“育鲲轮”首侧推原理及螺距控制无响应故障分析报告 - 图文

项目研究报告 “育鲲轮”首侧推原理及螺距控制无响应

故障分析报告

内容摘要

摘要: 育鲲轮采用BRUNVOLL公司FU-45-LTC-1375型首侧推，该侧推为电力驱动

液压伺服变距式。本文介绍了装置的各组成部分和功能，特别是对电机启动和液压伺服系统原理做了详细分析。侧推器发生螺距控制无响应故障，根据故障的现象，结合装置的工作原理，经过分析排查最终找到了故障的原因。根据理论分析和实际测量排查的结果，采取了有效措施消除了故障。最后根据侧推器的特点，提出了日常维护和故障排查方法的建议。

关键词：侧推器 电力推进 液压伺服 螺距控制 螺距指示

ABSTRACT: M∕V Yukun is equipped with a FU-45-LTC-1375 Brunvoll bow

thruster. The thesis explains the main parts consisting the thruster and their function, especially makes the multianalysis to the electrical driving systerm and hydraulic servo systerm. The trouble of non-response to the pitch control occurs to the thruster. According to the trouble, centering on the principle of the installment, and following analysis and investigation, fanally the thesis find the reason to the trouble. According to the theretical analysis and the results of practical measurement, the thesis remedies the trouble by effective measures. At last, the thesis summarizes some suggestion of the maintenance and trouble investigation.

Keywords: thruster electrical driving hydraulic servo pitch control

pitch indicating

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项目研究报告 目录

1 “育鲲”轮首侧推装置的工作原理 ........................................................................................... 2

1.1 “育鲲”首侧推装置各部分组成及其功能 .................................................................... 2

1.1.1 指令单元 ................................................................................................................. 2 1.1.2 总控制单元 ............................................................................................................. 4 1.1.3电力驱动单元 .......................................................................................................... 4 1.1.4 液压伺服单元 ......................................................................................................... 6 1.2“育鲲”首侧推控制原理 .................................................................................................. 8

1.2.1 启动条件 ................................................................................................................. 8 1.2.2 螺距控制 ................................................................................................................. 9 1.2.3 系统监视报警 ......................................................................................................... 9 1.3“育鲲”轮首侧推的使用 ................................................................................................ 10

1.3.1侧推器启动 ............................................................................................................ 10 1.3.2 侧推器随动操纵 ................................................................................................... 10 1.3.3 应急、手动操纵 ................................................................................................... 10 1.3.4 操纵位置的转换 ................................................................................................... 10 1.3.5侧推器停机 ............................................................................................................ 11

2 “育鲲”轮侧推器螺距控制无响应故障分析 ......................................................................... 11

2.1 侧推器螺距控制无响应故障现象 .................................................................................. 11 2.2螺距控制无响应故障原因分析 ....................................................................................... 11

2.2.1指令单元故障 ........................................................................................................ 12 2.2.2 液压伺服机构没有得到控制信号 ....................................................................... 12 2.2.3 液压伺服机构失效 ............................................................................................... 12 2.2.4 反馈单元没有反馈信号 ....................................................................................... 13 2.2.5螺距指示器损坏或没有得到指示信号 ................................................................ 13 2.3 故障的排除和处理 .......................................................................................................... 13 3 总结............................................................................................................................................. 14

3.1电气故障： ....................................................................................................................... 14 3.2机械故障： ....................................................................................................................... 14

项目研究报告

“育鲲”轮首侧推原理及螺距控制无响应故障分析

随着现代航运事业以及造船新技术的快速发展，船舶也走向大型化，智能化。而对于船舶越来越高的机动性能要求，侧推装置在船上的应用越来越广泛。侧推装置大大增强了船舶的机动性，船舶在做靠离码头或穿越狭窄水道等机动航行时安全系数显著提高。

侧推器有柴油机、电力、液压等驱动方式，配合定距桨或液压伺服变距桨组成推进单元。“育鲲”轮首侧推育鲲轮的首侧推装置是由电力推进配合液压伺服变距螺旋桨组成。侧推由大功率恒速电机驱动，螺旋桨螺距控制基于比例换向阀和变量液压泵，并通过PLC进行随动控制。装置如果有线路浮接，仪表损坏，测量电位器失效等电气故障；液压阀件卡阻等机械故障都会引起螺距控制无响应的现象。

1 “育鲲”轮首侧推装置的工作原理

图1. “育鲲”首侧推系统

1.1 “育鲲”首侧推装置各部分组成及其功能

如图1.“育鲲”首侧推系统所示，侧推装置有四大部分组成：指令单元、总控制单元、电力驱动单元和液压伺服单元。指令单元发出控制命令，反馈器将反馈信号传给总控单元，总控单元经比较分析输出控制信号控制驱动单元的启停和液压伺服单元动作。

1.1.1 指令单元

指令单元即驾驶台控制面板，在驾驶台操控台上有主控制面板，左右两翼有辅助控制面板。在控制面板上可以遥控进行侧推器的起、停，螺距的控制，操纵地点的转换等功能。

如图2. 制面板装配图（局部）所示，主控制面板上有驱动电机起停控制开关、操纵地

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点转换开关、螺距指示器、螺距遥控手柄、应急控制开关等元件。辅助控制面板上则只有地点转换开关、遥控手柄和停止开关。

图2 主控制面板装配图（局部）

1侧推器起动开关 2起动指示灯 3主开关 4侧推器停止开关 5应急转换开关 6手动螺距控制开关 8操纵地点转换开关 9螺距控制手柄 11指示灯试验开关 12蜂鸣器 13报警灯组 14消音按钮

操纵地点转换开关，可以将控制权在开关之间转换，主控制面板上有操纵地点指示灯可以指示是由哪个面板在控制。

操控手柄连接电位器，手柄带动触点滑动，外部接有±15V直流电源。手柄位于零位时，触点在电阻的中点，输出电压为零。移动手柄，输出电压信号，大小反映指令值的大小，左舷0%到100%螺距对应输出0到﹣10V电压，反之右舷0%到100%对应输出0到10V的电压，这个指令信号经电路传给总控单元的PLC模拟量输入模块PCD4.W100。

控制面板上的“PITC MANUAL”按键按下时可将控制模式转为应急操纵。此时按下 “←”、“→”按键将控制电源直接供电给比例换向阀的左推、右推控制电磁阀，可直接改变螺距的大小。

各控制面板的螺距指示器是串联在一起的电流表，PLC输出指示电流信号，指针转动指示螺距实际值。

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1.1.2 总控制单元

总控制单元在驾驶台，是一个电子控制箱，主要组成是电源、PLC、系统调试装置、执行继电器等。总控单元接收指令和反馈信号，在内部经过计算放大，然后输出信号控制液压伺服单元动作改变螺距，同时接收侧推系统的状态信号，有异常时及时发出声光报警，实现控制和监视功能。

PLC是控制单元的核心，由电源模块、CPU处理器模块、程序存储卡、模拟量控制模块、独立输出模块、数字量输入输出模块组成。电源模块为PLC各工作模块供电，其上有指示灯显示电池的工作状态，程序存储内部存有侧推系统控制和报警程序，模拟量控制模块即螺距控制模块在育鲲侧推器中用来控制螺距的随动操作。

如附图1. PLC指令反馈及显示接线图所示，螺距控制模块PCD4.W100的（0、1）端子为螺距指令输入端子，（2、3）为螺旋桨螺距反馈信号输入端子，（8、9）为螺距指示输出端子，（12、13）和（14、15）都是螺距控制信号输出端子。随动操作时螺距指令由（0、1）端子进入PLC，螺距反馈由（2、3）端子进入PLC，在内部进行比较计算放大然后在（8、9）端子输出螺距指示信号，（12、13）或（14、15）端子输出螺距控制信号到BOSCH模块控制比例换向阀动作从而改变螺距。

1.1.3电力驱动单元

如图1.首侧推系统图所示，电力驱动单元由电力驱动控制箱，驱动电动机和起动变压器组成，该单元为侧推装置提供原动力。

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图3. 电控箱控制电机的启动停止，对电机进行过载等其他连锁保护，记录电机工作时间等。电动机是采用ABB公司的M2CA 355 LB 4型电动机。参数如下：额定电压380V，额定频率50Hz，额定功率450Kw，额定转速1485r/min，满负荷电流882A。电动机为短时工作制，

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电动机降压启动原理图

连续工作时间不得超过30分钟。由于电动机的额定功率较大，育鲲轮采用轴带发电机单独供电或三台主发电机联网供电，启动前必须向机舱发出功率重载询问。

如图3. 电动机降压启动原理图所示，当侧推重载询问允许，螺旋桨螺距为零，伺服油泵已启动，自动停机复位等条件满足，连锁开关闭合时才可以启动电机。

在电机控制箱或驾驶台主控制面板按下启动按钮，K81继电器得电，因K78、K73继电器无电，接触器K1得电，主触点闭合，将变压器的三个绕组接成星形。同时辅助触点闭合使K2得电，主触点闭合，变压器通电，输出较低的启动电压，电动机启动并加速。同时K2辅助触点动作，使延时继电器K78，K79得电。K79得电闭合使K72自锁。K78经过设定的延时时间55、56触点断开，K1失电，使得延时继电器K77得电，经0.5秒延时触点闭合，K73接触器得电，主触点闭合，电动机全电压加速直到达到额定转速，计时器开始计时。K73得电后K78、K79失电，经过延时后57、58触点断开K72失电，变压器被切断。K73得电时71﹑72触点断开，防止电机运行时K71得电，同时51﹑52，61﹑62触点断开，加热电阻停止加热。在K1失电K3的电前，K2保持0.5秒单独有电，是保证启动过程中电机持续有电源。

1.1.4 液压伺服单元

如图1.侧推器系统图所示，液压伺服单元包括伺服控制箱、液压伺服泵站、螺距反馈装置、重力油柜等部件。液压系统为侧推装置提供伺服油压，在控制单元作用下改变变距桨的螺距，润滑冷却传动轴系，并保证推进装置密封良好。

如图4. 液压伺服系统图所示，系统的油泵是单作用式的变量叶片泵，有自动调节流量的装置，当泵的排出压力小于设定值时泵以最大流量工作；当泵的排出压力大于设定值时流量调节装置将泵的流量降为零。因此系统中比例阀开启时泵工作在最大流量，比例阀关闭时泵的流量变为零进行空载运转，这有利于节约功率，并延长泵的工作寿命。

阀5为比例换向阀，该阀是电磁三位四通阀，开度可以调节，中间位锁闭油路。换向阀工作时根据控制信号左或右位通，使液压油反向流动以改变螺距方向；根据控制电流的大小，改变开度，通过改变伺服液压油的流量对螺距进行调整。

伺服油缸19是双作用式，工作时一侧通压力油另一侧泄压，油缸在压力差作用下移动，带动叶片转动，从而改变螺距。

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Low level alarm 3Fill leveloil level eyes 21CAE4Filter alarm(optional)Low press. alarm6Temp. indicatorHigh temp. alarm17S18S2L15C16AES1181211101397Gravity tank5Drain valves to beinstalled at a pointeasily acessible泄放阀M14Hydraulic Power Unit液压动力装置HKBS2Thuster Unit侧推装置本体19WARNING!Shut off valves,marked withdiagram, must always be openwhen running pump.

图4. 液压伺服系统图

1.重力油柜 2.油位观察镜 3.低油位报警开关 4.齿轮箱补油阀 5.电磁比例换向阀 6.压力释放阀 7.低油压报警开关 8.滤器报警开关 9.单向阀 10.滤器 11.单向阀 12.滤器 13.单作用叶片式变量泵 14.电动机 15.单向阀 16.油泵补油阀 17.温度传感器 18.侧推装置本体 19.伺服油缸 A.轴封补油管 C.油泵补油管 E.齿轮箱补油管 S.伺服油缸进回油管 H.齿轮箱泄油阀 K.放气阀 B.轴封泄油阀

反馈装置内有电位器，两端外加±15V直流电源，伺服活塞移动改变螺距时通过机械联动机构带动反馈器的轴转动，轴上的滑动触点在电位器上滑动从而检测到实际螺距信号。反馈器中有三个限位开关，由弹簧将滚轮压在转动轴上，当螺距达到零位或左右最大值时向PLC发出极限位置信号。

侧推器启动之前必须先启动伺服油泵建立起足够的伺服油压，若将油泵转到遥控位置，主控制面板上“MAIN SWITCH”闭合，泵将自动启动。油泵转动，没有螺距控制信号时比

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