减摇鳍原理及系统图文稿.docx

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减摇鳍原理及系统图文稿

集团文件版本号：

（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

减摇鳍原理及系统

轮机工程学院

内容摘要

摘要：

本文主要介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置液压系统的工作原理，包括液压系统的各部件的结构和工作原理；以及液压系统各工作油路的工作过程，如减摇鳍叶片收放油路，减摇鳍叶片倾斜油路和减摇鳍的伺服油路。

在文章的最后也介绍了“育鲲”轮减摇鳍装置的日常管理要点。

关键词：

液压系统叶片收放油路叶片倾斜油路伺服油路日常管理要点

ABSTRACT:

Thisthesisexplainstheworkingprincipleofthehydraulicsystemofthestabilizingsystemin“YUKUN”,whichincludestheconstructionandworkingprincipleofthecomponents;theworkingprocessofhydrauliclinesinthesystem,suchasfinhousingandextending,fintiltingandservicehydrauliclines.Thisthesisalsosummarizessomeservicesandmanagementsofstabilizingsystem.

KEYWORDS:

hydraulicsystemhouseandextendhydrauliclinefintilthydrauliclineserviceline

“育鲲”轮减摇鳍液压系统的工作原理和日常管理

1前言

众所周知，舰船在风、流、浪的作用下产生横摇、纵摇、首尾摇、升沉和纵漂六个自由度的运动。

其中，尤以横摇最为剧烈，对舰船航行安全和船上工作人员及设备影响最大。

减摇鳍装置就是以减小船舶在航行中横摇为目的而装备的一种特种设备。

减摇鳍装置是由执行机构、液压系统和控制系统三部分组成的。

其中液压系统在减摇鳍装置中起着承上启下的作用，它将微弱电压量代表的舰船横摇信号（通常是横摇角、横摇角速度、角加速度），经电压放大和液压放大之后，由液压驱动机构使鳍回转。

液压系统的品质好坏，直接影响着减摇效果。

虽然减摇鳍装置在装船使用前都经过严格的台架试验、系泊试验和航行试验，以保证装置有效、可靠地运转。

但实际运行中仍难免时有故障发生，特别是液压系统，在其运行的初期和经长时期运行的后期，故障率往往都比较高，产生故障的原因有常常是机、电、液等各因素交织在一起。

所以我们要加强对减摇鳍装置的日常管理。

2减摇鳍装置的执行机构

减摇鳍装置的执行机构主要包括叶片回笼和延展执行机构和叶片倾斜执行机构。

它们分别构成了叶片回笼和延展以及叶片倾斜操作的基础。

2.1减摇鳍装置的叶片回笼和延展执行机构

图2-1叶片回笼和延展执行机构结构图

叶片的回笼和延展是通过回笼和延展致动器实现的，致动器与回笼和延展杠杆连接。

如上图所示，当液压油进入油缸时，当使杠杆收回到油缸时，叶片将延展；当液压油将杠杆推出油缸时，叶片将回笼。

致动器有一个内置式线性传感器，控制系统用这个传感器来持续监测叶片的回笼和延展状态，确定叶片何时处在回笼和延展位置。

还有一个SOLAS近距开关，可以向SOLAS面板发送信号。

油缸的两条输入线上都连接有补偿阀，防止叶片在回笼或延展位置上有任何运动。

2.2减摇鳍装置的叶片倾斜执行机构

图2-2叶片倾斜执行机构结构图

叶片倾斜驱动机构由液压致动器、舵柄、连接装置和两只销钉构成。

连接装置通过一只销钉与致动器连接，通过另一只销钉与舵柄连接。

销钉在管衬中旋转，管衬通过过盈配合固定在杆端和舵柄上。

舵柄有一个内置键，用栓钉固定在叶片轴上。

如上图所示，当液压油进入油缸使得活塞杆向下移动时，叶片轴将顺时针旋转，从而带动叶片前端向下转；当液压油进入油缸使得活塞杆向上移动时，叶片轴将逆时针旋转，从而带动叶片前端向上转。

3减摇鳍装置液压系统工作原理

“育鲲”轮减摇鳍液压系统是一套“电---液随动系统”。

随动系统接收控制器信号，完成信号的功率放大，驱动鳍跟随控制信号运动，随动系统能“快速、准确、稳定”的工作，使鳍角跟踪控制信号。

工作流程图如图3-1所示：

图3-1减摇鳍系统组成

液压系统回路按照各自实现功能不同，主要分为叶片收放油路、叶片倾斜油路、伺服油路。

另外为安全起见，系统还设置了一个应急收放鳍回路和手动回路。

3.1减摇鳍装置的液压系统组成

液压动力单元主要包括如下部件：

液压油供应灌，主泵和应急泵/发电机设备组，集油管板，控制阀、油冷却器和过滤器等部件。

3.1.1供油罐

液压油供油灌（元件31）既是储油装置，又是液压系统/设备的基础结构。

供油灌为长方形，一端有一个大直径入口，可供组装和维修工作使用。

放泄阀（元件33）和油冷却器（13）安装在灌底，其他所有元件和设备都安装在灌顶板上。

检测量油尺（元件30）的刻度，即可检测灌内的油位高度。

低油位可以被电磁垂直水平开关（37）自动检测到，发出警告信号。

高温可以被热调节开关检测到，发出警告信号。

通过供油灌顶的注油/通气口可以为灌内注油，使油位增高，也可以注入新过滤的液压油。

3.1.2主泵和发动机设备组

主泵和发动机设备组（元件16，18和20）由液压油泵（元件16），三相鼠笼式同步电机（元件18）和一个卸荷阀（元件20）组成。

发动机通过活动耦合为泵提供动力；泵的出口连接旁通阀。

液压泵是一种定量双联叶片泵，即一个泵壳内有两个独立的泵单元（即叶片盒）。

泵有一个共同的抽吸管路，两条独立的输出管路。

泵盒的流量分配使得大流量单元的流量是小流量单元流量的4倍。

除稳定操作外，在启动及所有其他操作中，高流量单元都在卸载。

这使得发动机可以在最小负载状态下启动。

由于低流量单元流量较小，这也使得回笼和延展操作以及叶片对中操作减速进行。

3.1.3油路板/集油管板

油路板（元件1）里面有叶片控制所需的全部阀门。

油路板通过止回阀（元件14和元件15）将来自主泵和应急泵的液压油送到一个共同的压力管路，并通过多个出口流出。

其中一路到达电液比例阀（元件7）；一路到达减摇鳍收放阀（元件5）。

共同的压力管路端部有一个手动截止阀（元件28）和压力机（元件27）。

共同的压力管路通过补偿阀（元件10）和负载感应旁通阀（元件29）和回油管路相连。

回油进入一个类似的共用压力管路，它使所有从系统回流的压力油通过油冷却器和回油过滤器后回流油箱。

图3-2“育鲲”轮减摇鳍液压系统原理图

1-集油管板；2，34-梭阀；3-双联平衡阀；4-测试接头；5-收放鳍控制阀；6-顺序阀；7-比例控制阀；8，33-截止阀；9-双向安全阀；10-负载补偿阀；11，14，15-单向阀；12-回油滤器；13-油冷却器；16，17-液压泵；18，19-电动机；20-卸荷阀；21，32-阻尼孔；22-负载传感换向阀；23-安全阀；24-超越控制销；25-盲板；26-测试接头；27-压力表；28-压力表阀；29-负载感应旁通阀；30-液位测量杆；31-油箱；35-空气滤清器；37-液位温度指示器

3.2减摇鳍装置叶片收放油路的工作原理

3.2.1减摇鳍装置叶片收放油路的重要部件介绍

减摇鳍装置的收放油路中的重要部件有：

收放鳍控制阀和双联平衡阀。

收放鳍控制阀（元件5）实际上就是按钮式电磁换向阀，从系统图03上可以看出它的中位机能属于Y型中位机能，也就是说在中位时，C和D油路可以通过它进行卸荷。

之所以选择Y型的中为机能，是因为这样它可以配合双联平衡阀实现放浪冲击叶片的功能。

因为它是按钮式电磁换向阀，所以它的阀芯的移动可以通过电磁力控制，即电磁线圈的通电与否；也可以同过人力，即通过按动按钮。

手动式的操纵该阀是一种在应急情况下操纵的方式。

平衡阀也称为单向顺序阀，它是由一个单向阀和一个顺序阀并联而成，本系统中采用双联平衡阀，即从每个平衡阀的进油管路上分出一支油路，作为另一平衡阀的控制油路，如系统图03所示元件3.

本系统中采用双联平衡阀（元件3）的目的是：

（1）当上图中一个平衡阀通过自身的单向阀进油时，由于进油管路同时作为另一平衡阀的控制油路可以使另一平衡阀打开使油缸的油通过该阀，从而实现活塞在油缸内的移动，反之亦然。

（2）当图中的两根管路都不进油时，两个平衡阀由于控制油路没有油压而处于关闭状态，从而使执行机构锁闭。

保证叶片在受到外力时还可以保持原位。

（3）与收放鳍控制阀（元件5）一起实现防止海浪冲击叶片的作用，例如：

当收放鳍操作执行完毕以后，双联控制阀（元件3）执行锁闭功能，即使叶片保持原位，如果此时叶片受到较大风浪冲击，从系统图03中我们也可以看到，此时油缸和平衡阀相连的油路中必有一条处于高压状态，而每个平衡阀（元件3.1和3.2）又有一根控制油路是从上述油路中引出的，此时，相应的控制油路会打开相应的油路，使高压油路卸载，液压油可以通过收放鳍控制阀（元件5）回到油箱。

3.2.2减摇鳍装置叶片收放油路的工作过程

减摇鳍装置的收放油路主要有收放鳍控制阀（元件5）、双联平衡阀（元件3）和收放鳍液压缸组成。

液压泵在电动机的带动下将从供油罐中吸油，此时，大流量供油单元流出的液体将通过卸荷阀（元件20）返回供油罐，只有小流量供油单元排除的液体通过止回阀（元件14）排到油路板的压力管路。

当执行放鳍操作时，收放鳍控制阀（元件5）右边电磁线圈通电，油路平行通，油流通过平衡阀（3.1）的单向阀流入收放油缸的环形区域（左侧），将活塞杆推回，同时，控制油流打开平衡阀（3.2），使油流回到油箱。

当活塞到达最右端时，放鳍操作执行完毕。

当执行稳定操作时，收放鳍控制阀（元件5）两侧的电磁线圈都不通电，油路被隔断。

当执行收鳍操作时，收放鳍控制阀（元件5）左边电磁线圈通电，油路交叉通，油流通过平衡阀（3.2）的单向阀流入收放油缸的整个区域（右侧），将活塞杆推出，同时，控制油流打开平衡阀（3.1），使油流回到油箱。

当活塞到达最左端时，收鳍操作执行完毕。

3.3减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作原理

3.3.1减摇鳍装置叶片倾斜油路的重要部件介绍

减摇鳍装置的叶片倾斜油路的重要部件包括：

比例控制阀（元件7）、双向安全阀（元件9）。

双向安全阀（元件9）实际上是两个安全阀并联在A和B油路上，当两条油路中的任意一条高于限定压力时，两个安全阀中相应的有一个会打开，从而使A和B油路连通，使液压油从高压油管流向低压油管。

这样便可以有效地防止A和B油路因出现高油压而导致的危害。

系统中还设置了手动旁通阀（元件8）。

当关闭时，A和B管路中的最高油压受双向安全阀（元件9）的设定值所控制，系统处于正常工作状态。

当手动旁通阀（元件8）开启时，由系统图01可得出，单向阀（元件11）的一条油路直接与油箱相连通，在这种情况下双向安全阀（元件9）的设定值为0，也就是说A和B管路处于连通状态。

这种情况只有在检修液压管路时使用。

减摇鳍装置的叶片倾斜油路的另一个重要部件就是比例控制阀（元件7）。

比例控制阀的主要作用就是使控制的流量与输入的电信号成比例的变化，从而可以实现叶片倾斜角度随电信号的不同而变化的目的。

可以说它是连接检测船舶横摇系统和液压控制系统的枢纽。

比例阀主要有一个导阀和一个主阀构成。

导阀阀芯的开度是靠电磁力大小控制的，导阀的中位机能为Y型，这样可以保证当导阀的两个电磁铁都不通电时，进入主阀的控制油可以通过导阀卸掉，这样主阀便会在对中弹簧的作用下稳定在中心位置。

如果两个电磁铁中的任何一个通电，即可移动导向滑阀，然后，引导控制油从内部进入主滑阀的某一端压力腔，并移动主阀，移动的距离与控制油流的流量成正比。

主阀的中位机能为○型，这样可以保证当阀芯处于中位时可以锁闭油路，从而使叶片倾斜角度保持不动。

图3-3电液比例控制阀的组成

如图3-3所示，输入的电信号来自检测船舶横摇程度的系统，输入的电信号进入比例放大器进行放大，然后经放大的信号进入电气-机械转换器，在本系统中实际上就是一个比例电磁铁，由于比例电磁铁产生的力使得先导级阀产生一定的开度，从而使通过先导级阀的流量与电信号成比例的变化，从先导级阀流出的液压油进入到功率级主阀，使得主阀产生一定的开度，该开度与进入主阀的控制油的油量而变化，最终使得通过主阀的液压油流量与输入的电信号成比例的变化。

3.3.2减摇鳍装置叶片倾斜油路的工作过程

当输入电信号使得比例控制阀的导阀的左侧线圈通电，导阀交叉通，控制油进入主阀的右侧，从而使主阀平行通，液压油便通过主阀进入到A油路中，然后进入转鳍液压缸的左侧腔室，转鳍液压缸的右侧腔室与油箱连接卸载，活塞在油缸中右移，抬升（或降低）叶片。

反之则降低（或抬升）叶片。

当比例电磁阀的导阀两侧线圈都不通电的时候，没有液压油进入主阀，主阀阀芯保持中位，对进出转鳍液压缸的油路进行锁闭。

使叶片保持原来位置。

3.4减摇鳍装置伺服油路的工作原理

伺服油路顾名思义就是一些为主油路服务的油路，它们辅助主油路实现一些安全保护，流量调节以及自动控制等功能。

在减摇鳍液压系统中实际上有两路关键的伺服油路：

一路是供给比例控制阀（元件7）的控制油路，另一路是供给负载感应器（元件34）和三门补偿阀（10）的控制油路。

3.4.1控制比例阀的伺服油路

供给比例控制阀（元件7）的控制油路的液压油流程：

从液压泵（元件16）的小流量供油单元和应急泵出来的液压油分别流向梭阀（元件56），从梭阀流出的液压油直接到达比例控制阀的导阀进口。

梭阀的作用是选择不同的油源去供给控制比例阀（元件7），正常情况下，控制油从泵的小流量单元供给；在应急情况下，控制油由应急泵供应。

3.4.2负载感应器和插装补偿阀的伺服油路

负载感应/插装补偿阀组（元件10、22和29）作为一个负载感应器和安全阀而独立工作。

当与定量泵（元件16和17）一起使用，插装补偿阀（元件10）是一个可变安全阀；当和比例控制阀（元件7）一起使用时，插装补偿阀（元件10）是一个负载感应器，它分流来自泵的流量，其比例要视比例控制阀（元件7）的开度而定：

比例控制阀零开启----油流量全部流过插装补偿阀（原件10）；比例控制阀完全开启----流过插装补偿阀的（元件10）的流量最小（或者为零）。

这种功能是重要的，因为它决定着补偿阀的最小设定值。

假设泵的流量为100L/min。

如果叶片倾斜速度最多需要90L/min，为了实现要求的倾斜速率，就必须将插装补偿阀（元件10）上调，直到流过它的流量小于10L/min。

假设这种情况在某一压力水平（比如1.5MPa）下发生，那么这个值就是整个循环回路的基本设定值。

在减摇鳍执行叶片收放过程中，负载感应隔离阀（元件22）不通电，泵的输出压力和负载压力可以传递到插装补偿阀（元件10）盖上的溢流阀（元件29）。

随着压力不断曾加，直到油压强行打开溢流阀（元件29），使插装补偿阀（元件10）顶部控制油通油箱，使泵卸荷，这时，溢流阀成为减摇鳍系统的安全阀。

在减摇鳍执行叶片倾斜过程中，负载感应隔离阀（元件22）通电，负载感应功能生效。

无论哪一个倾斜柱塞受到的压力更大，该压力会通过梭阀（元件34）传递到补偿阀盖上的溢流阀（元件29），并控制插装补偿阀（元件10）顶部的控制油压。

在基本设定压力和负载感应压力的作用下，插装补偿阀（元件10）盖上的溢流阀（元件29）即可开启，压力管路通油箱，泵卸荷。

（如何实现流量按比例进行分配负载感应隔离阀什么时候通电）

4减摇鳍装置液压系统的日常管理要点

4.1常规检查项目

（1）平时多注意设备正常运转时的声音；

（2）观察油液状况，如泡沫太多或油液浑浊，应视为故障处理，停机检查；

（3）观察设备是否有漏油、渗油现象；

（4）检查设备是否过热。

如发现温度已高至用手不敢触摸，应视为故障，立即停机检查；

（5）确保设备动作范围内无任何障碍物；

（6）观察鳍转动是否正常；

（7）观察系统的油压力是否在正常的范围内。

4.2定期保养项目

（1）运转100h后，检查所有安装螺栓和内六角螺钉是否松动；

（2）检查驱动连接和管道连接；

（3）及时将检修操作后设备上的残油全部擦拭干净，方便以后判断系统是否漏油；

（4）定期清洗和更换滤器元件；

（5）定期对泵外壳泄油进行检查，可判断出泵性能是否已经变差；

（6）保持设备清洁，油缸活塞杆等运动部件外伸部分表面涂润滑脂；

（7）执行机构各油杯润滑部分，应保持油杯内有润滑脂，按要求，注意润滑脂种类的选择。

（8）油箱里的液压油每两年化验一次理化指标，如不符合改液压油的理化指标，应换新油。

加新油时，应经10μm过滤器往油箱加油，加入新油后，应拆下伺服阀，换上清洗板，对油液进行循环式过滤，过滤时间不少于30h。

5结束语

减摇鳍装置作为减少船舶横摇最有效的装置之一，随着科技的发展，船员对工作环境舒适性的要求会逐渐的提高，这样更高质量的减摇鳍装置必然会应运而生。

目前减摇去装置一般都是采用电----液随动系统，即电动的控制系统和液压的伺服系统。

而目前液压伺服系统的技术已经很成熟，也很完美。

无论是采用阀控型还是泵控型的液压伺服系统都可以准确的将电信号转换为液压信号，进而去驱动执行机构，实现船舶的减摇效果。

而减摇鳍的电动的控制系统还有很大的发展空间，比较传统的控制方法有比例控制，PID控制和最优控制。

这些控制方法在特定的船舶参数和特定的使用工况下，可以使减摇鳍装置具有满意的减摇效果，但当船舶的横摇阻尼和横摇周期发生变化时，或当浪向船舶航行的夹角发生变化时，这三种方法就不能让人满意了。

因此一些新的控制方法就诞生了，例如：

自适应控制，单神经元控制等。

相信在不远的将来，新的控制方法会用到减摇鳍装置上。

6参考文献

（1）“育鲲”轮减摇鳍装置说明书

（2）《船舶液压系统设备原理及维修技术》陈海泉

（3）《船舶辅机》