第05-06章甲板機(jī)械的自動(dòng)控制

第5章甲板機(jī)械的特點(diǎn)及驅(qū)動(dòng)與控制方式§5-1

船舶甲板機(jī)械的特點(diǎn)及驅(qū)動(dòng)與控制方法

§5-2

船舶電力拖動(dòng)系統(tǒng)的分類

§5-3

船舶起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

§5-4

電動(dòng)起貨機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性

§5-1

船舶甲板機(jī)械的特點(diǎn)及驅(qū)動(dòng)與控制方法

船舶一般都把錨機(jī)，絞纜機(jī)，起貨機(jī)和甲板起重設(shè)備統(tǒng)稱為甲板機(jī)械。目前，船舶的甲板機(jī)械大多采用電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)和電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)。重點(diǎn)闡述電動(dòng)錨機(jī)、電動(dòng)絞纜機(jī)、電動(dòng)起貨機(jī)及其控制系統(tǒng)。其次介紹電動(dòng)液壓錨機(jī)、絞纜機(jī)和起貨機(jī)的基本工作原理。船舶甲板機(jī)械的驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)式和液壓式兩大類。其相應(yīng)的控制回路為電氣控制回路和液壓控制回路。在電氣控制回路中，目前有些船舶已經(jīng)把可編程邏輯控制器和單片機(jī)引入控制系統(tǒng)中來(lái)，使得控制系統(tǒng)更為可靠，操作也更方便。在液壓控制回路中，目前為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，大多采用電子技術(shù)和液壓技術(shù)相結(jié)合的電液復(fù)合系統(tǒng)，使得電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)在船舶甲板機(jī)械的驅(qū)動(dòng)及控制方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。1．電動(dòng)甲板機(jī)械

電力拖動(dòng)及控制的甲板機(jī)械的種類很多。它們的特點(diǎn)、基本性能及對(duì)電力拖動(dòng)要求是:（1）對(duì)電站的要求甲板機(jī)械中有的電動(dòng)機(jī)單機(jī)功率占發(fā)電機(jī)容量的比重較大，所以拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)都要考慮到船舶電網(wǎng)參數(shù)的變化。電動(dòng)甲板機(jī)械以工作制區(qū)分.對(duì)于錨機(jī)、絞纜機(jī)而言，它們屬于短時(shí)工作制。因系泊絞纜機(jī)和錨機(jī)存有較大的峰值載荷，尤其錨機(jī)“破土”瞬間，其拉力峰值高達(dá)額定負(fù)荷的1.8倍，因而要求電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)力矩和堵轉(zhuǎn)力矩。船用起貨機(jī)和大型重吊，能在額定負(fù)荷情況下，連續(xù)運(yùn)行30min，且能在1.5倍超載情況下，穩(wěn)定運(yùn)行2min，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定力矩值的2.5倍。對(duì)起貨機(jī)來(lái)說(shuō)，它為重復(fù)短時(shí)工作制。雖然載荷穩(wěn)定，但電動(dòng)機(jī)也需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)它為周期循環(huán)間歇作業(yè)，因而對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載持續(xù)率有明確要求。船用起貨機(jī)如果配備冷卻裝置，也可滿足長(zhǎng)期運(yùn)行要求。（2）調(diào)速要求甲板機(jī)械要求調(diào)速的主要有起貨機(jī)、錨機(jī)和絞纜機(jī)等，但這幾種設(shè)備對(duì)于電力拖動(dòng)的各項(xiàng)調(diào)速指標(biāo)的要求并不高。一般要求調(diào)速范圍在1:8-1:10左右。至于特性的硬度、靜差率以及動(dòng)態(tài)性能方面的指標(biāo)都沒(méi)有特殊的要求。目前在船用交流調(diào)速系統(tǒng)中，起貨機(jī)、錨機(jī)大多采用變極調(diào)速系統(tǒng)。有的船舶起貨機(jī)把可編程控制器和單片機(jī)引入到控制系統(tǒng)中來(lái)，使其調(diào)速系統(tǒng)更為可靠，性能更佳。（3）工作的可靠性要求高甲板機(jī)械及其機(jī)電設(shè)備的高可靠性運(yùn)行，這是由船舶的特殊性所決定的。除了要求它們可靠運(yùn)行外，日常管理和維護(hù)還要方便，一旦發(fā)生意外故障，則要求受損傷部分能迅速恢復(fù)和切除，盡最大可能保持供電和繼續(xù)運(yùn)行。（4）對(duì)電氣設(shè)備的要求對(duì)船舶的甲板機(jī)電設(shè)備有以下幾點(diǎn)要求：①通用性同一用途的設(shè)備具有同一規(guī)格，以保證良好的互換性。②抗干擾性目前為了提高船舶自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改進(jìn)裝置的性能，故采用了電子設(shè)備和電力半導(dǎo)體器件，可編程控制器和單片機(jī)等。因此必須要抑制各種干擾對(duì)電子設(shè)備的不良影響，保證系統(tǒng)正常工作。③環(huán)境條件要求機(jī)電設(shè)備能承受船舶在航行中發(fā)生的振動(dòng)和沖擊力，環(huán)境溫度的變化也在考慮之內(nèi)。5起貨機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)控制的基本要求

生產(chǎn)率是起貨機(jī)的重要指標(biāo)，“重載低速、輕載高速”

6對(duì)電動(dòng)機(jī)型式的要求

電動(dòng)起貨機(jī)必須選用防水式、重復(fù)短期工作制的電動(dòng)機(jī)以適應(yīng)甲板工作條件。直流起貨機(jī)，一般采用起動(dòng)力矩大而機(jī)械特性軟的復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)以承受沖擊負(fù)載，并且能適應(yīng)輕載高速、重載低速的工況。對(duì)交流起貨機(jī)，宜選用起動(dòng)力矩大、轉(zhuǎn)差率高而起動(dòng)電流較小的深槽式(或雙籠式)的變極調(diào)速籠式異步電動(dòng)機(jī)，也可選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)（G—M）系統(tǒng)的起貨機(jī)，宜選用具有差復(fù)勵(lì)繞組的發(fā)電機(jī)，使電動(dòng)機(jī)獲得適用于起貨機(jī)的下墜特性。此外，要選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(或飛輪慣量GD2)小的專用電動(dòng)機(jī)，使起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的能耗降低?！?-2船舶電力拖動(dòng)系統(tǒng)的分類

電力拖動(dòng)種類繁多，以工作電流制式劃分，可分為直流和交流兩大類;以電力拖動(dòng)中有無(wú)電流變換裝置劃分，詳細(xì)劃分見(jiàn)表所示。船舶上的調(diào)速機(jī)械，如電動(dòng)起貨機(jī)、錨機(jī)等，目前主要采用交流變極調(diào)速和直流調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)。前者的調(diào)速性能不如后者，但對(duì)船舶機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)的要求，基本上是可以滿足。另外，鼠籠式變極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，所以船舶上使用較多。目前，大功率晶體管及可控硅在船舶上應(yīng)用越來(lái)越多。采用可控整流器—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可以省去直流發(fā)電機(jī)及其原動(dòng)機(jī)，控制系統(tǒng)直接由船舶交流電網(wǎng)供電使整個(gè)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單、可靠。因此，近年來(lái)也被不少船舶所采用。電力拖動(dòng)甲板機(jī)械，不論采用哪一種方式，歸結(jié)起來(lái)只有兩種運(yùn)行狀態(tài)：一種是相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，另一種是過(guò)渡狀態(tài)。分析研究船舶甲板機(jī)械電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程，必須抓住電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和船舶甲板機(jī)械的機(jī)械特性。

§5-3

船舶起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

船舶起貨機(jī)的類型很多。依據(jù)拖動(dòng)方式來(lái)分，有電力拖動(dòng)起貨機(jī)和電動(dòng)液壓起貨機(jī)兩種。從機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式來(lái)分，主要有吊桿式起貨機(jī)、回轉(zhuǎn)式起貨機(jī)（克令吊）和行走（門(mén)吊）式起重機(jī)幾種類型。電動(dòng)起貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遙控，并且本身振動(dòng)、噪音較小?？刹捎枚嚯妱?dòng)機(jī)拖動(dòng)或選用各種類型電動(dòng)機(jī)的固有特性或人為特性來(lái)滿足起貨機(jī)對(duì)電力拖動(dòng)提出的要求。因此可設(shè)計(jì)成緊湊的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)起貨機(jī)的缺點(diǎn)是電氣線路較為復(fù)雜，在管理和維護(hù)方面有一定的要求。電動(dòng)液壓起貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，加速時(shí)間短，有良好的制動(dòng)能力，不需要電磁制動(dòng)器。由于它的調(diào)速和換向是在液力機(jī)械中進(jìn)行的，電動(dòng)機(jī)維持恒速不變，因此可采用普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，使其控制線路簡(jiǎn)化。它的缺點(diǎn)是工作效率低，制造精度要求高，油路管道系統(tǒng)復(fù)雜，一旦管路破損和漏油不易修復(fù)?！?-4

電動(dòng)起貨機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性

起貨機(jī)由原動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。電動(dòng)起貨機(jī)主要由以下三個(gè)部分構(gòu)成：電動(dòng)機(jī)；減速箱和離合器組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；卷筒和電磁和機(jī)械剎車(chē)裝置與吊桿等組成的。1．吊桿式起貨機(jī)

吊桿式起貨機(jī)有單桿式和雙桿式兩種。單桿式電動(dòng)起貨機(jī)是一種具有電動(dòng)回轉(zhuǎn)和變幅的起貨機(jī)，見(jiàn)圖。圖中有三臺(tái)電動(dòng)絞車(chē)：1是提升和下降貨物的升降絞車(chē)；2是吊桿升降的變幅絞車(chē)；3是吊桿回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)絞車(chē)。有兩個(gè)主令控制器：一個(gè)主令控制器用來(lái)提升和落貨；另一個(gè)主令控制器有特殊的結(jié)構(gòu)，將變幅與回轉(zhuǎn)控制合在一個(gè)手柄上操作，可按要求同時(shí)控制吊桿的升降和回轉(zhuǎn)。這種起貨機(jī)操作靈活平穩(wěn)，并且可減少吊桿千斤索的伸縮次數(shù)，從而減輕工作強(qiáng)度，提高工作效率。

雙桿式電動(dòng)起貨機(jī)是使用兩臺(tái)起貨機(jī)，在起貨過(guò)程中，相互配合進(jìn)行工作的，見(jiàn)圖9-2。在運(yùn)行時(shí)，吊桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，貨物水平移動(dòng)，靠?jī)膳_(tái)起貨絞車(chē)同時(shí)協(xié)調(diào)工作來(lái)完成。

單桿式電動(dòng)起貨機(jī)結(jié)構(gòu)圖

雙桿式電動(dòng)起貨機(jī)結(jié)構(gòu)圖2回轉(zhuǎn)式電動(dòng)起貨機(jī)

回轉(zhuǎn)式起貨機(jī)(克令吊)包括提升、變幅和回轉(zhuǎn)三個(gè)主要機(jī)構(gòu)。它可采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，也可以用電動(dòng)液壓裝置拖動(dòng)。

通常可操作兩個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以操作三個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)工作。

3電動(dòng)起貨機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及電路控制要求

(1)電動(dòng)起貨機(jī)采用三檔調(diào)速控制，并能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；(2)對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)置短路、過(guò)載、繞組過(guò)熱、失壓欠壓、缺相保護(hù)環(huán)節(jié)等；(3)采用主令控制器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作，以保證起貨機(jī)操作靈活，工作可靠；(4)電動(dòng)機(jī)要求有通風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并設(shè)置風(fēng)道的風(fēng)門(mén)對(duì)風(fēng)機(jī)和起貨電動(dòng)機(jī)之間的聯(lián)鎖控制；第6章船舶直流電動(dòng)起貨機(jī)

§6-1

直流電動(dòng)起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

§6-2

三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機(jī)

§6-3

直流電動(dòng)起貨機(jī)電氣設(shè)備的常見(jiàn)故障及排除

§6-1

直流電動(dòng)起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

由于直流電動(dòng)機(jī)有較好的調(diào)速性能，完全能滿足起貨機(jī)的要求，所以目前有一些船舶上仍然采用直流電動(dòng)起貨機(jī)。1．直流電動(dòng)起貨機(jī)的分類直流電動(dòng)起貨機(jī)大致可分為以下幾種類型：①單輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)起貨機(jī)。②雙輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)起貨機(jī)。③三輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)起貨機(jī)。④帶有磁放大器的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)起貨機(jī)。⑤可控硅控制的電動(dòng)起貨機(jī)。⑥西門(mén)子“LIEBHERR”可控硅控制起貨機(jī)等?！?-1

直流電動(dòng)起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

2．各種類型的直流電動(dòng)機(jī)起貨機(jī)的特點(diǎn)

單輸出G-M系統(tǒng)起貨機(jī)常采用差復(fù)激繞組的發(fā)電機(jī)。兩臺(tái)起貨機(jī)械的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)為直流復(fù)激電動(dòng)機(jī)。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的他激繞組由半導(dǎo)體整流器供電，屬于改變電動(dòng)機(jī)電源電壓的調(diào)速系統(tǒng)。由于兩臺(tái)發(fā)電機(jī)兩端通過(guò)聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接，常稱挑擔(dān)式的變流機(jī)組.見(jiàn)圖。該系統(tǒng)控制較簡(jiǎn)單.

§6-1

直流電動(dòng)起貨機(jī)的類型及特點(diǎn)

2．各種類型的直流電動(dòng)機(jī)起貨機(jī)的特點(diǎn)雙輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)和三輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)的起貨機(jī)在交流船上常被采用。雙輸出是指發(fā)電機(jī)有兩個(gè)輸出電路，供電給兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，每一輸出電路電壓的大小和方向可獨(dú)立控制，互不相干，見(jiàn)圖。而三輸出直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)（G-M）系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)分別向三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)供電，組成三套G-M拖動(dòng)系統(tǒng)，用于回轉(zhuǎn)式（克令吊）起貨機(jī)，分別完成回轉(zhuǎn)，變幅，起升功能，其控制線路圖見(jiàn)圖所示。而雙輸出被用于雙桿式起貨機(jī)中，兩者工作性質(zhì)相同。

特點(diǎn):MGeG1同軸;Ge直流勵(lì)磁機(jī);G1直流雙輸出發(fā)電機(jī);輸出帶兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)§6-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機(jī)1系統(tǒng)的組成（見(jiàn)圖6-3，6-4）系統(tǒng)的主要設(shè)備有：一臺(tái)三相交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)M、一臺(tái)交流風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)fM及其起動(dòng)箱;一臺(tái)三輸出的直流發(fā)電機(jī)；三臺(tái)執(zhí)行直流電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3；一套整流電路，為其發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)提供勵(lì)磁（也有采用勵(lì)磁機(jī)的）;三臺(tái)電磁制動(dòng)器;三個(gè)主令控制器.整個(gè)線路可分為下列幾個(gè)主要部分：由滑環(huán)和電阻組成的克令吊的供電線路，這是因?yàn)檫@種起貨機(jī)（回轉(zhuǎn)式）必須通過(guò)滑動(dòng)接觸供電。三相交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)M的主回路和控制回路；整流勵(lì)磁電路。由三輸出發(fā)電機(jī)與三臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)M1，M2，M3組成三套G-M系統(tǒng)主回路。由主令控制器1MK，2MK，3MK與電阻器一起組成的三套G-M系統(tǒng)的勵(lì)磁控制回路。另外設(shè)有釣鉤、繩索限位等保護(hù)電路?！?-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機(jī)2系統(tǒng)工作原理三輸出直流發(fā)電機(jī)G-M系統(tǒng)的工作原理與雙輸出G-M系統(tǒng)基本相同。雙輸出G-M系統(tǒng)多用于雙桿起貨機(jī)中，而三輸出G-M系統(tǒng)被用在旋轉(zhuǎn)式（克令吊）起貨機(jī)中，來(lái)分別拖動(dòng)三種不同運(yùn)轉(zhuǎn)方式的機(jī)構(gòu)，所以對(duì)三輸出G-M系統(tǒng)的輸出功率，調(diào)速性能等方面有一定的要求。（1）提升機(jī)構(gòu)的G-M系統(tǒng)

由三輸出發(fā)電機(jī)A1，A2兩端輸出（見(jiàn)圖6-3右），與執(zhí)行電動(dòng)機(jī)M1組成提升機(jī)構(gòu)的G-M系統(tǒng)，通過(guò)主令控制器1MK，控制發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電阻和電動(dòng)機(jī)M1的磁場(chǎng)電阻來(lái)得到五種運(yùn)行速度。合上三相電源主開(kāi)關(guān)K1（見(jiàn)圖6-3左），按下起動(dòng)按鈕1Q，使主接觸XC控制線圈得電，主觸頭閉合，三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)冷卻風(fēng)機(jī)接觸器fC有電，觸頭閉和，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下主令控制器面板上的起動(dòng)按鈕2Q（見(jiàn)圖6-4上），使失壓繼電器LYJ得電，一對(duì)觸點(diǎn)自鎖，另一對(duì)觸點(diǎn)閉和后，使控制線路得電。即失壓后控制電路失電。§6-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機(jī)2系統(tǒng)工作原理當(dāng)主令控制器手柄扳到上升一檔時(shí)（即1MK），使得1ZC線圈有電吸合，勵(lì)磁回路接通，同時(shí)1C1線圈得電吸合，把勵(lì)磁回路的全部電阻都串入，此時(shí)勵(lì)磁電流最小，所以發(fā)電機(jī)輸出的電壓低。由于電壓低，使得電動(dòng)機(jī)M1在低速運(yùn)行。同時(shí)1MK7使1ZDC線圈得電，松開(kāi)電磁制動(dòng)器。

逐檔扳動(dòng)主令控制器1MK手柄至二、三、四檔，就使得1C2，1C3，1C4分別得電，來(lái)短接不同的勵(lì)磁回路電阻，使發(fā)電機(jī)電壓升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也升高?！?-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機(jī)

當(dāng)扳到上升第五檔時(shí)（即1MK6），發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)無(wú)變化，但1MK6使1FLC失電，使常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，串入電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁回路，使電動(dòng)機(jī)弱磁（電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)降低）升速，即第五檔是由改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流來(lái)達(dá)到高速的。當(dāng)發(fā)生負(fù)載大于30%的額定負(fù)載情況時(shí)，1QLJ1負(fù)載繼電器動(dòng)作，使得1FLC得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，短接，使系統(tǒng)回到第四檔運(yùn)行。同理，下降第五檔是使2FLC失電，進(jìn)行弱磁升速，當(dāng)負(fù)載大于額定負(fù)載的25%時(shí)，1QLJ2負(fù)載繼電器動(dòng)作，使1FC2得電短接，使系統(tǒng)回到第四檔運(yùn)行。

§6-2三輸