轮机工程类毕业论文

摘要 3-4 Abstract 4 第1章 绪论 8-17 课题背景及研究的目的和意义 8 舵机及其电液伺服系统概况 8-10 自动舵的发展历史 8-10 电液伺服系统在舵机上的应用 10 控制理论的发展概述 10-16 控制理论的发展 10-11 控制理论在电液伺服控制的应用概况 11-13 神经网络研究概述 13-16 论文的主要工作 16-17 第2章 电液伺服单元工作原理及数学模型 17-28 舵机电液伺服控制单元结构与工作原理 17-19 数学模型的建立 19-26 力矩马达环节建模 19-20 伺服阀环节建模 20-22 液压动力机构建模 22-24 电液伺服控制单元系统模型 24-26 系统模型参数的选取 26 系统模型的稳定性分析 26-27 本章小结 27-28 第3章 电液伺服单元仿真及测试实验 28-44 系统的仿真分析 28-31 电液控制单元实验台构成及其原理 31-34 实验结果及分析 34-41 稳态实验 34-37 动态实验 37-41 实验分析 41 系统的稳态误差分析 41-43 本章小结 43-44 第4章 电液伺服控制单元控制策略的研究 44-61 PID控制器 44-47 标准PID控制原理 44-46 数字PID的增量型算式 46 PID控制器的参数整定 46-47 神经元理论 47-50 神经元模型 48-49 神经元学习规则 49-50 单神经元自适应PID控制器的设计 50-54 单神经元自适应PID控制原理 50-51 采用有监督Hebb学习规则的神经元PID控制器 51-53 改进的神经元自适应PID控制器 53 单神经元自适应PID控制的学习过程 53-54 单神经元自适应PID控制仿真 54-60 本章小结 60-61 结论 61-62 参考文献 62-66 攻读学位期间发表的学术论文 66-68 致谢

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液压舵机故障与排除摘要：液压舵机是船舶重要设备之一,其质量、性能的好坏直接关系到船舶安全航行, 从目前发生的船舶海损事故中分析, 船舶发生海损有相当大的比例是与舵机故障有关的, 所以加强对舵机的检验,及时对舵机出现故障进行排除，保证舵机的正常工作是目前降低事故隐患, 减少海损事故发生的重要途径之一。关键词 液压舵机故障分析 故障排除目录1 液压舵机----------------------------------------------------------1 1．1液压舵机的基本组成及工作原理----------------------------------1 1．2 液压舵机的操纵系统--------------------------------------------12 舵机建造规范的基本要求--------------------------------------------13 液压舵机的常见故障------------------------------------------------1 3．1 无舵---------------------------------------------------------1 3．2 只能单方向操舵-----------------------------------------------1 3．3 舵速太慢-----------------------------------------------------1 3．4 空舵---------------------------------------------------------1 3．5 实际舵角与操舵舵角不符---------------------------------------1 3．6 跑舵---------------------------------------------------------1 3．7 系统超压-----------------------------------------------------14 对舵机的检验和故障排除--------------------------------------------2 4．1 检查应急舵的有效性-------------------------------------------2 4．2 检查舵的运转情况---------------------------------------------2 4．3 检查舵角指示的准确性-----------------------------------------2 4．4 检查舵角限位器的有效性---------------------------------------3 4．5 检查舵的液压系统的密封性能-----------------------------------3 4．6 同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质-------------------35 舵机故障实用诊断技术的基本步骤------------------------------------4 5．1熟悉性能------------------------------------------------------4 5．2调查情况------------------------------------------------------4 5．3现场勘察------------------------------------------------------46 液压舵机的日常维护和保养------------------------------------------57 结论--------------------------------------------------------------98 致谢语------------------------------------------------------------99 参考文献---------------------------------------------------------11 前言 液压舵机的作用是通过控制舵叶偏转来改变船舶的航向，它是船舶甲板机械中最重要的设备。液压舵机发生故障，将直接危及船舶航行安全。因此，如何准确、快速地查找出其故障发生的原因是轮机管理人员修复故障的首要任务。液压舵机因具有体积紧凑、惯性小、运转较平稳等优点，目前已广泛用于各种类型的船舶上。在日常运行中，液压舵机常会出现各种故障。有些故障产生的原因比较明显，易于查找和解决，但是有些则不易立即找出故障的部件和根源，必须根据液压系统的原理．对各个液压元件的结构和性能进行仔细地分析和研究，才能逐步找出发生故障的部位，进而迅速排除故障。 1 液压舵机1．1 液压舵机基本组成及工作原理液压舵机主要由液压油泵、推舵油缸、操纵台、蓄能器、油箱、三位四通电磁阀、二位三通电磁阀, 安全阀、溢流阀、舵角发讯器及有关管路、仪表等组成。液压舵机一般采用电动机带动油泵，因而又称电动液压舵机。液压舵机用油液作为传递能量的介质，利用油液的不可压缩性及流量、压力和流向的可控性来实现转舵。舵机通过油泵把机械能转化为油液的压力能，然后通过转舵机构把压力能又转化为机械能，来实现舵的左、右转向。液压舵机由三大部分组成：推舵机构、液压系统与操舵控制系统。推舵机构的作用是将液压能转换成机械能，推动舵叶偏转。液压系统的作用是向舵机提供足够的液压能．并设置所需的保护与控制装置。操舵控制系统的作用有二：一是传递舵令，二是控制操舵精度。[1]1．2 液压舵机的操纵系统 船舶舵机一般都同时装备有驾驶室遥控的随动操舵系统和自动操舵系统，舵机房还设有机旁操舵（非随动操舵）。随动操舵系统：当操舵者发出舵角指令后，不仅可使舵叶按指定方向转动，而且在舵叶转到指令舵角后还能自动停止操舵的系统。自动操舵系统：当船舶长时间沿指定航行时使用，它能在船因风，流及螺旋桨的不对称作用等造成偏航时，靠罗经测知并自动出信号，使操舵装置改变舵角，以使船舶能够自动地保持既定的航向。非随动操舵系统：只能控制舵机的起停和转舵方向，当舵转至所需的舵角时，操舵者必须再次发出停止转舵的信号，才能使舵停转。非随动操舵系统通常即可在驾驶台，也可在舵机房操纵，以备应急操舵或检修，调试舵机之用。舵机遥控系统根据远距离传递操舵信号的方式不同，主要有机械式，液压式和电气式。现代船舶大多采用电气遥控系统。泵控式舵机的电气遥控系统常以伺服液压缸或伺服电机等作为在舵机房的控制元件，去控制舵机主泵的变向变量机构。 2 舵机建造规范基本要求按照钢质海船入级与建造规范对舵机的基本要求，其中主要内容有：1．每艘船舶均应设置1个主操舵装置和1个辅助操舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置，应满足当它们中的1个失效时应不致使另1个也失灵。2．具有足够的强度并能在最大营运前进航速时进行操舵，使舵自任一舷的35°转至另一舷的35°，并且于相同条件下自一舷的35°转至另一舷的30°所需时间不超过28s。3．能在最大营运前进航速的一半但不小于7kn时进行操舵，使舵自一舷的15°转至另一舷的l 5°且需时间不超过60s。4．驾驶室与舵机室之间，应设有通信设施。5．操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备应该与转舵机构本身同步，而不应与舵机的控制相同步。6．舵装置应有保持舵位不动的制动装置。7．当主操舵装置要求动力操作时，应设有1个固定贮油箱，其容量至少足以使1个动力转舵系统包括循环油箱进行再充液。贮油箱应以管路固定连接，使液压系统能在舵机室内便于充液，并应设有液位计。8．应设置两个独立的控制系统，见每个系统均应能在驾驶室控制。但这并不要求设双套操舵手轮或手柄。若控制系统是由液压遥控传动装置组成时，除10000总吨及以上的油船、化学品船、液化气体运输船外，不必设置第2个独立控制系统。9．驾驶室和舵机室应固定展示带有原理框图的适当操作说明。此说明应表明操舵装置控制系统和动力转舵系统的转换程序。10．由1台或几台动力设备组成的每一电动或电动液压操舵装置至少应由主配电板设2路独立馈电线直接供电。但其中的1路可以由三、舵机容易出现的故障。 3 液压舵机的常见故障3．1 无舵该故障的根本原因是主泵没向转舵机构供油或转舵机构不能回油, 撞杆无往复运动。油泵未向转舵机构供油的因素有:(1) 油泵电动机电源断路, 油泵空转, 主油路换向阀未换向, 或转舵机构进回油路旁通。其中油泵空转和换向阀不换向, 主要与操纵系统有关。(2) 操纵油路的工作油压过低或建立不起油压, 远操纵机构传动件的卡死或紧固件的松动、折断或脱落, 追随机构的贮存弹簧张力太小, 或换向阀卡住等, 都会因变量机构仍在中位而导致变向变量泵空转, 因换向阀不能换向而导致定向定量泵的排油直接经换向阀旁通回油箱。(3) 影响操纵油压的主要因素是系统中的阀件, 如旁通阀和限位旁通阀的开启, 溢流阀的调整压力过低或阀芯被污物硌起或节流孔堵塞等。( 4) 造成转舵机构不能回油的原因, 主要是主油路上的液动单向阀不能开启, 或由于未引入控制油, 或是控制活塞卡死。3．2只能单方向转舵(1) 由操纵系统单边不正常引起。例如发送器的交通阀一个处于常开, 操纵油压单边不能建立, 变向变量泵的变量机构仍居中, 泵空转。( 2) 某个限位旁通阀被外物压下, 该侧操纵油路失压, 或换向阀卡死于某一端, 控制主油路的换向阀不能换向, 定向定量泵的排油就无法供入相应的转舵油缸。(3) 主油路中某一安全阀泄漏或某回油侧的液动单向阀不能开启。3．3舵速太慢( 1) 转舵速度的快慢取决于撞杆移动的速度, 即供入转舵机构油缸的油量。供油流量大, 舵速快; 反之, 舵速慢。所以该故障多由主泵的排量不足引起。若不是泵的选配不当, 则可能是因电压过低, 泵的转速下降; 或者补给油箱油位过低、吸入滤器阻塞、吸入截止阀未开足或泵的吸入管路不严密, 破坏了泵的吸入条件; 或泵的有关零件磨损过甚, 内漏严重; 或变量泵的最大排量限制调节不当。( 2) 主油管路或液压件的外漏, 旁通阀和安全阀关闭不严, 也会使转舵速度降低。操纵油路积存空气, 交通阀关闭不及时, 或换向阀的换向速度调得过慢, 必然会延迟主泵开始向转舵机构供油的时间, 使舵来得慢。3．4空舵( 1) 由于液压系统中积存空气、泄漏或发送器的交通阀开度过大所致。若操纵系统积存有空气, 开始转动舵轮时必须先压缩空气, 待系统的压力上升到一定值时, 受动器才动作, 即受动器的动作滞后发送器一定时间, 因而造成舵轮空转一定角度后才来舵。可见, 压缩空气的过程就是舵轮空转的过程, 积存的空气越多, 空舵现象就越严重。( 2) 因操纵系统和动力系统均采用闭式回路, 当存在泄漏时, 油泵(发送器也是手动泵) 从执行机构(受动器或转舵机构) 的一侧吸油, 若有一部分油在泵排出的高压管路上泄漏, 则进入执行机构另一侧的油液推动油缸或撞杆移动所扫过的容积, 就不足以填补被泵吸出的油液的容积, 因而在执行机构的回油侧产生“空穴”。如果补给油箱的油位过低, 系统的补油压力过低或补给阀不能开启, 以致补充油液不及时, 则反向转动舵轮回舵时, 油泵输送的油首先得填充“空穴”, 执行机构的油缸或撞杆才能被推动, 于是产生了空舵现象。( 3) 若发送器交通阀的开度过大, 其关闭势必延后, 开始转动舵轮时, 压力油或经另一交通阀旁通, 或经交通阀和安全阀泄回油箱, 直至交通阀关闭, 受动器才动作, 于是产生了空舵现象。( 4) 主油路中旁通阀或安全阀关闭不严, 也会产生空舵, 管理中不可忽视。( 5) 系统中的空气可能因未完全驱除而积聚, 也可能因发送器、受动器和转舵机构的填料泄漏而渗入。油缸填料的密封性主要靠液压的大小,若发生泄漏, 旋紧压盖往往无济于事, 条件许可最好取出换新, 或修整切平, 使装复后能平服贴紧。3．5实际舵角与操舵角不符( 1) 追随机构调节不当, 以致舵转至操舵要求的舵角时, 油泵的变量机构还未回中, 舵就会因油泵未停止供油而继续偏转, 造成冲舵; 或舵还未转至要求的舵角, 追随机构已把油泵的变量机构拉回中位, 舵因油泵停止供油而停转, 结果造成舵不足。发生这种现象, 追随机构应重新定位。定位时注意两点: ① 舵在正中时, 油泵排量的调零; ②舵在正中时, 保证追随杆与连接杠杆的垂直度。( 2) 对于定向定量泵电液舵机, 若驾驶人员操作不熟练, 易出现冲舵现象。这是由于舵转至要求的舵角时, 主油路的换向阀未及时回中, 舵会因油泵供油未停而继续转动, 从而造成冲舵。这种情况要靠操作的熟练程度才能解决。3．6 跑舵发生跑舵现象可能的原因有三位四通阀、手动换向阀内泄严重油缸或油缸接头外泄严重。3．7 系统超压其可能原因有( 1)卸荷阀或安全阀调定压力过高( 2)卸荷阀或安全阀内先导阀阀座上小孔堵死, 滑阀卡死( 3)单向阀阀芯卡死。 4 对舵机的检验和故障排除 针对舵机容易出现的故障点，船舶安检人员就可以有针对性地开展检查工作。4。1检查应急舵的有效性。按照现代船舶建造规范的要求，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。4。2检查舵的运转情况。在检查舵的运转情况时，一般应有两名船舶安检员相互配合进行。一名安检员在驾驶台发出舵令，另一名安检员在舵机间观察舵机对于舵令的反映。舵机在转舵运行过程中应运转平稳，无杂音无间歇性现象。从一侧满舵运行到另一侧满舵时，应反映灵敏，能够达到28S的时间要求。4。3检查舵角指示的准确性。在舵机上都安装有舵角指示器，舵角指示器是为了正确显示舵叶转动的准确位置，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。当舵角指示器显示不准时，就会影响到驾驶员的对船舶的操纵，使驾驶员的判断产生误差，有可能使船舶发生触碰事故。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。一名安检员在驾驶台观察驾驶台上的检查舵角指示器显示的读数，另一名安检员在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。4。4检查舵角限位器的有效性。舵角限位器是起到了对液压油缸的保护作用。当舵角转动到最大角度时，油缸的活塞继续压缩液油，而舵叶已不再继续偏转，致使油缸内的压力不断增加，容易导致油缸破裂。而舵角限位器的存在就使得当舵角转动到最大角度时触动限位开关，限位开关断开电动机的动力起到了保护油缸的作用。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。4．5检查舵的液压系统的密封性能。舵叶的转动是依靠油缸内液体传递的电动机动力来实现的。所以舵机的液压系统要保证不漏油，不漏气和不积气，才能达到传递液压力的目的。液压系统的密封性能对舵机的正常工作有着非常重要的作用。安检员在检查舵机时，应当注意观察舵机表面和舵机间的地面是否干净整洁、是否存在油污，还应当注意检查油缸表面是否存在修补过的痕迹。在检查液压系统的密封性时，应让船方开动舵机，注意观察舵机液压杆与液压油缸滑动处、液压油缸的其他接缝处是否有液压油渗出的现象。以便正确判断液压系统的密封性能。4．6同时在检查舵机时应注意检查一下液压油的品质。液压油是液压舵机正常工作的媒质，是液压舵机保持良好性能的保证。国际海上人命安全公约（SOLAS）对此有规定：液压操纵的操舵设备应设有能针对该液压系统的形式和设计保持液体清洁的装置。国内的船检规范也有类似的条款规定。可见舵机液压油品质是否良好对于舵机的正常运行确实很重要。液压油的品质受到以下因素的影响，一是液压油在运转过程中，机器磨损下来的金属屑和水分混入到油中，对液压油造成了污染。二是液压油与空气接触会发生氧化反映，油品会渐渐下降，达不到机器性能的要求。这时应当更换液压油。但是由于液压油的价格比较昂贵，因此沿海船舶特别是个体船舶很少有更换液压油的。另外在舵机间的液压油补充油柜中液压油应保持一定的油量储备，这也是在检查过程中应当注意的。5 舵机故障实用诊断技术的基本步骤5．1熟悉性能在分析前应首先熟悉液压舵机的工作原理、运行工况、机械性能和主要技术参数，明确该舵机的结构与管理特点。5．2 调查情况要向现场管理人员仔细地询问平时实际工作情况，一般有六问：一问液压系统工作是否正常，液压泵有无异常现象。=问液压油何时更换过，滤网有吾清洗或更换。三问出事故前调压阀或调速阀是否调节过．有哪些不正常现象。四问出事故前对密封件或液压件是否更换过。五问故障前后液压机械工作出现过哪些不正常现象。六问过去出过哪类故障．是如何排除的。5．3现场勘察如舵机还能运转．应亲自启动，认真地把握好看、昕、摸、闻等环节，以便寻找突破口。1) 察看液压系统工作的真实现象。一般有五看：一一看速度，撞杆的移动速度有无变化(速度快慢取决于进出油缸的油流量)。二看压力，液压系统各测压点的压力值是否正常．有无波动现象(压力大小取决于负载)。三看油液，观察油液是否清洁，是杏变质，油位是否够高，油粘度是否符合要求，油的表面是否有泡沫等。四看泄漏，各管接头，阀板结合处，油缸端盖处，液压泵轴封处等是否有渗漏、滴漏和油垢。五看振动，撞杆有无振动与爬行现象。2) 用听觉来判别液压系统或泵的工作是否正常。一一般有三听：一听噪声，听听液压泵和系统噪音是否过大：溢流阀等有否尖叫声。二听冲击声，换向阎换向时有否冲击声：撞杆有否撞缸声；液压泵运转时是否有敲击声。三听泄漏声，听油路板内部是否有细微而连续的声音。3) 用手摸运动部件的温升及工作状况。一般有四摸：一摸温升，用手摸泵体外壳、油箱外壁和阀体外壳的温度，若接触1～2秒钟感到烫手，就应检查原因。二摸振动，用手摸运动部件和油管，可感觉到有无振动。三摸爬行，用手摸撞杆有无爬行现象与抖动。四摸松紧度及阀门开关情况，用手检查一下限位开关、紧固螺钉、插销的松紧程度。检查相关阀门如旁通阀等工作状态是否对。4)用感觉器官闻一下油箱中的油液是否有异味。6 液压舵机的日常维护和保养由以上排除故障的过程可以看出，对于高龄船舶由于机器部件的老化失灵随时都有可能导致舵机出现故障。为了尽可能的防止舵机发生故障，从而影响船舶的航行，就要加强对舵机进行日常维护保养。在航行过程中为确保舵机正常运行，值班人员应注意检查以下几点：（1）油位：值班时工作油箱中的油位保持在油位计显示范围约2/3。如果油位降低或油位增高,应该仔细检查是否有漏油处或进入过多的水,然后处理。（2）油温：工作最适合的温度为30－50度，高于50度应使用冷却器。油当油温超过70度时，油液的氧化变质速度就将显著加快，应停止工作，查找原因，加以解决。（3）油压：在主油路中，主泵排出侧油压不高于说明书指定的最大工作油压，主泵吸入侧的油压，不低于由补油条件或吸油条件所确定的正常数值。辅油路中油压应符合设计要求。油压表阀平时应保持关闭，只在检查时打开。（4）滤器：值班时要经常注意滤器前后压差，及时清洗或更换滤芯。若发现滤器里有金属屑，应做出相应的措施，以便处理内部磨损。（5）润滑：油缸柱塞等表面要保持清洁，涂适量的工作油，舵机长时间停用要涂润滑脂。需加油的摩擦部位，工作中应适时适量加油。（6）漏泄：要在值班时检查油缸，油箱，阀件，油管等处是否漏油；舵杆的舵承填料是否渗水，柱塞和柱塞杆表面是否有一层薄油，是否滴油；若滴油，要挑紧压盖或换新V型密封圈。（7）噪音：如有异常声音，应立即查明原因并处理。（8）机械过热：泵和电动机等不应有过热现象。轴承部件的温度，一般比油温高10－20度为正常。（9）阀和固定螺帽：使用中检查各放气阀，旁通阀和截止阀以及固定、连接螺帽，防止因振动而离开正确的位置或松动。（10）必要时测量转舵机构各磨损部位的间隙，校准调试安全阀或其他液压控制阀。电气方面应定期测量绝缘，检查和清洁触头、换向器、检查防止各接头松动。7 结论液压舵机的故障与排除是一个复杂的过程, 不仅检验项目多, 而且试验过程繁杂, 同时试验内容往往缺一不可因此要求检验人员对液压舵机要进行认真、细致的检验实践证明, 液压舵机出现故障, 往往都是因为管理和检验不到位、试验过于粗糙以及遗留问题不解决留下的后遗症, 如果我们平时检验到位, 试验符合要求, 再加上注意对其保养, 那么液压舵机的扭矩大、可靠性高, 寿命长的特点就会显示出来从而减少船舶海损事故的发生。所以我们应加强对液压舵机的检验。8 致谢语

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