MAG-1A型電子調(diào)速器故障分析

安 驥，徐 浩，王 祺，董羽豐

（上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306）

MAG-1A型電子調(diào)速器故障分析

安 驥，徐 浩，王 祺，董羽豐

（上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306）

通過(guò)對(duì)MAG-1A型電子調(diào)速器的系統(tǒng)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)維修過(guò)程，推斷出故障的主要原因，并對(duì)其進(jìn)行具體分析?？偨Y(jié)出軸承的損壞導(dǎo)致了電機(jī)振動(dòng)增大進(jìn)而產(chǎn)生一系列的故障，最終使驅(qū)動(dòng)電路損壞。同時(shí)，對(duì)MAG -1A型電子調(diào)速器的實(shí)船應(yīng)用提供了相關(guān)管理建議。

MAG-1A型電子調(diào)速器；故障分析；實(shí)船應(yīng)用

0 引言

MAG-1A型電子調(diào)速器在20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用十分廣泛，我國(guó)許多航運(yùn)企業(yè)的船舶安裝該類(lèi)型電子調(diào)速器。近年來(lái)，由于使用時(shí)間的原因，該類(lèi)型調(diào)速器漸漸出現(xiàn)報(bào)修的現(xiàn)象，由于以前缺乏維修經(jīng)驗(yàn)，特就該類(lèi)型調(diào)速器的一例故障進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

MAG-1A電子調(diào)速器由五個(gè)單元組成：1）控制器。輸入轉(zhuǎn)速指令信號(hào)，輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置指令信號(hào)，采用PID控制策略；2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元。內(nèi)有位置控制器根據(jù)控制器的輸出與實(shí)際位置的偏差，送出控制信號(hào)至伺服驅(qū)動(dòng)器以控制交流伺服馬達(dá)；3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由無(wú)刷式交流伺服馬達(dá)和減速齒輪組成，交流伺服馬達(dá)通過(guò)減速齒輪直接控制主機(jī)油門(mén)齒條，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)還帶防超負(fù)荷和超轉(zhuǎn)速安保功能；4）轉(zhuǎn)速傳感器。采用磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感，系統(tǒng)安裝兩只磁探頭傳感器，一只傳感器故障能自動(dòng)切換至另一只，如兩只同時(shí)故障，調(diào)速器可自動(dòng)維持主機(jī)油門(mén)不變；5）P/I轉(zhuǎn)換器。P/I轉(zhuǎn)換器可將掃氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)用于掃氣壓力燃油限制[1]。

2 維修過(guò)程

最初故障現(xiàn)象為電子調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)編碼器旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)脫落，旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)經(jīng)安裝后系統(tǒng)恢復(fù)正常。然后經(jīng)一個(gè)航次的運(yùn)行，電子調(diào)速器又停止工作，由岸基人員維修后，電子調(diào)速器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)曾出現(xiàn)過(guò)一次正向旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)法反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警，在后期維修過(guò)程中出現(xiàn)編碼器報(bào)警。

筆者的維修第一步，由于系統(tǒng)自檢結(jié)果為編碼器故障，根據(jù)故障代碼定義提示，需要對(duì)編碼器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部接地線有明顯的斷線，應(yīng)為以前安裝過(guò)程中，線被編碼器外殼夾斷，修復(fù)后該故障排除。然后針對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯示過(guò)熱過(guò)載報(bào)警，檢查發(fā)現(xiàn)其觸發(fā)回路的#M27730芯片損壞。經(jīng)分析，其損壞原因應(yīng)為減速箱體內(nèi)部阻力過(guò)大，進(jìn)一步的拆檢證實(shí)了該結(jié)果。伺服器內(nèi)有特制芯片，廠家整體更換伺服驅(qū)動(dòng)器。問(wèn)題的重點(diǎn)為伺服電機(jī)和減速箱。拆檢減速箱發(fā)現(xiàn)：1）一軸承損壞嚴(yán)重；2）軸封變形，軸封與軸接觸嚴(yán)密，容易增加阻力；3）軸跳動(dòng)量過(guò)大；4）外盤(pán)安裝存在偏向。采購(gòu)新的驅(qū)動(dòng)軸承和軸封，進(jìn)行按順序精密安裝。電機(jī)的編碼器后證實(shí)其霍爾元件損壞，裝復(fù)后正常。

3 故障原因分析

從整個(gè)維修過(guò)程看，故障出現(xiàn)在多處：1）編碼器接地線故障；2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障，表現(xiàn)為觸發(fā)回路芯片損壞；3）伺服電機(jī)。伺服電機(jī)經(jīng)檢測(cè)，電機(jī)本體無(wú)故障，其霍爾元件芯片損壞；4）減速器故障，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)困難。編碼器接地線故障應(yīng)為以前的維修過(guò)程中由于安裝不仔細(xì)造成的。

3.1 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障

伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入線路版工作正常，主回路整流功能正常，主回路逆變單元只有兩相輸出，原因?yàn)閮?nèi)部達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元損壞線路板，經(jīng)過(guò)檢測(cè)6個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片（信號(hào)為#M27730）損壞4個(gè)。該芯片大面積損壞，原因不應(yīng)當(dāng)是元件本身，一定是由外來(lái)原因造成的。系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)有機(jī)械損壞的跡象，一般造成這種損壞的原因是由于過(guò)熱引起的損壞，引起過(guò)熱的原因有外部環(huán)境過(guò)熱或者內(nèi)部電流過(guò)大。如果單純外部環(huán)境過(guò)熱引起的損壞，應(yīng)當(dāng)不會(huì)造成其他零部件的損壞，但是實(shí)際還存在其他損壞。電機(jī)卡死或者負(fù)荷過(guò)大，會(huì)引起驅(qū)動(dòng)電路的電流增加，進(jìn)而引起芯片等器件被燒壞應(yīng)是合理推斷[2]。

3.2 伺服電機(jī)編碼器故障

編碼器的霍爾元件損壞，由于在維修過(guò)程中僅僅檢測(cè)出損壞，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他外部機(jī)械損傷痕跡，其損壞原因只能推斷。一個(gè)原因是元器件本身的原因，使用壽命到了，后面的故障都是因?yàn)檫@個(gè)引起的。如果霍爾元件損壞，調(diào)速器沒(méi)有反饋信號(hào)，給出油門(mén)信號(hào)不準(zhǔn)，甚至連加減油門(mén)都無(wú)法判斷。

從最初的故障判斷：驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止工作——發(fā)現(xiàn)編碼器的旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)脫落，旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)經(jīng)安裝后系統(tǒng)恢復(fù)正常；一航次后，電子調(diào)速器停止工作——維修后，電子調(diào)速器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)過(guò)一次正向旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)法反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警——在后期維修過(guò)程中出現(xiàn)編碼器報(bào)警。

這個(gè)過(guò)程可以看出，最初是電子調(diào)速器的編碼器磁盤(pán)脫落?？赡苁怯捎跈C(jī)械原因?qū)е碌拿撀?，但是不能解釋的是繼續(xù)出現(xiàn)故障?；魻栐膿p壞原因很難推斷?？赡苁怯捎谠缙诘拿撀湓斐善鋬?nèi)部在工作過(guò)程中其芯片內(nèi)部出現(xiàn)較大的瞬間高壓或者是由于磁盤(pán)脫落造成的機(jī)械損壞，也能是元件本身的使用壽命已到等。從后期的修理看，調(diào)速器停止工作的原因就是編碼器故障。

3.3 減速齒輪箱故障

減速齒輪箱故障主要為：其中一個(gè)軸承損壞嚴(yán)重，軸封變形，軸封與軸接觸嚴(yán)密，容易增加阻力。而減速箱的驅(qū)動(dòng)軸、輸出軸完好，驅(qū)動(dòng)軸的軸承、中間軸的偏心軸承和連接軸承/輸出軸軸承（4個(gè)軸承）正常。

軸承損壞如果是最初的原因，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)大，從而致使編碼器的磁盤(pán)松動(dòng)、脫落。繼續(xù)工作會(huì)使得軸承損壞繼續(xù)擴(kuò)大，軸封也受損傷，軸的跳動(dòng)量大等故障，電機(jī)的負(fù)荷增加，驅(qū)動(dòng)電路電流增加，致使驅(qū)動(dòng)電路損壞。

編碼器通過(guò)轉(zhuǎn)子一體的磁鐵片，磁鐵片一塊帶有磁性，一塊不帶有磁性，通過(guò)霍爾元件芯片感應(yīng)輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)判斷磁場(chǎng)極性，判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。因此，如果軸的跳動(dòng)量大，震動(dòng)大，也可能致使霍爾元件損壞。

事故很少是由一種人為失誤或單一事件所造成的，它們幾乎都是由一系列不嚴(yán)重的失誤或事件的疊加、互為因果導(dǎo)致的[3]。也就是說(shuō)，這些事故都是失誤鏈發(fā)展的最終結(jié)果。一般而言，一個(gè)故障的爆發(fā)點(diǎn)只能有一個(gè)，同時(shí)兩個(gè)或者多個(gè)故障同時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的可能性極小甚至可以說(shuō)沒(méi)有?？偸堑谝粋€(gè)故障引起一系列的故障，形成事故鏈，最后引起事故。在這個(gè)事故由爆發(fā)點(diǎn)擴(kuò)展形成失誤鏈過(guò)程中，一般是由于中間環(huán)節(jié)也存在隱患，如果中間可以截?cái)嗟脑?，同樣可以把事故消除或者縮小。

按經(jīng)典的可靠性曲線，機(jī)械零件的故障率發(fā)展是浴盆曲線，而電子設(shè)備的故障率發(fā)展是直線。機(jī)械設(shè)備的使用壽命到了以后，故障率會(huì)大幅增加，而電子設(shè)備的故障率卻不變化，如此大量出現(xiàn)電子元件的故障一般不可能是電子元件本身的故障。本文的案例，從損壞結(jié)果看有很多處故障，按上述理論可推論為軸承損壞為故障最初的爆發(fā)點(diǎn)，以后出現(xiàn)的問(wèn)題都是這個(gè)爆發(fā)點(diǎn)的擴(kuò)展。

4 總結(jié)及管理建議

如何防止上述故障？如果早發(fā)現(xiàn)上述故障？如何在出現(xiàn)最初的類(lèi)似故障之后截?cái)喙收蠑U(kuò)展的路徑？這些是輪機(jī)管理人員的工作重心所在。電子調(diào)速器對(duì)一般的輪機(jī)管理人員而言是一個(gè)新生事物，目前積累的經(jīng)驗(yàn)不多，同時(shí)我國(guó)近期的許多船舶安裝有電子調(diào)速器，對(duì)新船而言根據(jù)浴盆曲線規(guī)律，機(jī)械元件短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似故障，但是對(duì)于許多購(gòu)進(jìn)的二手船舶，其壽命已接近調(diào)速器的故障高發(fā)期，應(yīng)當(dāng)引起管理人員的高度重視。

就目前的狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平而言，機(jī)械設(shè)備的故障率浴盆曲線決定了機(jī)械設(shè)備一定要按說(shuō)明書(shū)規(guī)定的要求定期檢查調(diào)速器的減速齒輪箱，檢查電機(jī)的軸承等機(jī)械元件的工況。在平時(shí)的管理工作中，應(yīng)當(dāng)對(duì)調(diào)速器的振動(dòng)、噪聲情況進(jìn)行多觀察，多監(jiān)控；定期測(cè)量減速電機(jī)的電流和溫升情況，如果機(jī)械元件出現(xiàn)問(wèn)題，一般情況下其電流和溫升應(yīng)當(dāng)有變化，可根據(jù)這個(gè)信息提前判斷故障。

[1] 連湘鴻. MAG-1A電子調(diào)速器控制系統(tǒng)淺析[J]. 航海技術(shù), 2000(05): 54-56.

[2] 劉志剛, 宋恩哲, 孫軍, 邱愛(ài)華. 電子調(diào)速器可靠性設(shè)計(jì)研究[J]. 船舶工程. 2005(06): 56-58.

[3] 方泉根. 船舶資源管理及其培訓(xùn)[J]. 中國(guó)航海,2008(2): 152-157.

Failure Analysis of MA G -1A Electronic Governor

AN Ji, XU Hao, WANG Qi, DONG Yu-feng
(Merchant Marine Academy, Shanghai Marine University, Shanghai 201306, China)

Based on the system analysis of MAG-1A electronic governor and the repairing process, main reasons of the failure are concluded and specific analysis for each reason is made. It is concluded that bearing damage resulted in increased motor vibration and then produced a series of failure, ultimately made the drive circuit damage. Meanwhile, it also proposes a managing advice for practical application on board.

MAG-1A electronic governor; failure analysis; practical application on board

U664.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.008

安驥(1974-)，男，博士，副教授。研究方向：船舶輔機(jī)。