电控液压门的优化改造

王科成，宋志伟

(大连旅顺滨海船舶修造有限公司，辽宁 大连 116052)

电控液压门的优化改造

王科成，宋志伟

(大连旅顺滨海船舶修造有限公司，辽宁 大连 116052)

文章分析了某船电控—液压机械系统出现的故障，详细叙述了解决故障的方案和改造的整个过程，不仅满足了使用要求，还进一步优化了整套系统的完整性与操作方便性。

越控；应急停止 ；平衡阀

某船为单层甲板客滚船，该船首尾各设计有钢缆斜拉式收放单体门，每扇单体门质量28 t，大门的中部与钢缆连接固定，大门的底部与船体主甲板通过金属门轴销固定，钢缆的动力端通过单体滑轮与两舷液压操作平台上的液压绞盘固定。单体门两侧分别安装了液压门锁，锁销分别由两舷液压缸推动，锁孔为双道不锈钢板焊接而成。整套系统通过对电控—液压驱动单元的操控来实现钢缆的收/放，进而控制大门的放开与收闭及锁紧。然而整套系统在操作过程中却无法实现预期的功效。船东对此十分不满意，要求对整个系统进行改造，满足船员的使用要求。而设备服务商称改造需要更换整套控制系统，工期大概需要25 d，这是船东与船厂都无法接受的。经过与船东磋商，我厂决定自行优化改造整套系统。

1 电控液压机械系统的组成与介绍

该船配备2套液压动力装置用于驱动绞车，实现绞车的正转与反转，每套装置配有2个泵组，互为备用，主泵组驱动电机功率55 kW，备用泵组驱动电机功率37 kW，泵组转速1 475 r/min，工作压力210.0 MPa，油柜1 200 L。主泵组安装有液压油滤器、冷却器、液位指示器、温度指示器、液位开关、温度开关、滤堵传感器、压力控制阀、安全阀等元件，其中安全阀设定工作压力为22.0 MPa。液压绞车分别安装在左右舷侧，额定载荷为50 kN，额定转速15 r/min，液压马达额定转速为43 r/min，绞车制动力为100 kN, 制动与离合均为手动操作。液压单元除了为绞车提供动力外，同时还为液压门锁系统提供动力，在船体左右舷各设有液压缸1套，液压缸推动锁销，实现对大门的锁紧及固定，同时在锁销上安装有2个接近开关，分别反馈锁门和开锁2个位置的控制信号。驾驶室控制台上分别指示出门锁状态，起到辅助操作的作用。整套系统的控制单元不仅可以对大门进行收/放、开/闭操作，还可以实时监控泵站的运转情况，并设有油位低、油温高、自动停泵的保护功能。另外，船体两舷安装了门碰限位开关，并与主控系统形成电气联锁，对遥控操作收/放大门起到自动保护作用，避免了人为操作事故的发生。整套系统的操作虽然是在驾驶室完成，但是绞车的抱紧装置需要人为手动地在船体两舷绞车平台上操作完成，所以整套系统的操作需要两地3人来完成，为半自动控制系统。

2 操作过程中发现的问题

1)大门在收闭过程中运行速度不均匀，从水平位置开始收闭，整个过程速度逐渐变慢，直到运行至收闭行程的2/3时大门停止不动，无法再使大门收闭到位。

2)大门液压门锁功能失效，液压门锁销与锁孔不对位。想要完成锁门操作需要人为手动在机旁操作液压电磁阀，分别重新调整大门两舷的收/放位置，使液压门锁销与锁孔对位，这样才能够开/闭门锁。然而船东无法接受复杂的操作过程，要求必须满足一人在驾驶室电控操作锁门、开锁功能。

3)根据规范要求，在紧急情况下在任一控制站都可以紧急切断泵站的动力，以保证船员的人身安全。然而整套系统仅仅在驾驶室有一处应急停止装置，该装置只是紧急切断控制回路，对动力系统没有切断功效，这无法满足规范要求。另外船东要求增设本地控制站，在门旁可以电控操作大门的收/放及开/闭门锁。

3 优化设计，实施现场改造

1)针对大门无法收闭到位的问题，按照由简至繁的原则,首先对液压泵站进行了检修，检查了油柜里液压油储量，从油位显示来看满足设计要求。其次观察了泵站工作时的各项参数，其中电动机的运行参数符合工况要求，功率达到53 kW，工作电流93 A，工作电压AC 415 V。但是系统的工作压力达不到设计要求，压力仪表显示工作压力仅有19.8 MPa，与设计工作压力相差1.2 MPa，于是检查了整个管路系统，没有发现异常现象，说明问题可能发生在控制阀件上。经过查阅系统图纸、厂家资料，对每个阀件重新进行检修，并调整了阀组的运行参数值，使系统达到设计的运行参数值，但是在随后的反复实验过程中仍然无法使大门完全收放到位，说明问题不在液压系统中，很有可能存在于大门的整体设计上。经过与相关专业工程师分析研究后发现，液压泵站的设计在理论上需满足大门的重量要求，大门之所以提升不起来很有可能是钢缆与门体的固定位置与角度不对，导致大门升到一定位置时，缆绳的提升力被分解出一部分，导致提升力不足，达不到设计的功效。经过对图纸的重新审核、计算，决定更改大门与钢缆连接眼板的安装位置。经过改造后实现了大门正常的收/放到位，随后的反复试验均没有发现任何异常现象，大门收放不到位的问题圆满解决。

2)由于门控系统设计为半自动操作模式，导致想要完成系统的操作必须要电控和人工手控相结合。系统的动力操作为远程电控，可以通过驾驶室的操控台对艏艉门进行收/放、开/闭控制。绞盘的锁紧装置需要人为手动操作，通过对丝杠的调节来锁紧/放开抱带。电控与手动抱带配合的不协调会导致大门自然下滑，门锁控制失效。调试过程中大门经常锁不上或者开不开门锁。开/闭门锁经常需要4～5人协同操作，浪费了大量的人力，船员对此非常苦恼。为了满足船东的要求，首先对门闭限位进行了重新调整，限位臂尽可能地调节到最佳位置，使其动作准确、快速，避免大门微动而限位不动作的问题发生，但是经过反复试验、调整始终保证不了门闭限位的精准度。船东对此提出了自己的意见，要求修改限位开关的安装位置，提高限位精度。如果把限位开关安装在船体的最顶端，这样一来只有在大门的最顶端与船体完全接触后限位开关才动作，限位的动作会切断大门收/放控制回路,不仅起到了对大门及船体的保护作用，同时锁门销轴也正好与销轴孔板对位，进而可以遥控开/闭门锁。理论上是可以达到预期设想的效果，但是实际上却达不到预期的功效。原因有2点，其一是门销轴与眼板的间隙只有1～2 mm，而限位开关安装达不到如此高的精度，所以说即使移动了限位开关的安装位置也无法保证每次开/闭门销轴都能够准确对位。其二是大门在关闭到位时如果不能够及时地用抱带锁住绞车，绞车会轻微地自动放滑，导致大门略微下放，原本已经对正的门销轴错位，导致大门锁不上，然而这种轻微的动作又不会让限位开关的动作恢复，导致大门遥控操作控制系统无法再提升大门，此时只能够到机旁手动操作提升大门，所以船东提出的改造方案不可行。通过反复地分析研究，导致大门锁不上的根本原因是系统不能长时间地保压，系统泄压后导致绞车自动下滑，要解决此问题必须解决系统泄压的问题。经过对系统的分析，发现导致泄压的原因是平衡阀，反复试验后发现无论如何调整平衡阀都无法避免泄压现象。所以想要解决大门锁不上的问题就得转移思路，从液压原理转移到电气控制原理上。经过反复研究，决定重新设计控制回路，经与船东商定，决定增设限位越控功能，当门锁失效时，通过越控功能隔离限位开关，这样就可以遥控调整大门收/放位置,即使系统泄压也可以遥控开/闭门锁。改造方案很简单，在左右大门限位开关触点上分别并联一个隔离开关，当限位开关动作时通过并联的越控开关把它隔离出去，这样就可以再次分别对左右大门进行独立地收闭操作，直到大门两舷被锁上为止。此改造方案简单、经济、高效、适用，得到了船东的认可，也消除了船员繁琐地操作所带来的苦恼。

3)为了满足船东、船检的要求，在原有控制系统的基础上增设了应急停止功能和本地控制、操作综合系统。首先把原有的应急停止功能取消，原设计应急停止只是切断控制回路，把驾驶室控制台的控制系统切断，使之无法对整个大门系统进行操作。实际上对整个泵站的动力系统没有影响，也就是说在驾驶室无法紧急停止电动机的运转，无法停止液压动力，这种设计方案存在安全隐患，当泵站或者管路出现泄露时，将会危及人身安全，造成环境污染。所以决定重新设计应急停止控制回路，使之能够紧急停止泵站的运转，切断整个系统的动力源，起到对整个系统、环境及人身安全的保护作用。改造方案简单易行，在主控制回路内串联一个自锁按钮，当紧急情况时按下按钮会切断泵组的运行，只有人为恢复急停按钮才可以重新启动泵站运转。这样的设计理念也为将来检修工作创造一个安全的环境保障，得到了船东认可与好评。另外，根据船东要求，在原系统上又增设了本地控制站，重新设计了一套控制回路，分别增设了电源指示、门锁指示、门碰限位指示，液压油低位报警、液压油高温报警，大门收/放、开/闭锁，应急停止、越控操作等监控、操作功能。整套控制系统完全可以独立操作，与驾驶室控制系统互为备用，通过泵站主控箱上的转换开关进行控制位置的相互转换，大大提高了操作过程的安全性，船东对此十分满意。

4 结束语

通过本次对电控液压单元系统的优化改造，不仅实现了系统的人性化、智能化的电气操控目的，进一步提升了对电控—液压系统的设计能力，同时也为今后建造类似船舶提供了宝贵的经验。

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，辽宁大连人，工程师，大学本科，主要从事船舶电气设计工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.005

2016-05-12