刘克难1 陈成2
1.身份证4102231989****5632
2.身份证4211231990****0070
摘要：为合理配置电液伺服调节器（简称调节器）的启动电流和极位电流以规范调节器的线性响应区，以动力学理论为依据，通过调节器性能试验所测数据间的对比分析，明确影响样机启动电流和极位电流的关键参数为复位弹簧的刚度、预紧力及马达静摩擦转矩，建立调节器试验台的仿真模型，采用NLPQL算法实现关键参数的优化并完成仿真分析。仿真结果表明：优化后的调节器线性响应区更符合性能指标的要求，证明优化设计的有效性。
关键词：船舶舵机电；液伺服调节器；控制性能；优化
1.舵机电液伺服系统的组成和工作原理
舵机电液伺服系统主要由油源、滤器（粗滤器、精滤器）、溢流阀、电液伺服阀和油缸等组成。该系统中电液伺服阀起电信号和液压信号之间的转换作用，同时又起信号放大作用，其性能的优劣对系统的控制精度、系统的稳定性及可靠性影响很大，是系统的核心元件。
该舵机电液伺服系统具有完全相同的左右两套液压回路，在不同工况下可以单机工作也可以双机组并联工作。单机工作时，从油泵P输出的压力油经精滤器F后，清洁的液压油进人串接的电液伺服阀，当电液伺服阀收到来自操舵仪的放大控制电信号时，电液伺服阀的阀心移动，使输出液压能源进人油缸C，使油缸C活塞杆产生位移，从而推动转舵机构，使舵叶转动。舵机转动方向及角度由操舵仪给定信号决定，当舵机到位时，控制信号与反馈信号的偏差为零，放大器没有输出信号，电液伺服阀回到零位（中间位置），舵机便停止在被控制的位置上，系统的压力由溢流阀YR决定。此外，当油箱液位低于某一指定值时，液位继电器KY接通报警，提示管系泄漏或油液自然耗损。当精滤器F2进出口压力差大于0. 35 MPa时，差压继电器KPl接通报警，提示应更换滤芯。
2.调节器样机线性响应范围分析
调节器性能试验过程中发现各调节器样机启动电流和极位电流一致性较差，且各调节器的线性响应区与原样机的线性响应区大小有较大差异，前者影响了调节器性能的一致性，后者则使得调节器的线性响应区段可能不能很好地适应调节器的实际工况。各台调节器启动电流和极位电流值见表 1。根据原样机性能试验实测数据，拟定的调节器性能指标如表 2所示。启动电流实测数据示例见图 1。
表 1 实测启动电流和极位电流汇总表
注：表中 N O . 0样机为日产原样机（下同），其他为自制样机
表 2 调节器启动电流、极位电流及活塞位移性能指标
图 1 N o . 3样机正向启动电流曲线图
通过表 1中各样机性能试验实测启动电流和极位电流的对比分析，可以得出以下结论：
（1）初样机 N o . 1和 N o . 2的启动电流和极位电流都比原样机偏小，即初样机的弹簧刚度或预紧力偏小或它们都偏小。
（2）N o . 3、N o . 4、N o . 5、N o . 6正样机试验前在弹簧部位加了垫片，增大了弹簧的预紧力，启动电流和极位电流都比N o . 1、N o . 2样机大，且普遍比原样机的启动电流大，而极位电流未呈现上述特性，由此可见，这些调节器弹簧刚度偏小，预紧力偏大。
（3）各台调节器的启动电流存在差异，可知，各样机中力矩马达的摩擦力矩也不同，这对调节器响应范围有显著影响，故需规范力矩马达的静摩擦转矩值。
3.安全检查中应掌握的重点
检查舵机的维护保养情况。按照ISM规则及公司ISM体系文件的要求，船舶舵机作为船舶的一个关键性设备，体系文件应规定相应的操作须知及维护保养周期。现场查看相关记录及航海日志和轮机日志可以了解设备是否得到有效维护、保养；操作系统与控制系统是否得到检查与试验；有关船员是否熟悉有关舵机系统的操作和控制，比如手动、自动程序转换和各种条件下的操作等。
检查应急舵的有效性。按照S0IJAS公约的要求，船舶应当具有两套以上操舵装置。一套主推舵装置，一套为辅助（应急）推舵装置。这是为了保证在主推舵装置出现故障时，应急舵仍然可以继续保持舵的有效性，保证船舶的正常航行和安全。对应急舵的检查一般要求船方进行应急舵的实操，观察应急舵是否能够使用，运转是否正常。
检查舵的运转情况。分别运行主操舵装置和辅助操舵装置来检查舵的运转情况，来判断舵机在转舵运行过程中运转是否平稳，有无杂音及间歇性现象。主、辅助操舵装置来操作舵机时，反映是否灵敏，能够达到S0IAS公约规定的时间要求。
检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器，其所显示的角度指数应与驾驶台操舵转向的角度度数相吻合。在检查舵角指示的准确性时，是由两名船舶安检员相互配合进行的。分别在驾驶台观察舵角指示器显示的读数，与舵机间观察舵机上舵角指示器显示的读数。二者应读数相同或在允许偏差内。
检查舵角限位器的有效性。当舵角转动到最大角度时舵角限位器触动限位开关，限位开关断开电动机的动力起到了保护液压油缸的作用。所以安检员在检查检查舵角限位器时，应让船舶驾驶员分别打满左、右舵，观察当舵角转动到最大角度时舵角限位器是否发生作用。否则应当要求船方进行修复。
4.结束语
电液伺服调节器启动电流与极位电流不符合原样机的规范导致调节器线性响应范围小，对调节器复位弹簧进行优化设计并规范力矩马达的摩擦力矩是有效的。优化后的调节器启动电流和极位电流都达到了性能指标的要求，规范了调节器的线性响应范围。
参考文献：
[1]费千. 国外液压舵机发展近况述评[ J ] . 航海技术，2016（1）：34-37.
[2]邓丽霞. 液压舵机电液伺服调节器的性能分析与参数优化[ D ] . 武汉：华中科技大学，2017.
论文作者:刘克难1,陈成2
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第19期
论文发表时间:2018/2/3
标签：调节器论文; 舵机论文; 电流论文; 样机论文; 线性论文; 船舶论文; 滤器论文; 《建筑科技》2017年第19期论文;