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(1.武漢船用機械有限責(zé)任公司,武漢 430084;2.福建省東南造船廠,茂名 350015)
調(diào)距槳作為做為船舶航行過程中的重要推進(jìn)設(shè)備,具有安全性高、原理復(fù)雜以及制造精密等特點,其安全運行直接關(guān)系到船舶安全。本文討論調(diào)距槳調(diào)試過程中最常見的螺距振蕩現(xiàn)象,分析螺距振蕩產(chǎn)生的原因以及解決方法。
螺距振蕩現(xiàn)象的主要表現(xiàn)為:螺距圍繞在命令螺距附近抖動,當(dāng)減小電控系統(tǒng)螺距控制允許精度時,振蕩加??;增大電控系統(tǒng)螺距控制允許精度時,振蕩減弱,但螺距控制不理想,離給定螺距有較大誤差。
調(diào)距槳往往通過液壓系統(tǒng)推動油缸從而調(diào)整螺距,而螺距調(diào)整的方式多樣。本文主要以目前較為常見的電液比例控制調(diào)整螺距的方式為例。舟山名龍78 m三用工作船調(diào)距槳設(shè)計采用了這種控制方法,即電氣+電磁液壓比例閥。
調(diào)距槳螺距控制電液比例控制的基本液壓原理見圖1。
該型調(diào)距槳液壓系統(tǒng)中,P1為液壓泵組,提供螺距控制過程中所需的液壓油;DT1為電磁比例閥;V1為液壓油缸??刂葡到y(tǒng)通過發(fā)出控制信號調(diào)節(jié)比例閥開口來調(diào)節(jié)液壓油的流量和方向,從而驅(qū)動油缸實現(xiàn)螺距調(diào)整。
圖1 電液比例控制螺距基本原理
液壓系統(tǒng)中,電磁比例閥DT1特性見圖2。
圖2 電磁比例閥特性
該閥為雙線圈電磁閥,接收4~20 mA電流控制信號。理論上,比例閥為線性比例閥,即比例閥開口隨著控制信號的增加線性增大。
12 mA對應(yīng)中位信號,此時比例閥閥芯位于中位。
4~12 mA對應(yīng)倒車螺距信號,控制電磁閥的倒車線圈,控制指令越小,比例閥開口越大,流量越大,螺距調(diào)整越快。
12~20 mA對應(yīng)正車螺距信號,控制電磁閥的正車線圈,控制指令越大,比例閥開口越大,流量越大,螺距調(diào)整越快。
實際應(yīng)用過程中,比例閥中位信號往往存在一定死區(qū),比例閥控制信號只有不在死區(qū)范圍內(nèi)時,比例閥才會發(fā)生動作。且比例閥的線性特性并不是嚴(yán)格意義上的線性。同時,比例閥在剛開啟時,其流量往往不為零,有一個最小開啟流量[1]。
而電氣控制系統(tǒng)則采取閉環(huán)的控制方案,如程序控制邏輯,見圖3。
E-目標(biāo)螺距與實際螺距之間的誤差;E1-大誤差;E2-螺距允許控制誤差;PZ-螺距控制指令;P1-螺距快速倒車指令;P2-螺距慢速倒車指令;P3-螺距快速正車指令;P4-螺距慢速正車指令;P5-閥芯中位控制信號。
圖3螺距控制邏輯
該控制邏輯僅考慮螺距調(diào)整過程,沒有考慮螺距控制中的其它限制條件。
螺距控制過程為,系統(tǒng)程序在每一個運行周期開始時,實時讀取手柄位置和螺距反饋信號,并進(jìn)行相應(yīng)程序處理后得到螺距目標(biāo)位置PM和螺距實際位置PA,并得出目標(biāo)螺距和實際螺距之間的誤差E。
E=PM-PA
1)當(dāng)E=0時,說明此時螺距實際位置與目標(biāo)位置一致,系統(tǒng)不需要進(jìn)行調(diào)整。
2)當(dāng)E>0時,說明螺距實際位置小于目標(biāo)位置,需要進(jìn)行正車動作。
3)當(dāng)E<0時,說明螺距實際位置大于目標(biāo)位置,需要進(jìn)行倒車動作。
即E≠0時,說明螺距需要調(diào)整。
在E>0的情況下,需要進(jìn)行正車操作。
1)|E|>E1,說明誤差較大,此時發(fā)出快速調(diào)整指令P3,即發(fā)出較大的控制信號使得螺距快速調(diào)整到給定螺距附近。
2)E2<|E| 3)|E| E<0,需要進(jìn)行倒車動作,調(diào)整過程同上述過程,不再進(jìn)行說明。 在螺距調(diào)整過程中,系統(tǒng)僅用到了比例閥的4個開口位置,即兩個快速調(diào)整螺距時的比例閥開口位置以及兩個慢速調(diào)整螺距時的比例閥開口位置。 設(shè)開始時,E>0且E2<|E| 若ΔP1足夠大,大到本次調(diào)整后ΔP1>ΔP+E2,則會出現(xiàn)E<0且|E|>E2。此時,需要進(jìn)行倒車動作。慢速倒車過程中,系統(tǒng)接收慢速倒車動作指令P2。 如若調(diào)整后的螺距調(diào)整量為ΔP2,且ΔP2大到滿足E>0且E2<|E| 由上分析可知,螺距振蕩產(chǎn)生的原因為:比例閥精度與電氣控制系統(tǒng)允許精度之間的關(guān)系沒有匹配正確,導(dǎo)致系統(tǒng)每次慢速調(diào)整時的螺距調(diào)整量過大,系統(tǒng)需要回調(diào),從而出現(xiàn)振蕩。 1)減小慢速調(diào)整時的控制指令P2和P4,使得每次調(diào)整的螺距足夠小,小到每次調(diào)整時僅向一個方向(即正車或者倒車方向)進(jìn)行調(diào)整,直到|E| 2)增大系統(tǒng)允許誤差E2,使得ΔP1<ΔP+E2,當(dāng)E2足夠大時,系統(tǒng)不會出現(xiàn)振蕩。但E2過大的后果是系統(tǒng)誤差增大,螺距無法控制在系統(tǒng)運行誤差范圍內(nèi)。 因此,解決螺距振蕩問題,需要比例閥慢速控制信號與系統(tǒng)允許誤差之間的關(guān)系匹配,方法如下。 1)通過試驗方法檢測電磁比例閥最小開口時的正車起動電流I1、最小開口時的倒車起動電流I2以及閥芯中位電流I3。 2)修改程序,使得慢速正車控制信號和慢速倒車控制信號P4和P2對應(yīng)I1和I2,閥芯中位控制信號P5對應(yīng)I3。 3)將程序中的控制允許誤差E2調(diào)整至系統(tǒng)允許最大值。 以上措施能夠保證系統(tǒng)調(diào)整螺距過程中,在滿足螺距控制精度的前提下以最小的調(diào)整量慢慢逼近目標(biāo)螺距。試驗過程中,如效果理想,則可適當(dāng)提高系統(tǒng)允許精度;如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)整時間過慢,則適當(dāng)加大P2和P4指令值。 采用上述方法使舟山民龍78 m三用工作船調(diào)距槳項目的調(diào)試過程中所出現(xiàn)的螺距振蕩問題得到有效解決。 以上僅僅從電氣控制角度提出了螺距振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及解決方法。如上述方法仍然不能解決問題,則需要從其它方面尋找原因。如液壓油存在大量空氣;液壓比例閥開口流量過大,不足以滿足系統(tǒng)精度要求;系統(tǒng)存在漏油現(xiàn)象,導(dǎo)致系統(tǒng)壓力無法保持等[2]。而這些問題屬于機械或者液壓方面的制造精度問題,是不能依靠電氣控制系統(tǒng)解決的。 [1] 劉 江.PLC在電液比例控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機電一體化.2008(1):75-77. [2] 鄭士君.船舶液壓系統(tǒng)故障診斷與維修技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1996.2 螺距振蕩起因及解決方案
2.1 螺距振蕩產(chǎn)生的原因
2.2 螺距振蕩的解決方法
3 結(jié)論