ZBYS型變量泵伺服控制機構反饋連桿斷裂故障分析與排除

王曉國

摘要：本文主要從ZBYS型變量泵伺服控制機構結構、工作原理方面對反饋連桿斷裂故障進行分析研究，解決了反饋連桿斷裂故障。同時，經過實際使用運行驗證，伺服控制反饋機構修后經機械零位校正合格再裝配的機組，均未再發生反饋連桿斷裂故障，對后續該型設備修理、裝配具有現實的指導意義。

關鍵詞：變量泵;伺服控制機構;反饋連桿

1引言

ZBYS型變量泵用于某型船的艏艉舵機，以實現定向航行及自/隨動、手操等舵機的操縱，具有零位自動找正、操縱靈活、可靠性高等特點[1]。前期，某船圍殼舵ZBYS型變量泵伺服控制機構修后使用過程中，反饋連桿在零位附近交變擺動（舵角指示器顯示在0?～下潛1?間來回擺動），連續工作20h左右即發生斷裂故障，斷裂位置在連桿臺階處，斷面平齊。連桿斷裂后變量泵停機，導致圍殼舵無法工作，嚴重影響到該船的安全航行。為此，本文在以往修理經驗的基礎上，對反饋連桿斷裂故障進行分析研究，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伺服控制機構工作原理及反饋連桿斷裂故障分析

2.1伺服控制機構結構及工作原理

ZBYS型變量泵的伺服控制機構為專用設計[2]，包含反饋連桿、主活塞及密封件、上下差動閥套、行程指示桿、連接板等部件，具體結構見圖1所示。

變量泵伺服控制機構有兩種工作模式：手操操縱和伺服操縱。手操操縱與伺服操縱的轉換通過手動換向閥來實現。手操操縱時，手操換向閥控制液壓油作用在差動閥套（A腔或B腔）兩端，執行部件為差動閥套，實現變量泵的變量。其中，差動閥套由殼體和大小柱塞組成，殼體上有臺階用來限制大柱塞的位置，小柱塞與大柱塞之間無限制。而伺服操縱時，通過反饋連桿位置反饋，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，同時差動閥套兩端泄油，大小柱塞退回。

2.2反饋連桿斷裂故障分析

通過對反饋連桿工作時在零位附近交變擺動現象、斷裂位置及斷裂面觀察，結合變量泵伺服控制機構結構及工作原理分析，造成反饋連桿斷裂的原因可能有：

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

b） 反饋連桿與電液伺服閥轉向套間的伸縮余量過小，當連桿向一側小角度偏轉時，連桿與轉向套相抗，可造成連桿在應力集中的臺階處斷裂。

c） 伺服機構機械零位與電液伺服閥零位不一致，伺服操縱結束后，電液伺服閥已歸于零位狀態，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，可導致連桿在應力集中的臺階處斷裂。反饋連桿所受剪切力見圖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，針對以上可能原因，逐項進行排除：

a） 伺服主活塞行程測量

啟動圍殼舵ZBYS型變量泵，控制系統轉換到手動操縱，反復操縱伺服控制機構至上浮、下潛極限位置，測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型電液伺服閥產品說明書》規定的20mm±1mm要求[3]。保持手動換向閥處于零位（即A、B腔同時充油），測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。控制系統轉換為伺服操縱，至上浮、下潛極限位置時，行程指示桿的伸出量與手動操縱時伸出量一致，但伺服操縱歸于零位后，舵角指示器在0?～下潛1?間來回擺動，行程指示桿上下往復運動，無法測量。

b） 連桿與轉向套間伸縮余量測量

《CDY2-20G型電液伺服閥產品說明書》要求[3]：反饋連桿總長為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細軸底部臺階處不得高出連接板，伺服活塞位于零位時，反饋連桿與轉向套間伸縮余量應不小于1mm。

經對反饋連桿各個參數的實際測量，測量值均符合上述要求。具體測量結果如下：

1）連桿總長76.28mm;

2）連桿頂端距連接板安裝平面高度9.32mm;

3）Ф3mm細軸底部臺階低于連接板平面1.88mm;

4）連桿與轉向套間伸縮余量1.95mm。

c） 伺服機構機械零位檢查

伺服機構主活塞行程測量時，手動操縱歸零位后，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?間來回擺動，行程指示桿上下往復運動，判斷出伺服機構機械零位與電液伺服閥零位不匹配，存在偏差。隨即利用測量工裝對伺服機構機械零位進行校正測量，零位校正測量時，同時向上下差動閥套的A/B腔充入5.0MPa的液壓油，使伺服活塞處于零位 [2]。經測量當斜盤傾角為0 ?時（即機械零位），上下差動閥套處的泄漏量均為10mL/min，伺服主活塞密性均良好，但下閥套相對上閥套移動距離超差0.02mm，即零位時伺服主活塞向上差動閥套偏移0.02mm，具體測量方法見圖3所示。

利用平板對下閥套研磨祛除0.02mm裝配后運行機組，手動操縱及伺服操縱歸零位后，舵角指示器擺動現象及行程指示桿上下往復運動現象均消除，同時手動操作歸零后，圍殼舵上浮跑舵故障消失，下差動閥套祛除部位見圖4所示。

4結束語

造成反饋連桿斷裂的原因是伺服控制機構機械零位與電液伺服閥零位不一致引起的，二者不一致時，伺服操縱歸零后，伺服主活塞在零位與下潛方向交變移動，導致反饋連桿長期承受剪切力而斷裂。該船圍殼舵伺服控制機構自2017年機械零位調整校正后使用至今，反饋連桿未再出現斷裂故障。同時后續該型設備修理后，均進行機械零位校正工作，經過多臺該型設備實際運行驗證，機械零位校正合格后再裝配的機組，均未再出現上述斷裂現象，徹底解決了反饋連桿斷裂故障。

參考文獻：

[1] ZBYS型液控泵使用說明書，北京起重機器廠，1991.

[2] ZBYS-40型液控帶手操變量機構說明書，北京起重機器廠五分廠，2001.

[3] 4JY.553.501.SM? CDY2-20G型電液伺服閥產品說明書，四四一廠，1991.