電控液壓門的優(yōu)化改造

王科成，宋志偉

(大連旅順濱海船舶修造有限公司，遼寧 大連 116052)

電控液壓門的優(yōu)化改造

王科成，宋志偉

(大連旅順濱海船舶修造有限公司，遼寧 大連 116052)

文章分析了某船電控—液壓機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，詳細(xì)敘述了解決故障的方案和改造的整個(gè)過程，不僅滿足了使用要求，還進(jìn)一步優(yōu)化了整套系統(tǒng)的完整性與操作方便性。

越控；應(yīng)急停止 ；平衡閥

某船為單層甲板客滾船，該船首尾各設(shè)計(jì)有鋼纜斜拉式收放單體門，每扇單體門質(zhì)量28 t，大門的中部與鋼纜連接固定，大門的底部與船體主甲板通過金屬門軸銷固定，鋼纜的動(dòng)力端通過單體滑輪與兩舷液壓操作平臺(tái)上的液壓絞盤固定。單體門兩側(cè)分別安裝了液壓門鎖，鎖銷分別由兩舷液壓缸推動(dòng)，鎖孔為雙道不銹鋼板焊接而成。整套系統(tǒng)通過對電控—液壓驅(qū)動(dòng)單元的操控來實(shí)現(xiàn)鋼纜的收/放，進(jìn)而控制大門的放開與收閉及鎖緊。然而整套系統(tǒng)在操作過程中卻無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功效。船東對此十分不滿意，要求對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足船員的使用要求。而設(shè)備服務(wù)商稱改造需要更換整套控制系統(tǒng)，工期大概需要25 d，這是船東與船廠都無法接受的。經(jīng)過與船東磋商，我廠決定自行優(yōu)化改造整套系統(tǒng)。

1 電控液壓機(jī)械系統(tǒng)的組成與介紹

該船配備2套液壓動(dòng)力裝置用于驅(qū)動(dòng)絞車，實(shí)現(xiàn)絞車的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，每套裝置配有2個(gè)泵組，互為備用，主泵組驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率55 kW，備用泵組驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率37 kW，泵組轉(zhuǎn)速1 475 r/min，工作壓力210.0 MPa，油柜1 200 L。主泵組安裝有液壓油濾器、冷卻器、液位指示器、溫度指示器、液位開關(guān)、溫度開關(guān)、濾堵傳感器、壓力控制閥、安全閥等元件，其中安全閥設(shè)定工作壓力為22.0 MPa。液壓絞車分別安裝在左右舷側(cè)，額定載荷為50 kN，額定轉(zhuǎn)速15 r/min，液壓馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速為43 r/min，絞車制動(dòng)力為100 kN, 制動(dòng)與離合均為手動(dòng)操作。液壓單元除了為絞車提供動(dòng)力外，同時(shí)還為液壓門鎖系統(tǒng)提供動(dòng)力，在船體左右舷各設(shè)有液壓缸1套，液壓缸推動(dòng)鎖銷，實(shí)現(xiàn)對大門的鎖緊及固定，同時(shí)在鎖銷上安裝有2個(gè)接近開關(guān)，分別反饋鎖門和開鎖2個(gè)位置的控制信號。駕駛室控制臺(tái)上分別指示出門鎖狀態(tài)，起到輔助操作的作用。整套系統(tǒng)的控制單元不僅可以對大門進(jìn)行收/放、開/閉操作，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并設(shè)有油位低、油溫高、自動(dòng)停泵的保護(hù)功能。另外，船體兩舷安裝了門碰限位開關(guān)，并與主控系統(tǒng)形成電氣聯(lián)鎖，對遙控操作收/放大門起到自動(dòng)保護(hù)作用，避免了人為操作事故的發(fā)生。整套系統(tǒng)的操作雖然是在駕駛室完成，但是絞車的抱緊裝置需要人為手動(dòng)地在船體兩舷絞車平臺(tái)上操作完成，所以整套系統(tǒng)的操作需要兩地3人來完成，為半自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 操作過程中發(fā)現(xiàn)的問題

1)大門在收閉過程中運(yùn)行速度不均勻，從水平位置開始收閉，整個(gè)過程速度逐漸變慢，直到運(yùn)行至收閉行程的2/3時(shí)大門停止不動(dòng)，無法再使大門收閉到位。

2)大門液壓門鎖功能失效，液壓門鎖銷與鎖孔不對位。想要完成鎖門操作需要人為手動(dòng)在機(jī)旁操作液壓電磁閥，分別重新調(diào)整大門兩舷的收/放位置，使液壓門鎖銷與鎖孔對位，這樣才能夠開/閉門鎖。然而船東無法接受復(fù)雜的操作過程，要求必須滿足一人在駕駛室電控操作鎖門、開鎖功能。

3)根據(jù)規(guī)范要求，在緊急情況下在任一控制站都可以緊急切斷泵站的動(dòng)力，以保證船員的人身安全。然而整套系統(tǒng)僅僅在駕駛室有一處應(yīng)急停止裝置，該裝置只是緊急切斷控制回路，對動(dòng)力系統(tǒng)沒有切斷功效，這無法滿足規(guī)范要求。另外船東要求增設(shè)本地控制站，在門旁可以電控操作大門的收/放及開/閉門鎖。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)施現(xiàn)場改造

1)針對大門無法收閉到位的問題，按照由簡至繁的原則,首先對液壓泵站進(jìn)行了檢修，檢查了油柜里液壓油儲(chǔ)量，從油位顯示來看滿足設(shè)計(jì)要求。其次觀察了泵站工作時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，其中電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)符合工況要求，功率達(dá)到53 kW，工作電流93 A，工作電壓AC 415 V。但是系統(tǒng)的工作壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壓力儀表顯示工作壓力僅有19.8 MPa，與設(shè)計(jì)工作壓力相差1.2 MPa，于是檢查了整個(gè)管路系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，說明問題可能發(fā)生在控制閥件上。經(jīng)過查閱系統(tǒng)圖紙、廠家資料，對每個(gè)閥件重新進(jìn)行檢修，并調(diào)整了閥組的運(yùn)行參數(shù)值，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)的運(yùn)行參數(shù)值，但是在隨后的反復(fù)實(shí)驗(yàn)過程中仍然無法使大門完全收放到位，說明問題不在液壓系統(tǒng)中，很有可能存在于大門的整體設(shè)計(jì)上。經(jīng)過與相關(guān)專業(yè)工程師分析研究后發(fā)現(xiàn)，液壓泵站的設(shè)計(jì)在理論上需滿足大門的重量要求，大門之所以提升不起來很有可能是鋼纜與門體的固定位置與角度不對，導(dǎo)致大門升到一定位置時(shí)，纜繩的提升力被分解出一部分，導(dǎo)致提升力不足，達(dá)不到設(shè)計(jì)的功效。經(jīng)過對圖紙的重新審核、計(jì)算，決定更改大門與鋼纜連接眼板的安裝位置。經(jīng)過改造后實(shí)現(xiàn)了大門正常的收/放到位，隨后的反復(fù)試驗(yàn)均沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，大門收放不到位的問題圓滿解決。

2)由于門控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為半自動(dòng)操作模式，導(dǎo)致想要完成系統(tǒng)的操作必須要電控和人工手控相結(jié)合。系統(tǒng)的動(dòng)力操作為遠(yuǎn)程電控，可以通過駕駛室的操控臺(tái)對艏艉門進(jìn)行收/放、開/閉控制。絞盤的鎖緊裝置需要人為手動(dòng)操作，通過對絲杠的調(diào)節(jié)來鎖緊/放開抱帶。電控與手動(dòng)抱帶配合的不協(xié)調(diào)會(huì)導(dǎo)致大門自然下滑，門鎖控制失效。調(diào)試過程中大門經(jīng)常鎖不上或者開不開門鎖。開/閉門鎖經(jīng)常需要4～5人協(xié)同操作，浪費(fèi)了大量的人力，船員對此非?？鄲?。為了滿足船東的要求，首先對門閉限位進(jìn)行了重新調(diào)整，限位臂盡可能地調(diào)節(jié)到最佳位置，使其動(dòng)作準(zhǔn)確、快速，避免大門微動(dòng)而限位不動(dòng)作的問題發(fā)生，但是經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、調(diào)整始終保證不了門閉限位的精準(zhǔn)度。船東對此提出了自己的意見，要求修改限位開關(guān)的安裝位置，提高限位精度。如果把限位開關(guān)安裝在船體的最頂端，這樣一來只有在大門的最頂端與船體完全接觸后限位開關(guān)才動(dòng)作，限位的動(dòng)作會(huì)切斷大門收/放控制回路,不僅起到了對大門及船體的保護(hù)作用，同時(shí)鎖門銷軸也正好與銷軸孔板對位，進(jìn)而可以遙控開/閉門鎖。理論上是可以達(dá)到預(yù)期設(shè)想的效果，但是實(shí)際上卻達(dá)不到預(yù)期的功效。原因有2點(diǎn)，其一是門銷軸與眼板的間隙只有1～2 mm，而限位開關(guān)安裝達(dá)不到如此高的精度，所以說即使移動(dòng)了限位開關(guān)的安裝位置也無法保證每次開/閉門銷軸都能夠準(zhǔn)確對位。其二是大門在關(guān)閉到位時(shí)如果不能夠及時(shí)地用抱帶鎖住絞車，絞車會(huì)輕微地自動(dòng)放滑，導(dǎo)致大門略微下放，原本已經(jīng)對正的門銷軸錯(cuò)位，導(dǎo)致大門鎖不上，然而這種輕微的動(dòng)作又不會(huì)讓限位開關(guān)的動(dòng)作恢復(fù)，導(dǎo)致大門遙控操作控制系統(tǒng)無法再提升大門，此時(shí)只能夠到機(jī)旁手動(dòng)操作提升大門，所以船東提出的改造方案不可行。通過反復(fù)地分析研究，導(dǎo)致大門鎖不上的根本原因是系統(tǒng)不能長時(shí)間地保壓，系統(tǒng)泄壓后導(dǎo)致絞車自動(dòng)下滑，要解決此問題必須解決系統(tǒng)泄壓的問題。經(jīng)過對系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致泄壓的原因是平衡閥，反復(fù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)整平衡閥都無法避免泄壓現(xiàn)象。所以想要解決大門鎖不上的問題就得轉(zhuǎn)移思路，從液壓原理轉(zhuǎn)移到電氣控制原理上。經(jīng)過反復(fù)研究，決定重新設(shè)計(jì)控制回路，經(jīng)與船東商定，決定增設(shè)限位越控功能，當(dāng)門鎖失效時(shí)，通過越控功能隔離限位開關(guān)，這樣就可以遙控調(diào)整大門收/放位置,即使系統(tǒng)泄壓也可以遙控開/閉門鎖。改造方案很簡單，在左右大門限位開關(guān)觸點(diǎn)上分別并聯(lián)一個(gè)隔離開關(guān)，當(dāng)限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)通過并聯(lián)的越控開關(guān)把它隔離出去，這樣就可以再次分別對左右大門進(jìn)行獨(dú)立地收閉操作，直到大門兩舷被鎖上為止。此改造方案簡單、經(jīng)濟(jì)、高效、適用，得到了船東的認(rèn)可，也消除了船員繁瑣地操作所帶來的苦惱。

3)為了滿足船東、船檢的要求，在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了應(yīng)急停止功能和本地控制、操作綜合系統(tǒng)。首先把原有的應(yīng)急停止功能取消，原設(shè)計(jì)應(yīng)急停止只是切斷控制回路，把駕駛室控制臺(tái)的控制系統(tǒng)切斷，使之無法對整個(gè)大門系統(tǒng)進(jìn)行操作。實(shí)際上對整個(gè)泵站的動(dòng)力系統(tǒng)沒有影響，也就是說在駕駛室無法緊急停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，無法停止液壓動(dòng)力，這種設(shè)計(jì)方案存在安全隱患，當(dāng)泵站或者管路出現(xiàn)泄露時(shí)，將會(huì)危及人身安全，造成環(huán)境污染。所以決定重新設(shè)計(jì)應(yīng)急停止控制回路，使之能夠緊急停止泵站的運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，起到對整個(gè)系統(tǒng)、環(huán)境及人身安全的保護(hù)作用。改造方案簡單易行，在主控制回路內(nèi)串聯(lián)一個(gè)自鎖按鈕，當(dāng)緊急情況時(shí)按下按鈕會(huì)切斷泵組的運(yùn)行，只有人為恢復(fù)急停按鈕才可以重新啟動(dòng)泵站運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的設(shè)計(jì)理念也為將來檢修工作創(chuàng)造一個(gè)安全的環(huán)境保障，得到了船東認(rèn)可與好評。另外，根據(jù)船東要求，在原系統(tǒng)上又增設(shè)了本地控制站，重新設(shè)計(jì)了一套控制回路，分別增設(shè)了電源指示、門鎖指示、門碰限位指示，液壓油低位報(bào)警、液壓油高溫報(bào)警，大門收/放、開/閉鎖，應(yīng)急停止、越控操作等監(jiān)控、操作功能。整套控制系統(tǒng)完全可以獨(dú)立操作，與駕駛室控制系統(tǒng)互為備用，通過泵站主控箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行控制位置的相互轉(zhuǎn)換，大大提高了操作過程的安全性，船東對此十分滿意。

4 結(jié)束語

通過本次對電控液壓單元系統(tǒng)的優(yōu)化改造，不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的人性化、智能化的電氣操控目的，進(jìn)一步提升了對電控—液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也為今后建造類似船舶提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

Several problems are analyzed,which appear on some electric cotrol-hydraulic mechanic system.Solution is given together with the refitting course on detail,that has not only satisfied the operation requirement,but also made the entire system optimized integrity with more convenient operation.

override-control;emergency stop;balance valve

王科成(1985-)，男，遼寧大連人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶電氣設(shè)計(jì)工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.005

2016-05-12