zhǔn)確、迅速地排除故障。在加深對(duì)設(shè)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(shè)備的可靠性、降低設(shè)備改造率。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </