舵机液压系统及随动控制论文12738.doc
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1、M/T“GAGARMAYANG”舵机液压系统及随动控制系统分析摘要 本文主要介绍M/T“GAGARMAYANG”转叶式舵机的转舵机构及液压系统原理,并对随动控制系统进行了分析。对舵杆和转子机构的液压安装步骤进行讲述。通过与往复式舵机的结构及液压系统的比较,总结出M/T“GAGARMAYANG”转叶式舵机的特点。针对M/T“GAGARMAYANG”舵机使用过程中所发生的故障现象,本文简要分析其故障原因。归纳总结出舵机维护保养中的基本要求,力图能够为轮机员工作提供较好参考。关键词 转叶式舵机;液压系统;随动控制系统;液压联接器M / T GAGARMAYANG Steering Gear Hydr
2、aulic System and Servo Control System AnalysisAbstract This paper describes basic construction and hydraulic system principle of the votary vane steering gear in M/T“GAGARMAYANG” training ship, and particularly analyzes the system of follow-up control. Mounting procedure of hydraulic coupling betwee
3、n rudder actuator and rudderstock are showed clearly. Compared with construction and hydraulic system of the reciprocating steering gear, there are a lot of characteristic in the rotary vane steering gear. And based on the phenomenon of the trouble in the steering gear, the paper makes a brief analy
4、sis. Basic recommendations are included in the maintenance process of the steering gear. The aim of this paper is to provide a better reference for engineer office in work course.Key words Rotary vane steering gear;Hydraulic system;Follow-up control system;Hydraulic coupling目录1 绪论-11.1 舵机的作用和组成部分-11
5、.2 舵机的类型-12 M/T“GAGARMAYANG”转叶式舵机转舵机构和液压系统-22.1 M/T“GAGARMAYANG”舵机概况及主要参数-22.2 球形转舵机构结构特点-32.3 液压系统工作原理-42.4 舵杆和转子安装方法-52.4.1 安装前的准备-6 2.4.2 安装步骤-6 2.4.3 安装中的注意事项-73 M/T“GAGARMAYANG”舵机随动控制系统-83.1 M/T“GAGARMAYANG”驾驶台操舵指令-93.2 控制信号比较放大-93.3 驱动和反馈单元-113.4 变频电机和双向油泵-114 M/T“GAGARMAYANG”转叶式舵机的主要特点-125 M/
6、T“GAGARMAYANG”舵机故障简-126 M/T“GAGARMAYANG”舵机的维护保养-136.1 液压油的选择-136.2 换油和除气-136.3 日常管理注意事项-14总结-14致谢语-15参考文献-161 绪论1.1 舵机的作用和组成部分船舶在航行过程中,不可能完全按照驾驶员的意图进行航行,经常会受到外界的干扰(如风、浪等的影响),使船舶偏离原来的航线。此时应该有一操作装置能够控制船舶方向保证船舶安全行驶,此机构就是舵。舵是船舶用以改变其航向或维持其预定航向的重要设备,对于船舶安全航行起着关键作用。现代化船舶广泛应用电动液压舵机。电动液压舵机由三部分组成:转舵机构、液压系统与操舵
7、控制系统。转舵机构的作用是将液压能转换成机械能,推动舵叶转动。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能,并设置所需的保护和控制装置。操舵控制系统的作用:一是传递舵令;二是控制操舵精度1。1.2 舵机的类型船舶所使用的电动液压舵机按机构类型可分为往复式和转叶式两种。所谓往复式舵机的转舵机构为往复式转舵油缸,它将液压油的压力能转化为柱塞的机械能,推动舵柄左右转动,舵柄带动舵杆转动实现舵叶的转动,达到改变船方向的目的。转叶式舵机是依靠作用在舵机转叶上的高压液压油的压力使舵机转叶片转动,从而带动与舵机锥形相连的舵杆转动,而舵杆转动相应带动与之相连的舵叶转动,从而达到船舶操舵的目的2。如图1所示,描述一往
8、复式舵机的工作原理图1 往复式舵机1交流伺服电动机;2联轴器;3双向定量泵;4梭阀;5锁阀;6旁通阀;7油罐;8安全阀;9液压油缸 由图1可见,液压泵和液压油缸构成闭路系统。交流伺服电动机1驱动液压定量泵3产生液压动力,通过一对液压缸推动舵杆转动。从油泵出来的液压油经过锁阀进入液压缸使柱塞来回移动,油缸的回油同样经过锁阀进入油泵吸口3。并联在闭式回路中的由两个单向阀组成的梭阀主要起到补油阀的作用,当这个闭式回路中出现因漏泄等原因造成流量不足时,梭阀补油到回路中。串联在主回路中的由两个液控单向阀组成的锁阀,当舵叶达到指定位置时,锁阀锁住主油路防止液压缸在波浪拍击舵叶时发生返流现象。并联在闭式回路
9、中的溢流阀起安全阀的作用,同时起放浪阀作用。当舵叶停止转动时,由于受大浪或者其他外力作用的冲击产生超负载时可以允许短时间的开阀卸荷。另外在整个操舵系统出现超负荷的时候,也可以通过交流伺服电动机的限转矩保护功能动作而停机,达到安全防护作用。舵机的启动和停止、变向和变速都是由交流伺服电动机按照控制指令来实现的。对转叶式舵机的分析本文将以M/T“GAGARMAYANG”舵机为例进行详细的讲述。2 M/T“GAGARMAYANG”转叶式舵机转舵机构和液压系统2.1 M/T“GAGARMAYANG”舵机概况及主要参数M/T“GAGARMAYANG”舵机型号是Rolls-Royce Tenfjord SR
10、723-FCF(SR: Spherical Rotary; FCP:Frequency Controlled Pumps),采用球型转子的转叶式舵机。为满足造船规范要求,本舵机分别有两套独立的动力单元和控制单元,实现互为备用,也可以同时工作。可保证一台泵组出现故障后,迅速自动隔离,另一台泵组能正常工作4。转舵机构参数舵机型号: SR723FCP最大工作压力: 125bar设计压力: 156bar最大扭矩: 412KNm试验压力: 234bar舵杆直径: 320mm最大机械舵角: 244电气限制舵角: 243运行时间1台泵/2台泵: 28s/14s(30 035)安全阀设定压力: 156bar液
11、压油泵参数型号: FCP75安全阀设定压力: 125bar试验压力: 188bar变频电机参数型号: NORM IEC 160LB4速度: 1450rmp额定压力: 17,5KW(SI)电压: 3380V,50HZ保护等级: IP552.2 球形转舵机构结构特点如图2所示,M/T“GAGARMAYANG”舵机的转舵机构设计成球形,转子和转叶做成一体,转子上的密封件由做成一体的合成材料构成,这样的结构使转舵机构能够承受或吸收较大的震动和冲击。三个转叶在环形油缸内带动舵杆以恒扭矩转舵。球形转子使内摩擦力降低到最小,同时消除了舵杆可能弯曲而引起对转舵机构的附加作用力。舵杆1安装于转舵机构中央位置。轴
12、套3与舵杆接触的内表面是圆柱形,外表面是锥形,它与转子内孔的锥形面相配合。转子与舵杆之间的转舵力矩是靠轴套的静摩擦力传递的。转舵机构与变频电机由螺栓紧固在一起,结合面安装密封环保证液压油不会泄露。转子安装在壳体内部,在转子和壳体上下部结合面处安装有轴承。下轴承承担转子、舵杆及舵叶的重量以及转舵时所产生的力,轴承由液压油进行润滑。转子和壳体中部形成液压油环形空间,三个定子和三个转叶将其分隔成六个空间。另外,转子和壳体之间安装密封装置,对液压油空间密封,允许少量油泄露润滑轴承。转子伸出壳体处有上下密封装置,防止液压油向外漏泄。图2 球形转舵机构结构图1舵杆;2转子;3轴套;4电机上壳体;5电机下壳
13、体;6下轴承;7上轴承和舵杆上部密封;8下部密封;9转子壳体密封;10安装轴套注油孔;11吊环;12安装活塞;13阀块;14过滤单元2.3 液压系统工作原理1)液压回路如图3所示。当驾驶台发出转舵信号时,通过变频器控制双向泵的转向和排量。同时,二位三通电磁阀有电,阀工作于左位,逻辑阀内的控制油卸荷,阀门打开。油泵输出的压力油经过单向阀、逻辑阀进入转舵油缸。而对应的转舵油缸的回油通过逻辑阀、溢流阀、回油滤器和单向阀到达油泵吸口。实际舵角与转舵指令相符后,油泵停止运转,二位三通电磁阀失电,工作于左位,逻辑阀关闭,锁闭油路,舵叶停留在所要求的舵角。2)液压系统中各装置和阀件的功能分析逻辑阀7实现油路
14、的锁闭功能。当实际舵角达到转舵指令舵角以后,电磁阀失电,工作在左位,液压油经过控制单向阀、电磁阀到达逻辑阀芯加压使阀芯锁闭,基本功能相当于液控单向阀。在舵叶停止转动后,若有大浪或其他外力冲击,安全阀9会因管路中油压高于调定值(M/T“GAGARMAYANG”此阀设定值是156bar)时开启,使高压油腔与低压油腔旁通,以避免管路和液压元件承受过高压力,允许舵叶暂时偏让而“跑舵”;当冲击舵叶的外力消失后,由于实际舵角偏离指令舵角,电机重新启动,直至舵转回到与指令舵角相符为止。安全阀9亦称防浪阀。溢流阀5在此系统中两个为一组,在工作的时候,油泵出口的溢流阀作安全阀使用,当出口压力超过调定值(M/T“
15、GAGARMAYANG”此阀设定值是125bar)时阀开启,防止液压元件受到冲击。油泵吸口处溢流阀作单向阀使用。图3 Tenfjord SR723泵控型舵机液压系统原理图1转舵机构;2双向泵;3变频电机;4单向阀;5溢流阀;6二位三通电磁阀;7逻辑阀(插装阀);9安全阀;10储油柜;11手摇泵;12高置油柜;13供液三通阀;14控制单向阀高置油箱有油位计显示油箱油位。油箱中间有一隔板将油箱分为两部分,另外两边分别安装传感器监视两边油位。当一套动力单元漏油将不会干扰另一台动力单元的正常工作。高置油箱出来的液压油左右两路作用是:一是向闭路液压系统中补油;二是当逻辑阀卸荷打开时控制油回到高置油箱。同
16、时中间一路进入转舵机构的低压腔。正常情况下油位过低会表明系统中有泄漏的发生,应及时查清故障并排除。当高置油柜缺油时,可用手摇泵及时从储油柜中向油柜补油5。2.4 舵杆和转子安装方法 M/T“GAGARMAYANG”舵机舵杆与转子的安装采用了SKF机理(Hydraulic Shrink Fit principle),基于SKF机理的液压联接器将舵杆和转子紧固在一起,他们之间无键连接,提供了一种安全可靠的安装方法,且安装和拆卸方便,无需使用大型工具。此种安装机理还常用于螺旋桨和轴系之间的无键连接,以达到过盈配合。2.4.1 安装前的准备在安装之前,首先查看转子机构、轴套和安装活塞等是否拥有相同序列
17、号。轴套、安装活塞、转子内面和舵杆需经过彻底的清洗、去脂和检查。小的沟槽可能会导致液压油泄露,接触表面无法建立有效的油膜,产生拉痕达不到舵机正常的工作要求。经过仔细检查以后,打磨、清洗和润滑轴套外表面。2.4.2 安装步骤首先,舵杆应处于一正确的高度,保证其对中,用链条机构将其固定并锁住。把安装活塞安装(其内有螺纹)在锥形轴套上,并用安装活塞上的吊环吊起该组件。再次检查舵杆和轴套接触面保证其表面没有任何润滑剂。然后,使轴套进入舵杆并慢慢向下安装直至距离基座下端150mm,用钢板将轴套进行支撑,停止安装,并卸下安装活塞。(如图4所示)然后,用润滑油涂于转子内孔上,并把转子悬挂于舵杆上部,使二者的
18、中心线尽可能对中。再慢慢往下放,在转子内孔和锥形轴套稍有接触时停止下放,此时绝对不允许转子的所有重量坐落在锥形轴套上面。用MoS2(钼合金,一种良好的固体润滑剂)润滑轴套和安装活塞上的螺纹,并安装O-ring圈到轴套上部的槽内,保证下一操作的密封效果。再把安装活塞安装到锥形轴套上,且上紧至规定值。同时确保O-ring圈良好的状态防止在安装过程中的扭曲。然后,取消支撑锥形轴套的钢板。此时,转子仍然处于悬挂状态。图4 舵杆和轴套安装图最后安装注油泵和安装泵,尽可能提供说明书指定的液压油,并按顺序提高油压,使轴套和转子相对运动,直至规定的安装尺寸。作业过程中,注油泵和转子上的A口用高压油管相连接,这
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