ZBYS型變量泵伺服控制機(jī)構(gòu)反饋連桿斷裂故障分析與排除

王曉國(guó)

摘要：本文主要從ZBYS型變量泵伺服控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、工作原理方面對(duì)反饋連桿斷裂故障進(jìn)行分析研究，解決了反饋連桿斷裂故障。同時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)際使用運(yùn)行驗(yàn)證，伺服控制反饋機(jī)構(gòu)修后經(jīng)機(jī)械零位校正合格再裝配的機(jī)組，均未再發(fā)生反饋連桿斷裂故障，對(duì)后續(xù)該型設(shè)備修理、裝配具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：變量泵;伺服控制機(jī)構(gòu);反饋連桿

1引言

ZBYS型變量泵用于某型船的艏艉舵機(jī)，以實(shí)現(xiàn)定向航行及自/隨動(dòng)、手操等舵機(jī)的操縱，具有零位自動(dòng)找正、操縱靈活、可靠性高等特點(diǎn)[1]。前期，某船圍殼舵ZBYS型變量泵伺服控制機(jī)構(gòu)修后使用過(guò)程中，反饋連桿在零位附近交變擺動(dòng)（舵角指示器顯示在0?～下潛1?間來(lái)回?cái)[動(dòng)），連續(xù)工作20h左右即發(fā)生斷裂故障，斷裂位置在連桿臺(tái)階處，斷面平齊。連桿斷裂后變量泵停機(jī)，導(dǎo)致圍殼舵無(wú)法工作，嚴(yán)重影響到該船的安全航行。為此，本文在以往修理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)反饋連桿斷裂故障進(jìn)行分析研究，并徹底解決了連桿易斷裂故障，保證了該型船的安全航行。

2伺服控制機(jī)構(gòu)工作原理及反饋連桿斷裂故障分析

2.1伺服控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作原理

ZBYS型變量泵的伺服控制機(jī)構(gòu)為專(zhuān)用設(shè)計(jì)[2]，包含反饋連桿、主活塞及密封件、上下差動(dòng)閥套、行程指示桿、連接板等部件，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

變量泵伺服控制機(jī)構(gòu)有兩種工作模式：手操操縱和伺服操縱。手操操縱與伺服操縱的轉(zhuǎn)換通過(guò)手動(dòng)換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。手操操縱時(shí)，手操換向閥控制液壓油作用在差動(dòng)閥套（A腔或B腔）兩端，執(zhí)行部件為差動(dòng)閥套，實(shí)現(xiàn)變量泵的變量。其中，差動(dòng)閥套由殼體和大小柱塞組成，殼體上有臺(tái)階用來(lái)限制大柱塞的位置，小柱塞與大柱塞之間無(wú)限制。而伺服操縱時(shí)，通過(guò)反饋連桿位置反饋，電磁控制將液壓油作用在伺服主活塞兩端（C腔或D腔）完成變量，同時(shí)差動(dòng)閥套兩端泄油，大小柱塞退回。

2.2反饋連桿斷裂故障分析

通過(guò)對(duì)反饋連桿工作時(shí)在零位附近交變擺動(dòng)現(xiàn)象、斷裂位置及斷裂面觀察，結(jié)合變量泵伺服控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作原理分析，造成反饋連桿斷裂的原因可能有：

a） 伺服主活塞行程偏大，主活塞達(dá)到極限位置時(shí)，電液伺服閥轉(zhuǎn)向套與支架相碰，可造成連桿在應(yīng)力集中的臺(tái)階處斷裂。

b） 反饋連桿與電液伺服閥轉(zhuǎn)向套間的伸縮余量過(guò)小，當(dāng)連桿向一側(cè)小角度偏轉(zhuǎn)時(shí)，連桿與轉(zhuǎn)向套相抗，可造成連桿在應(yīng)力集中的臺(tái)階處斷裂。

c） 伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械零位與電液伺服閥零位不一致，伺服操縱結(jié)束后，電液伺服閥已歸于零位狀態(tài)，但伺服活塞仍偏離零位，連桿處于不垂直位置，受剪切力作用，可導(dǎo)致連桿在應(yīng)力集中的臺(tái)階處斷裂。反饋連桿所受剪切力見(jiàn)圖2所示。

3反饋連桿斷裂故障排除

為徹底解決反饋連桿斷裂故障，針對(duì)以上可能原因，逐項(xiàng)進(jìn)行排除：

a） 伺服主活塞行程測(cè)量

啟動(dòng)圍殼舵ZBYS型變量泵，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到手動(dòng)操縱，反復(fù)操縱伺服控制機(jī)構(gòu)至上浮、下潛極限位置，測(cè)量行程指示桿的伸出量分別為10.50mm、50.30mm，則伺服主活塞的行程及理論中位位置分別為19.90mm、30.40mm，行程符合《CDY2-20G型電液伺服閥產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)》規(guī)定的20mm±1mm要求[3]。保持手動(dòng)換向閥處于零位（即A、B腔同時(shí)充油），測(cè)得行程指示桿的伸出量為30.42mm，與理論中位位置存在偏差，舵角指示器顯示向上浮方向跑舵?？刂葡到y(tǒng)轉(zhuǎn)換為伺服操縱，至上浮、下潛極限位置時(shí)，行程指示桿的伸出量與手動(dòng)操縱時(shí)伸出量一致，但伺服操縱歸于零位后，舵角指示器在0?～下潛1?間來(lái)回?cái)[動(dòng)，行程指示桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，無(wú)法測(cè)量。

b） 連桿與轉(zhuǎn)向套間伸縮余量測(cè)量

《CDY2-20G型電液伺服閥產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)》要求[3]：反饋連桿總長(zhǎng)為76.5mm±0.25mm;反饋連桿安裝后，頂端距連接板安裝平面高度不大于11.3mm;連桿Ф3mm細(xì)軸底部臺(tái)階處不得高出連接板，伺服活塞位于零位時(shí)，反饋連桿與轉(zhuǎn)向套間伸縮余量應(yīng)不小于1mm。

經(jīng)對(duì)反饋連桿各個(gè)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量，測(cè)量值均符合上述要求。具體測(cè)量結(jié)果如下：

1）連桿總長(zhǎng)76.28mm;

2）連桿頂端距連接板安裝平面高度9.32mm;

3）Ф3mm細(xì)軸底部臺(tái)階低于連接板平面1.88mm;

4）連桿與轉(zhuǎn)向套間伸縮余量1.95mm。

c） 伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械零位檢查

伺服機(jī)構(gòu)主活塞行程測(cè)量時(shí)，手動(dòng)操縱歸零位后，舵角指示器顯示向上浮方向跑舵，而伺服操縱歸零位后，舵角指示器在0?～下潛1?間來(lái)回?cái)[動(dòng)，行程指示桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，判斷出伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械零位與電液伺服閥零位不匹配，存在偏差。隨即利用測(cè)量工裝對(duì)伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械零位進(jìn)行校正測(cè)量，零位校正測(cè)量時(shí)，同時(shí)向上下差動(dòng)閥套的A/B腔充入5.0MPa的液壓油，使伺服活塞處于零位 [2]。經(jīng)測(cè)量當(dāng)斜盤(pán)傾角為0 ?時(shí)（即機(jī)械零位），上下差動(dòng)閥套處的泄漏量均為10mL/min，伺服主活塞密性均良好，但下閥套相對(duì)上閥套移動(dòng)距離超差0.02mm，即零位時(shí)伺服主活塞向上差動(dòng)閥套偏移0.02mm，具體測(cè)量方法見(jiàn)圖3所示。

利用平板對(duì)下閥套研磨祛除0.02mm裝配后運(yùn)行機(jī)組，手動(dòng)操縱及伺服操縱歸零位后，舵角指示器擺動(dòng)現(xiàn)象及行程指示桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象均消除，同時(shí)手動(dòng)操作歸零后，圍殼舵上浮跑舵故障消失，下差動(dòng)閥套祛除部位見(jiàn)圖4所示。

4結(jié)束語(yǔ)

造成反饋連桿斷裂的原因是伺服控制機(jī)構(gòu)機(jī)械零位與電液伺服閥零位不一致引起的，二者不一致時(shí)，伺服操縱歸零后，伺服主活塞在零位與下潛方向交變移動(dòng)，導(dǎo)致反饋連桿長(zhǎng)期承受剪切力而斷裂。該船圍殼舵伺服控制機(jī)構(gòu)自2017年機(jī)械零位調(diào)整校正后使用至今，反饋連桿未再出現(xiàn)斷裂故障。同時(shí)后續(xù)該型設(shè)備修理后，均進(jìn)行機(jī)械零位校正工作，經(jīng)過(guò)多臺(tái)該型設(shè)備實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，機(jī)械零位校正合格后再裝配的機(jī)組，均未再出現(xiàn)上述斷裂現(xiàn)象，徹底解決了反饋連桿斷裂故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZBYS型液控泵使用說(shuō)明書(shū)，北京起重機(jī)器廠，1991.

[2] ZBYS-40型液控帶手操變量機(jī)構(gòu)說(shuō)明書(shū)，北京起重機(jī)器廠五分廠，2001.

[3] 4JY.553.501.SM? CDY2-20G型電液伺服閥產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，四四一廠，1991.