1、1某型舰船调距桨控制系统故障修理实例内容摘要：调距桨是近年来出现的一种新型的推进装置，因其固有的性能优势，使其很快在实践中得到广泛的应用，并在船舶应用中不断的进行发展和完善。本文介绍了某型舰船的调距桨螺距控制原理，并且分析了两个关于该调距桨桨角波动的故障现象，着重分析了故障现象的排除方法和原因查找。关键字：调距桨； 螺距； 桨角0 引言近些年来，我国航运事业快速发展，这就对船舶动力性能提出了更高的要求，于是具有优良的动力性，机动性和可靠性的调距桨的应用也就日臻广泛，也对船舶管理人员维护保养设备提出更高的工作要求，对解决调距桨故障问题的能力要求也更高。该舰船调距桨型号：KL42/3-1B 型 连
2、续使用功率：770KW额定功率：755KW最大输出功率：940KW螺距控制精度：1 螺距指示精度：1 1 调距桨螺距控制原理当操纵手把在零位时，即指令信号为零，指令电位器输出电压为零伏，调距桨叶片在零螺距位置。当操纵手把离开零位朝正车或倒车方向转过一个角度时，指令电位器就输出一个与操纵手把转过的角度成正比的信号，该信号输入至控制箱中的故障检测板，检查信号是否正常。如果控制面板操纵头的电位器上连接导线断路或短路，该信号就不正常，故障检测板上的继电器动作，系统发出“控制故障”报警。如果信号正常，则该信号输送至螺距控制板，信号经过放大，输出至控制调距桨液压系统的电液转换元件电磁换向阀，电磁换向阀动作
3、，接通正车或倒车油路，高压油进入调距桨壳内的正车油缸或倒车油缸，推动活塞运动，调距桨桨壳内的调距机构在活塞运动的同时也一起转动，带动桨叶回转。当桨叶转至与驾驶室控制面板操纵头的操纵手把相应的角度位置时，螺距发讯器与活塞机械杆连接，螺距发讯器内的螺距反馈电位器也相应转过一个角度，因此输出一个与螺距发讯器转过的角度成正比的信号，对应的反馈电压信号的大小也可通过螺距发讯板调整。反馈信号输入至控制箱内的故障检测板，检测信号是否正常，如不正常（螺距发讯器内电位器接线断路或短路） ，检测板上的报警继电器动作，发出“控制故障”报警信号，如反馈信号正常，则输入至螺距控制板，在螺距控制板上，反馈信号与指令信号进
4、行比较，当指令信号与反馈信号幅值相等且符号相反时，螺距控制板无信号输出，液压系统中的电磁换向阀恢复至中间位置，切断高压油路，调距桨桨壳内的活塞停止运动，螺旋桨桨叶被固定在该位置上，系统处于稳定工作状态。如果螺距控制面板上的操纵手把不改变位置，调距桨桨叶就一直处于已调定的角度位置，即使有外部干扰如液压系统管路内或配油器、锁止阀的油液漏泄，系统能自动调整至已调定的桨叶角度。如操纵手把改变位置，系统就按上述的过程寻找新的平衡位置，直至调距桨桨叶角度与操纵手把位置相一致。22 故障现象和排除过程2.1 故障现象 12.1.1 故障现象 1 介绍在驾驶室使用“正车” 、 “倒车”按钮操纵调距桨时，当按下
5、“正车”或“倒车”控制按钮的瞬间，调距桨桨角指示表指针向反方向移动约 4 度，而按钮抬起的瞬间，调距桨的桨角指针向前（即向相应增大值方向）跳动约 5 度。2.1.2 故障现象 1 分析通过故障现象表现出来的是螺距桨角指针的显示不稳定，推测可能是电源电压不稳定而造成的“正车”或“倒车”的电位器分压不稳定，而使桨角的指针显示不稳定。2.1.3 故障现象 1 排除过程通过查阅调距桨系统及外围接线图，分析调距桨桨角显示部分控制功能，该故障是由桨角反馈电路控制回路的反馈环节波动造成的。首先，对外围线路进行检查，对接线不实和有松动的螺丝进行紧固。打开螺距反馈发讯器接线盒，给系统送电，使用万用表测量反馈电位
6、器电压，发现零点漂移，调整反馈电位器回到零点。此时，按动“正车” 、 “倒车”按钮，观察螺距指示表的变化，指针仍然存在波动。测量反馈电压，观察其变化，与螺距角度的变化基本上成正比，排除反馈电位器引起该故障。继续排查，螺距反馈信号送入到变距桨控制箱的螺距发讯板。通过测量和观察，其他电路板相互之间有信号的交换。为了排查该故障，需要知道每块电路板工作原理。对照 7 块印刷电路板绘制成原理图进行分析。图 1 螺距发讯板电源原理图 13图 2 螺距发讯板指示原理图 2分析螺距发讯板原理图纸（如图 2） ，螺距指示信号是由螺距发讯器（共两个电位器，一个用于信号控制，另一个用于螺距指示）中的螺距指示电位器发
7、出，送到发讯板的差动信号放大器的输入端（506） 、 （508） ，当螺距变化后，放大器 N1 的同向输入端和反向输入端产生一个差值信号，该差值信号经放大器 N1 放大后，送入输出放大器 N2 再次信号放大，经不同电位器送到各自的螺距指示表。电位计 RP8、RP9 、RP10 用于螺距指示显示的增益调节。给系统送电后，使用数字示波器测量螺距发讯板信号处理的各个部分。测量结果是在使用机旁按钮操纵螺距时，输入信号（508 与 506 两端）的波形是平稳变化，而输出信号（XJ1）有跳变现象；测量螺距发讯板的电源信号（螺距发讯板原理图 1） ，操纵螺距时，在倒车情况下，电源波形比较稳定，而在正车情况下
8、，电源波形发生畸变。测量电源回路的元器件，有些元器件已经老化，把这些老化的元件换成新元件,如稳压集成块 7809、7909 等。系统再次送电后，按动机旁的正车和倒车按钮操纵螺距，螺距指示表指示不稳现象消失。反复调整螺距发讯板的信号放大倍数，调节电位器和每个螺距指示表的调节电位器，使显示与机械指针指示一致。操纵部位转换到驾驶室，使用正车和倒车按钮操纵变距桨，螺距指示表变化平稳，且与机械指针近乎一致，该故障排除。2.2 故障现象 22.2.1 故障现象 2 介绍在驾驶室使用手把操纵调距桨时，向正车方向调整桨角，控制系统工作正常，向倒车方向调整桨角时，桨角有约 5 度的波动。2.2.2 故障现象 2
9、 分析通过故障现象推测可能原因是螺距信号输入与螺距信号反馈之间存在偏差，而使信号输出端有一定的偏差，下面介绍具体排除过程。2.2.2 故障现象 2 排除过程故障 1 排除之后，系统送电后，把操纵部位转换到驾驶室，由按钮操纵转换到手把操纵。手把向正车方向调整桨角，控制系统工作正常，但向倒车方向调整桨角时，桨角有约 5 度的波动现象仍然存在。查看驾驶室手把发讯器输出信号，经过螺距故障检测板放大后送入螺距控制板。螺距发讯器的控制电位器输出信号同样经过螺距故障检测板放大后送入螺距控制板。分析螺距控制板给定信号放大单元原理图（如图 3） ，得知，由驾驶室发讯器的电位器发出正或倒车角度电压信号，经过故障检
10、测板放大后送入到螺距控制板的差动放大器 N1，再逐一经过 N1C、N1D 、NA2 三级信号放大，最后由 XJ2端输出到比较执行电路信号输入端。4图 3 螺距控制板给定信号放大单元原理图参照图 4 分析螺距发讯器的控制信号，螺距发讯器的控制电位器电压信号同样经过螺距故障检测板放大后送入螺距控制板，送入差动放大器 N3LM741，再经过 N4LM741 二级信号放大后，由Port-1 端子输出，与处理后的驾驶室发讯器信号一同送入加法运算放大器做加法运算。图 4 螺距控制板控制信号原理图参照图 5 分析，根据加法运算放大器运算的结果控制两个大功率三极管 N6-TIP132 驱动正车电磁阀，N7-T
11、IP132 一个驱动倒车电磁阀。当运算结果大于 0 时，正车电磁阀工作，螺距向正车方向偏转；当运算结果小于 0 时，倒车电磁阀工作，螺距向倒车方向偏转；当运算结果等于 0 时，正倒车电磁阀均不工作，螺距运动停止。5图 5 螺距控制板输出执行信号原理图根据工作原理，首先调整驾驶室发讯器的电位器和螺距发讯器中的反馈电位器。消除由于发讯和反馈的不准引起的误差。把操纵手把推到零度，打开发讯器后盖，松开电位器的紧固螺丝，给系统送电，使用万用表电压档测量电位器的输出端，旋转电位器，调整到输出的电压为 0V，然后拧紧电位器固定螺丝。对于螺距发讯器中的反馈电位器同样方法，调整到输出的电压为 0V。对电路板进行
12、逐个排查。系统送电后，使用数字示波器观察故障检测板的输入输出信号。输出信号随着输入信号的变化而线性变化。说明故障检测板工作正常。使用数字示波器观察螺距控制板各个测试点(参照图 4)。发讯器控制信号经差动放大器 N3-LM741放大的信号波形正常，但经过第二级放大器 N4-LM741 放大后的波形有畸变。测试第二级放大器外围元件，有电容 C4 损坏，N4 的底座有松动，更换后通电测试，发讯器控制信号在螺距控制板的二级放大信号波形正常，属于正常工作。参照图 3，用示波器观察给定信号放大单元输入输出信号，系统送电后，推动驾驶室操纵手把，观察给定放大单元输入信号即 xp-1/2 与 xp-5/6 两点
13、的波形。逐点测量该放大单元其他各点信号，先是测量 N1 的第 7 脚，再测试 N1 的第 8 脚，发现放大倍数不合适，不符合放大器正常工作范围，调整放大器的反馈元件 RP3 与 RP2 的参数，使放大器的放大倍数符合要求。再次给系统供电，推动驾驶室操纵手把，桨角波动现象减轻。但零点有些漂移，桨角波动幅值还需调小。接下来需要做的工作是各项参数的精细调整。系统送电，操纵手把推到零度，调整控制板正车和倒车信号给定电位器 RP9 与 RP8，使桨角的实际角度在零度。观察桨角波动幅度，调整桨角反馈放大器的正车和倒车反馈幅值以及调整其放大的系数，这是一个反复调整的过程，各项参数均有制约，需要联调。经过反复
14、参数调整，使桨角的波动幅度变得非常小，在允许范围内。故该故障排出。3 总结如果电控系统工作不正常，除前面已由故障检测板检测外部电缆连接情况外，故障检测板还能检测系统跟踪情况和稳态误差的大小。如操纵手把已改变位置，调距桨叶片不改变角度，延时 1.52 秒后，就发出“控制故障”报警，又如操纵手把改变位置，调距桨叶片也改变角度，但与操纵手把所对应的角度误差超过某一范围（一般为系统死区范围） ，故障检测板上报警继电器动作，发出“控制故障”报警，系统发生“控制故障”报警时，相应继电器动作，报警灯闪光。6可用驾驶室控制面板上的正车倒车按钮进行调距桨叶片角度控制，按钮控制调距桨桨叶角度是一种开环系统，在操作时应注意螺距指示表上的指针位置。在机舱操纵箱上螺距控制是用按钮，不过这时并不是“控制故障” ，按钮操作时应密切注意螺距指示表的螺距指示角度。参考文献：【1】李友善主编.自动控制原理. 北京：国防工业出版社 1981.【2】华成英、童诗白主编.模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社 2006.【3】朱正涌编著.半导体集成电路。北京：清华大学出版社 2001.【4】吴运昌编著.模拟集成电路原理与应用.广州：华南理工大学出版社 1995.【5】张纪成主编.电路与电子技术。北京：电子工业出版社 2007.
