電控液壓門的優化改造

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—液壓機械系統出現的故障，詳細敘述了解決故障的方案和改造的整個過程，不僅滿足了使用要求，還進一步優化了整套系統的完整性與操作方便性。

越控；應急停止 ；平衡閥

某船為單層甲板客滾船，該船首尾各設計有鋼纜斜拉式收放單體門，每扇單體門質量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，鋼纜的動力端通過單體滑輪與兩舷液壓操作平臺上的液壓絞盤固定。單體門兩側分別安裝了液壓門鎖，鎖銷分別由兩舷液壓缸推動，鎖孔為雙道不銹鋼板焊接而成。整套系統通過對電控—液壓驅動單元的操控來實現鋼纜的收/放，進而控制大門的放開與收閉及鎖緊。然而整套系統在操作過程中卻無法實現預期的功效。船東對此十分不滿意，要求對整個系統進行改造，滿足船員的使用要求。而設備服務商稱改造需要更換整套控制系統，工期大概需要25 d，這是船東與船廠都無法接受的。經過與船東磋商，我廠決定自行優化改造整套系統。

1 電控液壓機械系統的組成與介紹

該船配備2套液壓動力裝置用于驅動絞車，實現絞車的正轉與反轉，每套裝置配有2個泵組，互為備用，主泵組驅動電機功率55 kW，備用泵組驅動電機功率37 kW，泵組轉速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、溫度開關、濾堵傳感器、壓力控制閥、安全閥等元件，其中安全閥設定工作壓力為22.0 MPa。液壓絞車分別安裝在左右舷側，額定載荷為50 kN，額定轉速15 r/min，液壓馬達額定轉速為43 r/min，絞車制動力為100 kN, 制動與離合均為手動操作。液壓單元除了為絞車提供動力外，同時還為液壓門鎖系統提供動力，在船體左右舷各設有液壓缸1套，液壓缸推動鎖銷，實現對大門的鎖緊及固定，同時在鎖銷上安裝有2個接近開關，分別反饋鎖門和開鎖2個位置的控制信號。駕駛室控制臺上分別指示出門鎖狀態，起到輔助操作的作用。整套系統的控制單元不僅可以對大門進行收/放、開/閉操作，還可以實時監控泵站的運轉情況，并設有油位低、油溫高、自動停泵的保護功能。另外，船體兩舷安裝了門碰限位開關，并與主控系統形成電氣聯鎖，對遙控操作收/放大門起到自動保護作用，避免了人為操作事故的發生。整套系統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地在船體兩舷絞車平臺上操作完成，所以整套系統的操作需要兩地3人來完成，為半自動控制系統。

2 操作過程中發現的問題

1)大門在收閉過程中運行速度不均勻，從水平位置開始收閉，整個過程速度逐漸變慢，直到運行至收閉行程的2/3時大門停止不動，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在機旁操作液壓電磁閥，分別重新調整大門兩舷的收/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)根據規范要求，在緊急情況下在任一控制站都可以緊急切斷泵站的動力，以保證船員的人身安全。然而整套系統僅僅在駕駛室有一處應急停止裝置，該裝置只是緊急切斷控制回路，對動力系統沒有切斷功效，這無法滿足規范要求。另外船東要求增設本地控制站，在門旁可以電控操作大門的收/放及開/閉門鎖。

3 優化設計，實施現場改造

1)針對大門無法收閉到位的問題，按照由簡至繁的原則,首先對液壓泵站進行了檢修，檢查了油柜里液壓油儲量，從油位顯示來看滿足設計要求。其次觀察了泵站工作時的各項參數，其中電動機的運行參數符合工況要求，功率達到53 kW，工作電流93 A，工作電壓AC 415 V。但是系統的工作壓力達不到設計要求，壓力儀表顯示工作壓力僅有19.8 MPa，與設計工作壓力相差1.2 MPa，于是檢查了整個管路系統，沒有發現異常現象，說明問題可能發生在控制閥件上。經過查閱系統圖紙、廠家資料，對每個閥件重新進行檢修，并調整了閥組的運行參數值，使系統達到設計的運行參數值，但是在隨后的反復實驗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中，很有可能存在于大門的整體設計上。經過與相關專業工程師分析研究后發現，液壓泵站的設計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，導致大門升到一定位置時，纜繩的提升力被分解出一部分，導致提升力不足，達不到設計的功效。經過對圖紙的重新審核、計算，決定更改大門與鋼纜連接眼板的安裝位置。經過改造后實現了大門正常的收/放到位，隨后的反復試驗均沒有發現任何異常現象，大門收放不到位的問題圓滿解決。

2)由于門控系統設計為半自動操作模式，導致想要完成系統的操作必須要電控和人工手控相結合。系統的動力操作為遠程電控，可以通過駕駛室的操控臺對艏艉門進行收/放、開/閉控制。絞盤的鎖緊裝置需要人為手動操作，通過對絲杠的調節來鎖緊/放開抱帶。電控與手動抱帶配合的不協調會導致大門自然下滑，門鎖控制失效。調試過程中大門經常鎖不上或者開不開門鎖。開/閉門鎖經常需要4～5人協同操作，浪費了大量的人力，船員對此非常苦惱。為了滿足船東的要求，首先對門閉限位進行了重新調整，限位臂盡可能地調節到最佳位置，使其動作準確、快速，避免大門微動而限位不動作的問題發生，但是經過反復試驗、調整始終保證不了門閉限位的精準度。船東對此提出了自己的意見，要求修改限位開關的安裝位置，提高限位精度。如果把限位開關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才動作，限位的動作會切斷大門收/放控制回路,不僅起到了對大門及船體的保護作用，同時鎖門銷軸也正好與銷軸孔板對位，進而可以遙控開/閉門鎖。理論上是可以達到預期設想的效果，但是實際上卻達不到預期的功效。原因有2點，其一是門銷軸與眼板的間隙只有1～2 mm，而限位開關安裝達不到如此高的精度，所以說即使移動了限位開關的安裝位置也無法保證每次開/閉門銷軸都能夠準確對位。其二是大門在關閉到位時如果不能夠及時地用抱帶鎖住絞車，絞車會輕微地自動放滑，導致大門略微下放，原本已經對正的門銷軸錯位，導致大門鎖不上，然而這種輕微的動作又不會讓限位開關的動作恢復，導致大門遙控操作控制系統無法再提升大門，此時只能夠到機旁手動操作提升大門，所以船東提出的改造方案不可行。通過反復地分析研究，導致大門鎖不上的根本原因是系統不能長時間地保壓，系統泄壓后導致絞車自動下滑，要解決此問題必須解決系統泄壓的問題。經過對系統的分析，發現導致泄壓的原因是平衡閥，反復試驗后發現無論如何調整平衡閥都無法避免泄壓現象。所以想要解決大門鎖不上的問題就得轉移思路，從液壓原理轉移到電氣控制原理上。經過反復研究，決定重新設計控制回路，經與船東商定，決定增設限位越控功能，當門鎖失效時，通過越控功能隔離限位開關，這樣就可以遙控調整大門收/放位置,即使系統泄壓也可以遙控開/閉門鎖。改造方案很簡單，在左右大門限位開關觸點上分別并聯一個隔離開關，當限位開關動作時通過并聯的越控開關把它隔離出去，這樣就可以再次分別對左右大門進行獨立地收閉操作，直到大門兩舷被鎖上為止。此改造方案簡單、經濟、高效、適用，得到了船東的認可，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，在原有控制系統的基礎上增設了應急停止功能和本地控制、操作綜合系統。首先把原有的應急停止功能取消，原設計應急停止只是切斷控制回路，把駕駛室控制臺的控制系統切斷，使之無法對整個大門系統進行操作。實際上對整個泵站的動力系統沒有影響，也就是說在駕駛室無法緊急停止電動機的運轉，無法停止液壓動力，這種設計方案存在安全隱患，當泵站或者管路出現泄露時，將會危及人身安全，造成環境污染。所以決定重新設計應急停止控制回路，使之能夠緊急停止泵站的運轉，切斷整個系統的動力源，起到對整個系統、環境及人身安全的保護作用。改造方案簡單易行，在主控制回路內串聯一個自鎖按鈕，當緊急情況時按下按鈕會切斷泵組的運行，只有人為恢復急停按鈕才可以重新啟動泵站運轉。這樣的設計理念也為將來檢修工作創造一個安全的環境保障，得到了船東認可與好評。另外，根據船東要求，在原系統上又增設了本地控制站，重新設計了一套控制回路，分別增設了電源指示、門鎖指示、門碰限位指示，液壓油低位報警、液壓油高溫報警，大門收/放、開/閉鎖，應急停止、越控操作等監控、操作功能。整套控制系統完全可以獨立操作，與駕駛室控制系統互為備用，通過泵站主控箱上的轉換開關進行控制位置的相互轉換，大大提高了操作過程的安全性，船東對此十分滿意。

4 結束語

通過本次對電控液壓單元系統的優化改造，不僅實現了系統的人性化、智能化的電氣操控目的，進一步提升了對電控—液壓系統的設計能力，同時也為今后建造類似船舶提供了寶貴的經驗。

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，大學本科，主要從事船舶電氣設計工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.005

2016-05-12