“育鯤”輪減搖鰭系統(tǒng)控制淺析及 可靠性的提高

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　“育鯤”輪減搖鰭系統(tǒng)控制淺析及</p><p><b>　　可靠性的提高</b></p><p>　　專業(yè)班級：輪 機 2006-4</p>&l

2、t;p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　輪機工程學(xué)院</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言4</b></p>

3、<p><b>　　1減搖鰭簡介4</b></p><p>　　1.1減搖鰭的作用4</p><p>　　1.2“育鯤”輪減搖鰭的參數(shù)4</p><p>　　1.3“育鯤”輪減搖鰭的優(yōu)點4</p><p>　　2減搖鰭減搖原理5</p><p>　　3減搖鰭液壓

4、系統(tǒng)7</p><p>　　3.1液壓泵站9</p><p>　　3.2油路板（元件 16）9</p><p>　　3.3比例閥（元件17）9</p><p>　　3.4旁通閥（元件13）/雙向溢流閥（元件2）10</p><p>　　3.5減搖鰭收放閥（元件1）和平衡閥（元件36）10</

5、p><p>　　3.6負載感應(yīng)/插裝補償閥組10</p><p>　　3.7油冷卻器（元件31）和回油濾器（元件29）11</p><p>　　4減搖鰭控制原理11</p><p>　　4.1減搖鰭控制系統(tǒng)11</p><p>　　4.2電動機控制13</p><p>　　4.2

6、.1主電動機的起動13</p><p>　　4.2.2主電動機的保護14</p><p>　　4.2.3主電動機的停止15</p><p>　　4.2.4應(yīng)急電動機起動單元15</p><p>　　4.3葉片伸出和回籠控制15</p><p>　　4.3.1葉片伸出15</p>&

7、lt;p>　　4.3.2葉片回籠16</p><p>　　4.3.3SOLAS面板16</p><p>　　4.4葉片傾斜控制17</p><p>　　4.4.1 電液隨動系統(tǒng)17</p><p>　?。?）隨動系統(tǒng)的工作原理17</p><p>　　（2）船舶航速控制17</p>

8、<p>　　（3）穩(wěn)心優(yōu)化作用18</p><p>　　4.4.2葉片傾斜的具體實現(xiàn)18</p><p>　　5 提高“育鯤”輪減搖鰭可靠性19</p><p>　　5.1 航速控制的改進19</p><p>　　5.1.1 航速控制規(guī)律的設(shè)計19</p><p>　　5.1.2 航速信號的接

9、入20</p><p>　　5.2 葉片助搖問題的解決20</p><p>　　5.2.1 葉片助搖監(jiān)測20</p><p>　　5.2.2 助搖現(xiàn)象的解決22</p><p><b>　　【參考文獻】23</b></p><p>　　“育鯤”輪減搖鰭系統(tǒng)控制淺析</p>

10、<p><b>　　前言</b></p><p><b>　　1減搖鰭簡介</b></p><p>　　1.1減搖鰭的作用</p><p>　　船舶在海上航行，由于風(fēng)、浪的擾動，要產(chǎn)生搖擺，包括縱搖、橫搖、首搖等等。由于船舶橫搖阻尼較小，往往導(dǎo)致過大的橫搖擺動，船舶橫搖會增加船舶傾覆的危險性，增加甲板上浪次數(shù)

11、，產(chǎn)生船體和設(shè)備的附加應(yīng)力，增加人員的疲勞程度。特別是在“育鯤”輪教學(xué)實習(xí)船上，橫搖會影響學(xué)生的實習(xí)效果，設(shè)計橫搖性能優(yōu)良的船舶非常必要。</p><p>　　1.2“育鯤”輪減搖鰭的參數(shù)</p><p>　　“育鯤”使用的減搖鰭型號是Aquarius 50系列，每舷各有一個葉片，葉片面積為3.03㎡，總重量為20.3噸,葉片伸出長度2.75m，葉片長寬比為2.5，工作葉片角為21.5&

12、#176;，最大葉片角為25°，葉片角減小發(fā)生在船舶航速16.7節(jié)以上。</p><p>　　“育鯤”輪減搖鰭在船舶航速為16.7節(jié)（海浪輸入為4.111°）的表現(xiàn)：</p><p>　　沒有安裝減搖鰭時橫搖角為16.5°，安裝減搖鰭后的橫搖角為3.5°，橫搖減少百分比為80%</p><p>　　每個葉片上的升力為160.4

13、35KN</p><p>　　力矩臂為11.318m</p><p>　　穩(wěn)定力矩為3671.747KN.m</p><p>　　每個海浪輸入度的橫傾力矩為1277.22 KN.m</p><p>　　波傾斜能力（葉片功率）為2.843°</p><p>　　1.3“育鯤”輪減搖鰭的優(yōu)點</p>

14、<p>　　Aquarius折葉式減搖鰭用緊湊的、輕量級的設(shè)計和最先進的控制來提供高性能的橫搖阻尼，用最小尺寸、最小重量、最小數(shù)量零部件的鰭板操作機構(gòu)滿足更小船舶的需求。</p><p>　　1、采用大升力的鰭片來提高減搖效果</p><p>　　2、液壓、機械和控制設(shè)備安裝費用低</p><p>　　3、船舶的報警和監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)合容易</p>

15、;<p>　　4、鰭葉的傾斜和伸展由線性執(zhí)行器完成</p><p>　　5、采用內(nèi)部潤滑系統(tǒng)</p><p>　　6、液壓系統(tǒng)采用負載感應(yīng)</p><p><b>　　2減搖鰭減搖原理</b></p><p>　　AQUARIUS 折葉式減搖鰭減搖系統(tǒng)的設(shè)計，是通過控制兩個（一個左舷， 一個右舷）葉片擊水

16、角度（攻角），來減少海浪導(dǎo)致的船舶搖擺力矩。</p><p>　　假設(shè)在波浪作用下，作為剛體的船舶橫搖可以用繞首尾線擺動的角度，角速度，角加速度來表征運動情況，并規(guī)定從船尾向船首看時，以順時針方向為正，逆時針方向為負。船舶在海浪中的橫搖所受的力矩可以看成船舶在靜水中橫搖所受的力矩加上波浪對正浮狀態(tài)船體的擾動力矩。為此，船舶在海浪上的橫搖受以下五種力矩的作用，如圖2.1。</p><p>　

17、　圖2.1 力矩對船舶的作用</p><p><b>　　（1）復(fù)原力矩</b></p><p>　　當船舶橫搖某一角度時，此時浮心和重心不在同一垂線上，形成了一個使船舶回復(fù)到原位置的力矩，即復(fù)原力矩，使船舶回復(fù)到原位置。當橫搖角不大于10~15度時，可以應(yīng)用初穩(wěn)性公式：</p><p><b>　?。?.1）</b>&l

18、t;/p><p>　　式中： 為船舶排水量，為初穩(wěn)性高度。</p><p><b>　?。?）阻尼力矩</b></p><p>　　船舶在水中橫搖，由于船體和水之間存在相對速度，船體必須受到阻尼，阻尼力矩大體受到三個原因的作用，摩擦阻尼，興波阻尼，漩渦阻尼。小角度橫搖時，認為船舶是時間恒定的線性系統(tǒng)，即阻尼力矩與角速度成線性關(guān)系。</p>

19、;<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中： 為阻尼力矩系數(shù)。</p><p><b>　?。?）慣性力矩</b></p><p>　　船舶在橫搖過程中有角加速度存在，必然產(chǎn)生慣性力矩。橫搖的慣性力矩是由兩部分組成的，即船體本身的慣性力矩和附加慣性力矩。慣性力矩與角加速度成線性關(guān)系。&

20、lt;/p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中：為船體對軸的質(zhì)量慣性矩，為船舶繞軸轉(zhuǎn)動時其附連水的慣性矩。</p><p><b>　?。?）波浪擾動力矩</b></p><p>　　波浪改變了船體水下的體積形狀，從而產(chǎn)生復(fù)原擾動力矩，船體的存在阻止了波浪的運動，反之波浪也

21、給船體一個作用力矩，此力矩為阻尼擾動力矩，附加質(zhì)量也存在有慣性擾動力矩。故擾動力矩可以寫成：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中：為有效波傾角。</p><p><b>　?。?）扶正力矩</b></p><p>　　由于減搖鰭的存在，當船舶在航行中，當兩個葉片

22、以一定角度傾斜，（根據(jù)流體力學(xué)，葉片前端向上傾斜時，產(chǎn)生正的液壓升力。當葉片前端向下傾斜時，則產(chǎn)生負的液壓升力，如圖2.2，升力由式（2.5）計算。升力會在船舶上聯(lián)合產(chǎn)生一個扶正力矩，作用在點，以使船舶的橫搖角減小，用于抵消波浪對船舶的作用力。</p><p>　　圖2.2 鰭片受力圖</p><p><b>　　（2.5）</b></p><p&

23、gt;　　式中：為扶正力矩，為鰭片攻角、為船舶航速，為有效受力面積</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中：為升力的有效力臂。</p><p>　　綜合船舶在規(guī)則波的橫搖時所受的各種力矩，由動平衡原理，船舶的平衡條件為力矩之和為零，故有：</p><p><b>　?。?.7）

24、</b></p><p>　　從上式可以看出，我們可以通過改變減搖鰭所產(chǎn)生的扶正力矩來使所受的總力矩之和為零，而調(diào)節(jié)葉片角度可以改變扶正力矩的大小，來使船舶避免橫搖。（說明有點少）</p><p><b>　　3減搖鰭液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　“育鯤”輪減搖鰭液壓系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)，實現(xiàn)葉片回籠和延展以及葉片傾斜操作，而

25、且對流向葉片傾斜系統(tǒng)的流體實施閉合式電子-液壓比例控制，并且還有負載感應(yīng)功能，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 “育鯤”減搖鰭液壓系統(tǒng)圖</p><p>　　1-減搖鰭收放閥；2-雙向溢流閥；3-補償閥；4-補償閥先導(dǎo)溢流閥；5-溢流閥；6-節(jié)流閥；7-節(jié)流閥；8-單向閥；9-法蘭；10-壓力測試點；11-負載感應(yīng)隔離閥；12-電磁線圈；13-截止閥；14-過載銷；15-梭閥

26、；16-油路板；17；電液比例閥；18-補償閥蓋；19-壓力表截止閥；20-壓力表；21-液位/溫度指示器；22-油尺；23-吸入濾器；24-主電動機；25-應(yīng)急電動機；26-雙向葉片泵；27-齒輪泵；28-透氣裝置；29-回油濾器；30-溢流閥；31-冷卻器；32-卸荷閥；33-放殘閥；34-旋塞；35-油箱；36-平衡閥；37-取樣閥；38-抽吸管道；39、40-軟管</p><p><b>　　3

27、.1液壓泵站</b></p><p>　　主泵由一個液壓油泵（元件26）和一臺主電動機（元件24）構(gòu)成，泵的出口連接有一個旁通閥（元件32）。發(fā)動機通過活動耦合為泵提供動力。泵是連續(xù)運行雙葉結(jié)構(gòu)，一個泵殼內(nèi)有兩個獨立的泵單元（即葉片盒）。泵有一個共用的抽吸管道，兩條獨立的輸出線。泵盒的流量分布，使得高流量單元的流量約為低流量單元的 4倍。</p><p>　　應(yīng)急泵由一個齒輪

28、泵（元件27）和一臺應(yīng)急電動機（元件25）構(gòu)成，泵沿垂直軸定位，泵體完全浸沒在罐內(nèi)油中，以利于自吸。</p><p>　　主泵的高流量單元的出口設(shè)有遠程控制的泵卸載閥（元件32），除轉(zhuǎn)葉操作外，在啟動及所有其他操作中，高流量單元都在卸載。這使得發(fā)動機可以在最小負載狀態(tài)下啟動。由于低流量單元流量較小，這也使得回籠和延展操作以及葉片對中操作減速進行。 </p><p>　　3.2油路板（元件

29、 16）</p><p>　　油路板里面有葉片控制所需的全部閥門。主泵和應(yīng)急泵的加壓流體分別通過單向閥（元件 8）進入油路板進行分配和輸出，進入一個共同的壓力走廊，壓力走廊被分割成多個部分，對應(yīng)多個出口。流體流經(jīng)壓力走廊，進入比例閥（元件 17）以及回籠和延展閥（元件 1），作為控制油。壓力走廊還通過管道分別連接至壓力計（元件20）和取樣閥（元件37），壓力計的支架通過手動操作的切斷閥（元件19）安裝在動力單元上

30、，通過取樣閥可以對液壓油進行取樣化驗，以保證液壓油的質(zhì)量。 </p><p>　　壓力走廊通過補償閥（元件3）和負載感應(yīng)旁通閥（元件 5）與回路連接。</p><p>　　同樣，回路也是一個共同的壓力走廊，將系統(tǒng)的多條回流通過油冷卻器（元件31）和回路過濾器（元件29）導(dǎo)回供油罐（元件 35）。</p><p>　　3.3比例閥（元件17）</p>

31、<p>　　葉片傾斜操作的控制是通過電液壓比例閥實現(xiàn)的，比例閥由電磁線圈操縱，為流向葉片傾斜機構(gòu)的液壓油提供流量和方向控制。比例閥由一個導(dǎo)閥和一個主閥構(gòu)成。 </p><p>　　導(dǎo)閥由兩個比例減壓閥組成，用兩個電磁線圈控制。如果兩個線圈中的一個帶電，滑閥移動，距離與電子輸入信號強度成正比。這就在主閥壓力室中產(chǎn)生與輸入電流成比例的壓力。 </p><p>　　主閥是一個簡單的導(dǎo)向

32、滑閥彈簧裝置，兩端各有一個壓力室。如果兩個壓力室中的壓力相等，對中彈簧使得主滑閥居中（中位）。一個壓力室的壓力增大，就會產(chǎn)生一個新的力平衡，主滑閥處在新的位置。</p><p>　　比例閥將變量電子信號轉(zhuǎn)換為變量液壓流體?？刂齐娏飨仁峭ㄟ^電磁線圈，產(chǎn)生一個與之電流信號成正比的導(dǎo)閥滑閥位置，然后在主閥相應(yīng)的壓力室形成與導(dǎo)閥滑閥位置成正比的壓力，最后產(chǎn)生一個比例主滑閥位置。當電流信號降到0的時候，主滑閥回到中位。&l

33、t;/p><p>　　比例閥的中央位置附近有一個靜止帶，以盡量減少內(nèi)部泄漏，必須用伺服放大單元中的電子設(shè)備進行補償漏泄。</p><p>　　3.4旁通閥（元件13）/雙向溢流閥（元件2）</p><p>　　比例閥出口將液壓油導(dǎo)至葉片傾斜柱塞，各個出口之間還有手動旁通閥和雙向溢流閥互相連接。雙向溢流閥使得高壓（超過安全閥設(shè)置壓力）可以從高壓管路向回油管路釋放，避免系

34、統(tǒng)內(nèi)壓力積累過高。所有正常操作中，手動的旁通閥都關(guān)閉，打開時可以將液壓油導(dǎo)入另一管路，消除葉片傾斜柱塞上的方向壓力。</p><p>　　3.5減搖鰭收放閥（元件1）和平衡閥（元件36） </p><p>　　平衡閥（元件 36 中的元件 36.1 和 36.2）與回籠和延展汽缸的兩條輸入線連接，防止葉片在回籠和延展位置上有任何運動。</p><p>　　在葉片延

35、展操作中， 延展線圈 （元件1的b部分） 帶電， 使得液壓油通過補償閥 （元件 36.1）的通道進入回籠和延展汽缸中環(huán)形區(qū)域（差動活塞的左部），把活塞桿推回原位。同時控制油流體被引導(dǎo)至對面的平衡閥（元件36.2），液體回流入罐。在延展位置上，液壓拉力使得葉片保持外伸，十字箱的止停塊提供了液壓推力的反作用力。</p><p>　　在葉片回籠操作中，回籠線圈 （元件 1的a部分）帶電， 使得液壓油通過補償閥 （元件

36、36.2）的通道進入回籠和延展汽缸中的主區(qū)域，回籠和延展活塞桿外伸，葉片回籠。導(dǎo)流體被引導(dǎo)至對面的補償閥（元件 36.1） ，打開這個閥門，液體回流入油箱。</p><p>　　葉片延展或回籠完成后，線圈都斷電。</p><p>　　3.6負載感應(yīng)/插裝補償閥組</p><p>　　負載感應(yīng)/插裝補償閥組由補償閥（元件3）、溢流閥（元件5）和負載感應(yīng)隔離閥（元件1

37、1）組成，構(gòu)成一個負載感應(yīng)器和安全閥。</p><p>　　補償閥本質(zhì)上是一個變量安全閥，與定量泵（元件26 和 27）共同使用，以防止產(chǎn)生過熱（產(chǎn)生的熱量等于流速與壓力的乘積；在泵的最大流速固定的情況下，減小工作壓力十分關(guān)鍵）。當與比例閥（元件 17）共同使用時，補償閥與比例閥（元件17）共享定量泵（元件 26和 27）的輸出流體，其比例取決于比例閥（元件 17）的開口大小。比例閥開口為 0 ，補償閥流量最大；

38、比例閥完全打開，補償閥流量最?。ɑ蛘邽榱悖?lt;/p><p>　　補償閥與比例閥共享輸出流體很重要，因為它決定了補償閥的先導(dǎo)溢流閥（元件4）的設(shè)定值。比如，泵的輸出為每分鐘 100升，而為了實現(xiàn)要求的傾斜速率，傾斜轉(zhuǎn)葉機構(gòu)需要的最大量為每分鐘 90升，那么經(jīng)過補償閥的流量必須上調(diào)，即減小先導(dǎo)溢流閥（元件4）的設(shè)定值，直到通過的流量小于每分鐘 10 升。如果這種情況是在設(shè)定值為15bar的壓力下出現(xiàn)的，那么整個系統(tǒng)

39、的基本設(shè)定置就是15bar。</p><p>　　負載感應(yīng)器：在葉片傾斜動作時，當負載感應(yīng)隔離閥（元件11）帶電，負載感應(yīng)啟動。若葉片受到海浪等因素的沖擊力，使一個油路通道壓力較高，這個壓力就通過梭閥（元件 15）傳遞到補償蓋（元件18），再通過節(jié)流孔（元件7）傳遞到回油壓力走廊。</p><p>　　安全閥：在回籠和延展操作中，負載感應(yīng)隔離閥（元件 11）斷電，泵壓力可以傳遞至補償蓋（元

40、件 18）。壓力逐步積累，直到補償蓋被液壓沖開，將補償閥（元件3）的頂端與油罐相連。這個閥門現(xiàn)在是回籠和延展系統(tǒng)的安全閥。</p><p>　　3.7油冷卻器（元件31）和回油濾器（元件29）</p><p>　　油冷卻器由一組管道構(gòu)成，管道在一個圓柱體中排開，回流的油經(jīng)過層層管道，而海水冷卻劑通過端蓋流經(jīng)管道。進水管必須有一個孔板，來限制流經(jīng)冷卻器的水流量。高速流水將導(dǎo)致設(shè)備過早報廢。

41、液壓油從冷卻器中流出，通過回路濾器進入油箱，濾器安裝在罐體上，帶一個目測指示器和旁通閥。旁通閥的設(shè)置壓力約為1.5bar。 </p><p>　　回路過濾器包含了主過濾芯的磁鐵前芯，用來濾掉含鐵雜質(zhì)。流體從過濾器底部流出，這是一個孔洞結(jié)構(gòu)，液壓油流回油箱時可以減小湍流。 </p><p><b>　　4減搖鰭控制原理</b></p><p>

42、　　4.1減搖鰭控制系統(tǒng)</p><p>　　（需要改圖：將局部控制單元簡畫）</p><p>　　減搖鰭控制系統(tǒng)運用了專為滿足嚴格的強度和可靠性標準而設(shè)計的現(xiàn)代工業(yè)可編程邏輯控制技術(shù)。使用串行通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字化形式進行信息傳遞，符合工業(yè)總線標準?？梢蕴峁└咚佟⒏哔|(zhì)、可靠的通信。使用模塊式總線終端組合，將模擬信號與數(shù)字信號同通信網(wǎng)絡(luò)對接，以提供一個靈活且易于維護的系統(tǒng)。 </p>

43、;<p>　　主要的人機交互界面由駕駛臺控制站和工程控制站構(gòu)成。駕駛臺控制站包括一個電子設(shè)備單元和一個操作員面板，后者為方便使用而設(shè)計，可以清楚地指示每一葉片的運行狀態(tài)。操作員面板部分由 SOLAS（海上人身安全）面板和減搖鰭控制面板構(gòu)成。SOLAS面板用于在緊急情況下顯示葉片是否回籠。</p><p>　　工程控制站擁有一個中央控制單元和一個操作員觸屏顯示器。駕駛臺電子控制單元、中央控制單元以及每

44、一葉片的局部控制單元可以相互作用，這些個體單元配置安裝于船體的適當位置，之后通過通信網(wǎng)絡(luò)（PROFIBUS總線）實現(xiàn)相互連接。該系統(tǒng)和水力、葉片等子系統(tǒng)連接，控制葉片運行順序并監(jiān)控故障情況。</p><p>　　船航行信號以及由搖擺傳感器傳來的搖擺信號，經(jīng)過中央控制單元的處理，得出對每一葉片角度的指令信號，通過總線傳輸?shù)阶笥蚁暇植靠刂茊卧?，伺服放大器單元提供葉片的閉合回路控制，與局部安裝的連接盒一起安裝在左右舷的

45、水力單元上。連接盒通過電纜連接到局部控制單元，用于控制發(fā)動機起動器和動力單元功能。對每一葉片的緊急控制，屬于局部功能，獨立于控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　4.2電動機控制</b></p><p>　　電動機的控制由電動機的起動單元控制，主電動機起動單元和應(yīng)急電動機起動單元控制著主電動機的起動、停止、保護、以及抗冷凝加熱器和局部控制單元的動力分配。</

46、p><p>　　圖4.1 主電動機電路圖</p><p>　　4.2.1主電動機的起動</p><p>　　首先閉合主電動機控制面板上的空氣開關(guān)Q1，使主電動機起動單元的主電網(wǎng)帶電，然后閉合控制箱里面的帶過載保護的空氣斷路器Q2，變壓器T1將主電網(wǎng)380V供電變?yōu)?30V，分別對熱敏電阻繼電器單元、主接觸器控制電路、抗冷凝加熱器單元、信號燈指示單元和局部控制單元（Lo

47、cal Control Unit,LCU）供電，此時電源接通狀態(tài)指示燈H5亮。</p><p>　　抗冷凝加熱器單元有電后，閉合電動機加熱器雙位電閘S1，使抗冷凝加熱器E1有電，對電動機外殼進行加熱，并且加熱器電源指示燈H1亮。</p><p>　　熱敏電阻繼電器單元的熱敏電阻B1、B2和B3對主電動機的過載情況進行監(jiān)視，熱敏電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換為電阻信號，再經(jīng)過熱敏電阻繼電器K2轉(zhuǎn)換為電流

48、信號，此電流信號與設(shè)定值相比較。當過載發(fā)生時，使得觸點K2（97、98）閉合，觸點K2（95、96） 斷開，過載指示燈H4亮；當不發(fā)生過載時，觸點K2（97、98）斷開，觸點K2（95、96） 閉合，過載指示燈H4滅。而電動機還沒有啟動之前，過載情況是不會發(fā)生的，因此觸點K2（95、96） 是閉合的。</p><p>　　由于K2（95、96）是閉合的，當主接觸器控制電路有電時，使得輔助繼電器K3的線圈帶電，觸點

49、K3（1、2）閉合。此時，應(yīng)選擇本地/遙控控制開關(guān)S4的位置，當置于遙控位置，其運行/停止狀態(tài)由局部控制單元控制下的數(shù)字信號決定，反之其運行/停止狀態(tài)由控制面板決定。遙控起動時，S4（21、22）斷開，S4（14、13）閉合，使得觸點S4（33、34）閉合，局部控制單元的PLC接收到觸點S4（33、34）的閉合狀態(tài)信息，使局部控制單元的X1（27、28）有輸入信號，并且還監(jiān)視到X1（18、19）和X1（19、20）的遙控開關(guān)閉合，以及X

50、1（20、21）中的應(yīng)急電動機互鎖開關(guān)閉合（還有其他邏輯條件嗎？），然后使輸出信號輔助繼電器K5有電，觸點K5（1、2）閉合，主接觸器K1線圈有電；本地起動時，S4（21、22）閉合，S4（14、13）斷開，按下起動按鈕S2，主接觸器K1有電。</p><p>　　主接觸器K1有電后，主觸點K1（1、2）、K1（3、4）和 K1（5、6）閉合，主電動機機運轉(zhuǎn)起來；輔助觸點K1（13、14）閉合，輔助繼電器K4線圈

51、有電，觸點K4（13、14）閉合，實現(xiàn)發(fā)電機的自鎖，觸點K4（1、2）閉合，將觸點K4（1、2）的開關(guān)狀態(tài)輸入到PLC中（用途呢？），當繼電器K4線圈有電后，觸點K4（5、6）閉合，電動機運行狀態(tài)指示燈H2亮，觸點K4（21、22）斷開，電動機停止狀態(tài)指示燈H3熄滅；同時主接觸器K1的輔助觸點K1（21、22）和K1（61、62）斷開，形成了電動機與抗冷凝加熱器運行狀態(tài)互鎖；同時觸點K1（71、72）斷開，將K1（71、72）開關(guān)量信號

52、輸入到PLC中，關(guān)閉應(yīng)急電動機起動器，以實現(xiàn)一個互鎖機制，禁止主發(fā)電動機起動器與應(yīng)急發(fā)電機起動器同時運行。此外，主電動機運行時，運行時間計數(shù)器P2開始工作，記錄主電動機運行的時間。</p><p>　　4.2.2主電動機的保護</p><p>　　1、熱繼電器U1。當電機過載時，熱繼電器觸點U1（95、96）斷開，輔助繼電器K3線圈失電，觸點K3（1、2）斷開，主接觸器K1線圈失電，電機

53、停止運行。同時觸點K3（21、22）閉合，過載指示燈H4亮。</p><p>　　2、空氣開關(guān)Q1。具有欠壓保護功能，一旦電壓嚴重下降或斷電時，主觸點斷開。</p><p>　　3、帶過載保護空氣斷路器Q2。同時具有過載保護和欠壓保護功能。</p><p>　　4、過載保護開關(guān)F1、F2、F3、F4、F5。分別對于抗冷凝加熱器單元、熱敏電阻繼電器單元、主接觸器控制電

54、路、信號燈指示單元和局部控制單元（Local Control Unit,LCU）進行過載監(jiān)視，當過載發(fā)生時，過載保護開關(guān)斷開，需要手動復(fù)位。</p><p>　　5、熔斷器F10。對電動機運行時間計數(shù)器進行過電流保護。</p><p>　　6、互鎖機制?？估淠訜崞髋c電動機運行狀態(tài)之間，以及主電動機與應(yīng)急電動機之間的互鎖。</p><p>　　4.2.3主電動機的

55、停止</p><p>　　在遙控控制狀態(tài)下，向PLC輸入停止命令，然后PLC使得其輸出量接觸器K5的線圈失電，觸點K5（1、2）斷開，電動機停止；在本地控制狀態(tài)下，按下停止按鈕S3，即可停止主電動機的運行。</p><p>　　4.2.4應(yīng)急電動機起動單元</p><p>　　應(yīng)急電動機起動單元較主電動機起動單元相對簡單，在其起動邏輯過程中沒有熱敏繼電器單元，并且

56、只能本地控制。</p><p>　　4.3葉片伸出和回籠控制</p><p>　　4.3.1葉片伸出</p><p>　　葉片伸出由中央控制單元監(jiān)控，葉片伸出前應(yīng)滿足以下條件： </p><p>　　1. 左右舷葉片沒有發(fā)生故障，即駕駛臺操作面板上的左右舷葉片故障指示燈和中央控制單元主頁面上的左右舷葉片故障指示熄滅。 </p&g

57、t;<p>　　2. 回到中央控制單元，確認兩個“可用/離線”按鍵中的“可用”部分亮燈，即由駕駛臺控制單元控制葉片伸出操作。選擇離線狀態(tài)后，每個葉片都由它的局部控制單元的主頁面控制，能被回籠、延展、對中和測試。只有在駕駛臺控制站或者工程控制站上使用“可用”模式，才能運行穩(wěn)定功能。 </p><p>　　從駕駛臺控制單元或者中央控制單元，按一下“左舷延展”保護按鍵/指示燈，葉片將稍微向上轉(zhuǎn)動，以解除

58、葉片鎖定塊對葉片保護功能；再按一下以激活伸出動作，“回籠”指示燈將熄滅，而“延展”指示燈將閃爍，表明葉片正在延展。葉片伸出機構(gòu)有一個內(nèi)置式線性傳感器，控制系統(tǒng)用這個傳感器來持續(xù)監(jiān)測葉片的回籠和延展狀態(tài)，確定葉片何時處在回籠和延展位置。當“延展”指示燈停止閃爍并完全點亮?xí)r，表明葉片已經(jīng)充分展開。</p><p>　　當?shù)诙伟聪隆白笙涎诱埂北Ｗo按鍵時，減搖鰭收放閥（元件1）的電磁閥b有電，使其工作在右位，高壓油進入

59、C通道，到達平衡閥（元件36.1）分為兩個油路，一路直接通過平衡閥（元件36.1）中的單向閥進入油缸E空間，推動葉片伸展；一路作為平衡閥（元件36.2）的控制油，再與油缸F空間回油共同作用，使平衡閥（元件36.2）處于開啟位置，然后油缸F空間回油順著D管道回到回油壓力走廊。當葉片伸展到指定位置后，由止停塊來承受油缸高壓端的油壓，伸展完畢后，減搖鰭收放閥（元件1）的電池閥b失電，閥工作在中位（y型機能），使得主油路可以對油缸的泄漏進行補償

60、，以保證葉片的位置。</p><p>　　同樣在駕駛臺控制單元或者中央控制單元對右舷葉片進行伸出操作。</p><p>　　4.3.2葉片回籠</p><p>　　葉片回籠有正?；鼗\操作和應(yīng)急回籠操作。任何控制單元均可控制葉片的正?；鼗\操作，而應(yīng)急回籠操作由手動控制。</p><p><b>　　1、正常葉片回籠</b>

61、;</p><p>　　若左右舷葉片沒有故障發(fā)生時，并且系統(tǒng)處于“可用”狀態(tài)，從駕駛臺控制單元或者中央控制單元，按一下“左舷回籠”按鍵/指示燈，啟動回籠動作?！把诱埂敝甘緹魰?，而“回籠”指示燈將閃爍，表明葉片正在回籠。當“回籠”指示燈停止閃爍并完全點亮?xí)r，表明葉片已經(jīng)完全回籠。通過觀察相關(guān)的葉片角度表上的指針（約為10度），可以確認鎖定位置。如果右舷也需要回籠，則針對右舷重復(fù)以上過程。</p>

62、<p>　　當按下“左舷回籠”按鍵/指示燈，減搖鰭收放閥（元件1）的電磁閥a有電，使其工作在左位，高壓油進入D通道，到達平衡閥（元件36.2）分為兩個油路，一路直接通過平衡閥（元件36.2）中的單向閥進入油缸F空間，推動葉片回籠；一路作為平衡閥（元件36.1）的控制油，與E空間的回油壓力疊加，使得平衡閥（元件36.1）處于開啟位置，然后油缸E空間回油順著C管道回到回油壓力走廊。當葉片回到指定位置后，減搖鰭收放閥（元件1）的電磁

63、閥a失電，閥回到中位，此時葉片鎖定塊將葉片鎖住。</p><p><b>　　2、應(yīng)急葉片回籠</b></p><p>　　當主電動機無法運行時，按照前面的方法，起動應(yīng)急電動機，讓壓力走廊壓力積累。在葉片子系統(tǒng)中，通過檢查十字盒上端的葉片角度指示器，確保葉片已經(jīng)對中（約在0度位置）。如果葉片不居中，手動操作比例閥（元件17）進行對中。再手動操作減搖鰭收放閥（元件1），

64、使用推針，插入電磁線圈的尾端，直到葉片回籠操作完成。 </p><p>　　4.3.3SOLAS面板</p><p>　　SOLAS面板電源和葉片單元的開關(guān)輸入信號獨立于減搖鰭控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)停電的情況下，通過SOLAS近距開關(guān)對回籠狀態(tài)進行監(jiān)測，遠程傳送到SOLAS面板上顯示葉片的兩種狀態(tài)：回籠與沒有回籠。</p><p>　　4.4葉片傾斜控制</

65、p><p>　　4.4.1 電液隨動系統(tǒng)</p><p>　　葉片傾斜控制系統(tǒng)是一套“電—液隨動系統(tǒng)”，隨動系統(tǒng)接受控制信號，完成信號的功率放大，驅(qū)動鰭跟隨控制信號運動，隨動系統(tǒng)能“快速、準確、穩(wěn)定”的工作，使鰭角盡可能跟蹤控制信號。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 電液隨動系統(tǒng)圖</p><p>　?。?）隨動系統(tǒng)的

66、工作原理</p><p>　　由角速度傳感器（角速度陀螺儀）測得船舶橫搖的角速度信號和船舶航速作為控制信號，經(jīng)中央控制單元處理后，以電壓信號形式輸出，電壓信號送入到比較放大器后與鰭角反饋電壓在PLC內(nèi)部通過函數(shù)計算得出電液伺服閥的控制電流信號，電液伺服閥根據(jù)電流信號的大小決定閥的開度，從而調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)鰭液壓缸的液壓油流量，使鰭以一定的速度轉(zhuǎn)動，同時鰭角傳感器監(jiān)測鰭角信號并輸出鰭角反饋電壓。鰭角反饋電壓被送回到比較放

67、大單元與輸入信號相比較，當這兩個信號大小相等，極性相反時，差值趨近于零，鰭就停止轉(zhuǎn)動。這樣，根據(jù)輸入信號的大小，可以使鰭轉(zhuǎn)到一個指定的角度，實現(xiàn)隨動轉(zhuǎn)鰭的目的。鰭動作后，將減小船舶的橫搖，從而使角速度傳感器的監(jiān)測的橫搖信號變小。</p><p><b>　?。?）船舶航速控制</b></p><p>　　由式（2.5）可以得知，葉片上所產(chǎn)生的扶正力矩與攻角、航速的平方

68、成比例。對于葉片角度反饋，是按照扶正力矩和攻角成線性比例關(guān)系的規(guī)律來控制的，在橫搖狀態(tài)相同的情況下，認為葉片上所產(chǎn)生的扶正力矩紙盒葉片的轉(zhuǎn)角有關(guān)，然而在實際上，減搖鰭的葉片在設(shè)計航速下計算出葉片應(yīng)有的轉(zhuǎn)角，那么當航速加快時，作用在葉片軸上的轉(zhuǎn)葉力矩變大，葉片產(chǎn)生的扶正力矩就會變大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。當轉(zhuǎn)葉力矩達到一定時，就會使轉(zhuǎn)鰭油缸的功率不夠用，導(dǎo)致不能驅(qū)動葉片轉(zhuǎn)動，為了使得在不同航速下葉片上產(chǎn)生的最大升力不變，需要采取一定的措施，對

69、不同的航速調(diào)整最大鰭角，使葉片產(chǎn)生的最大扶正力矩保持到設(shè)計值。</p><p>　　“育鯤”輪上具體的航速調(diào)節(jié)：當航速很小時，其減搖能力很差，所以規(guī)定當航速小于1/3設(shè)計航速（16.7kn），鰭角為零；當航速大于1/3設(shè)計航速時才啟動減搖鰭工作，最大鰭角為25°，則中央控制單元中的PID調(diào)節(jié)信號再經(jīng)過式4.1處理。</p><p><b>　　（4.1）</b&g

70、t;</p><p>　　式中，為實際航速，為最小航速， 為中央控制單元輸出的電壓信號，為最大葉片角對應(yīng)的電壓。</p><p><b>　?。?）穩(wěn)心優(yōu)化作用</b></p><p>　　在某些情況下中，船的GM（穩(wěn)心高度）會有很大變化。在這種情況下，可以通過手動進入GM值，來對控制系統(tǒng)加以調(diào)節(jié)使其適應(yīng)負載狀況，控制系統(tǒng)中用它作為調(diào)節(jié)參數(shù)來進

71、行性能優(yōu)化。（沒有詳細資料）</p><p>　　4.4.2葉片傾斜的具體實現(xiàn)</p><p>　　當葉片伸出后，系統(tǒng)將進行船舶減搖操作，通過對監(jiān)測到的角速度信號分析處理，從中央控制單元輸出處理結(jié)果，經(jīng)PROFIBUS總線分別傳輸?shù)阶笥蚁暇植靠刂茊卧?，又傳送到伺服放大器單元中，同時鰭角傳感器產(chǎn)生的反饋信號通過局部控制單元也傳送到伺服放大器單元中，兩者經(jīng)特定的函數(shù)計算后，傳送給比例閥（元件

72、17）的線圈c或線圈d一定大小的電流信號，如圖4.3。</p><p>　　圖4.3 局部控制單元信號輸入、輸出</p><p>　　我們以葉片向上傾斜為例，當比例閥（元件17）的電磁線圈d有電后，電液比例閥（元件17）的主閥芯向左移動，閥在右位開度與電流信號成比例，從而控制進入A通道的流量，然后液壓油進入轉(zhuǎn)鰭油缸G空間，推動葉片向上傾斜，轉(zhuǎn)鰭油缸H空間的回油經(jīng)B通道回到回油壓力走廊。&

73、lt;/p><p>　　當葉片傾斜動作執(zhí)行后，鰭角發(fā)生變化，鰭角傳感器監(jiān)測的反饋信號（當葉片角度居于上傾 25度和下傾 25度之間時，傳感器的額定輸出為0到 10伏直流電）傳送到伺服放大器單元中，實現(xiàn)對鰭角最精確的控制。</p><p>　　鰭角變化后，將影響葉片在水中的升力大小，從而決定扶正力矩的大小，使船舶的橫搖角變小，直接負反饋給角速度傳感器。</p><p>　

74、　5 提高“育鯤”輪減搖鰭可靠性</p><p>　　船舶在航行中，由于航速和海況的變化，葉片上所受的升力也在不斷的發(fā)生變化，隨之轉(zhuǎn)鰭液壓缸的負荷也在不斷的變化，這時就有可能要發(fā)生液壓缸的過載；船舶在減搖過程中，有可能由于控制故障的原因?qū)е轮鷵u效果，即葉片減搖實際所需的葉片角與控制器執(zhí)行的葉片角方向相反，那么可能引起船舶的搖晃加重。</p><p>　　5.1 航速控制的改進</p&

75、gt;<p>　　5.1.1 航速控制規(guī)律的設(shè)計</p><p>　　由式4.1可以知道，當船速靠近最小航速時，葉片會動作頻，不利于減搖。因而把最小航速設(shè)置為一個空回特性，如式5.1所示，原理如圖5.1所示，空回特性可以使船舶航速在最小航速附近時，的值時而為零，時而為。在船舶航速過高時候，應(yīng)減小葉片角度，防止升力過大和油缸過載，此時的值見式5.1。</p><p><b

76、>　?。?.1）</b></p><p>　　式中，為設(shè)計航速，為經(jīng)過PID調(diào)節(jié)后的控制電壓信號，和為最小航速空回特性的兩個值。</p><p>　　圖5.1 航速控制規(guī)律</p><p>　　5.1.2 航速信號的接入</p><p>　　“育鯤”輪上，航速信號沒有接入到控制單元，在使用過程中，均由手動鍵入船舶航速?！坝H

77、”輪上采用多普勒計程儀，航速的大小可以根據(jù)脈沖的時間間隔來確定，不同航速的脈沖信號的間隔時間不同。</p><p>　　5.2 葉片助搖問題的解決</p><p>　　5.2.1 葉片助搖監(jiān)測</p><p>　　船舶在正常海況情況下，沒有安裝減搖鰭時，其橫傾角隨時間的變化趨近于正弦模式，如圖5.1；在安裝減搖鰭后，其橫傾角應(yīng)該逐漸減小，形成隨時間衰減變化，如圖5.

78、2；而在發(fā)生助搖時，其葉片產(chǎn)生的升力與所期望的升力方向相反或者不相配套，這樣反而促進了橫傾，如圖5.3。</p><p>　　在一定海況條件下，對橫傾角變化趨勢進行連續(xù)監(jiān)測，通過對圖5.1、5.2、5.3的分析得出，在一段時間內(nèi)，記錄下橫傾角的連續(xù)峰值，比較峰值的絕對值大小，若峰值的絕對值漸漸增大，則說明葉片發(fā)生了助搖現(xiàn)象。</p><p>　　圖5.1 沒有安裝減搖鰭的橫傾角變化趨勢&l

79、t;/p><p>　　圖5.3 正常的減搖狀態(tài)下的很傾角變化趨勢</p><p>　　圖5.3 助搖狀態(tài)下橫傾角的變化趨勢</p><p>　　5.2.2 助搖現(xiàn)象的解決</p><p>　　當減搖鰭發(fā)生助搖現(xiàn)象時，原因很大可能是角速度傳感器發(fā)生了故障，因此可以增加一個備用角速度傳感器。當發(fā)生助搖現(xiàn)象時，切換到備用傳感器運行，如果此時不能消除助搖

80、現(xiàn)象，原因應(yīng)該是控制系統(tǒng)發(fā)生了很大的遲滯，這時應(yīng)該停止減搖鰭的工作。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1]陳海泉編著.船舶液壓設(shè)備原理及維修技術(shù).大連：大連海事大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[2]蔣維清等著.船舶原理.大連：大連海事大學(xué)出版社，1998</p><p>

81、　　[3]齊小偉.船舶減搖鰭仿真.（碩士學(xué)位論文）.大連海事大學(xué).2008</p><p>　　[4]Rolls-Royce plc. Brown Brothers Aquarius series folding fin ship stabilizer operation and maintenance manual.2005</p><p>　　[5] Rolls-Royce plc.

82、steering and stabilization.2007</p><p>　　[6]張海鵬，吉明，金鴻章.可編程控制器在船舶減搖鰭隨動系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子技術(shù)應(yīng)用.2003（11）</p><p>　　[7]Gheorghe SAMOILESCU, Serhei RADU.STABILISERS AND STABILISING SYSTEMS ON SHIPS.ENGINEERING