某轮艏侧推装置液压伺服单元的工作原理及改进意见

吴海春

（渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105）

引言

船舶侧推装置是安装在船舶水线以下横向套筒中的一种横向推进装置，又称隧道推进器。当船舶通过狭窄水道、进出港口和靠离码头时，航速低，舵效差，转向困难，通过侧推装置可以提高船舶的操纵性和调整船位的能力，省却拖轮的帮助，减少主机起动、换向次数，延长其使用寿命，降低营运成本。艏侧推装置作为现代船舶操纵系统的重要组成部分之一，应用越来越广泛[1-2]。

1 某轮艏侧推装置概述

某轮采用BRUNVOLL公司的FU-45-LCT-1375型电动调距桨式艏侧推装置，由指令单元、总控制单元、电力驱动单元、调距桨和液压伺服单元等组成。艏侧推装置利用电动机作为原动机，通过传动装置带动调距桨转动。调距桨螺距的改变是通过液压伺服单元实现的，液压油经比例换向阀作用于侧推装置的伺服油缸，推动伺服活塞带动桨叶转动，改变螺距，从而获得不同方向及大小的推力[3]。

2 液压伺服单元的组成

液压伺服单元由伺服油泵、比例换向阀、滤器、重力油柜和报警装置等部件组成，用于为艏侧推装置的调距提供液压动力，为传动装置的轴密封提供压力，并对机械装置进行润滑和冷却。

2.1 伺服油泵

伺服油泵是一个具有先导调节阀的变量叶片泵，如图1所示。定子1被固定在大控制活塞2和小控制活塞3之间，小活塞始终承受着系统压力，再加上弹簧的弹力，使定子处于排量最大的初始位置。同时，系统压力还作用在两位三通压力调节阀4上，当系统压力小于压力调节阀的设定压力时，阀的上位通，大活塞侧泄荷。当系统压力达到压力调节阀的设定压力时，阀的下位通，系统压力作用在大活塞侧，由于大活塞截面积约为小活塞面积的2倍，在大活塞的推动下，定子克服小活塞的阻力逐渐回到中间位置，泵的流量也随之减小。当定子完全回到中位时，泵就平衡在零点，流量减为零，此时只有漏油在系统中循环。系统压力可以通过调节旋钮5来设定。

图1 伺服油泵结构

2.2 比例换向阀

比例换向阀是一个“O”型三位四通比例电磁阀，如下页图2所示。无变距信号时，阀工作在中位，锁闭油路和伺服油缸。当接到变距信号时，电信号经过放大作用在比例换向阀的左端或右端，使阀工作在左位或右位。当控制系统失灵时，也可以用一个合适的工具推动比例换向阀末端的球柄，进行机旁手动控制。

2.3 重力油柜

重力油柜为液压伺服单元提供具有一定压力的液压油，如图2所示。油柜上设有液位观察镜，要定期检查油位，使油位保持在所需位置，保证系统能有足够的压力，否则可能造成密封失败。当油位下降到设定值时，低油位报警装置开始报警，此时要及时补油。

2.4 滤器

在液压系统中，一般都设有滤器，对液压油进行过滤，以免油中的杂质磨损传动机构等结合面。滤器应定期进行清洗，否则会被杂质堵塞。为避免滤器堵塞时，系统内的压力持续升高，在滤器旁并联一个单向阀，当压力过高时阀被顶开。此外，还装有滤器报警器，当滤器堵塞，系统压力升高时，发出报警信号。

2.5 报警装置

在液压伺服泵的出口设有一个压力表和低压报警装置，如图2所示，对伺服泵的工作状态进行监控，当伺服泵排压过低时，发出报警信号。在重力油柜的出口“E”管路上设有温度指示器和高温报警，防止调距桨传动装置内的润滑油温度过高。

图2 艏侧推装置液压伺服单元系统图

3 液压伺服单元的工作原理

液压伺服单元主要用来调节调距桨的螺距，该功能主要是通过变量叶片泵和比例换向阀实现的，如图2所示。为建立足够的系统油压，使用艏侧推装置前必须先启动伺服油泵，将泵转到遥控位置，合上控制面板上的主开关，泵将自动启动，并保持转动。液压油在重力作用下由重力油柜的出口C进入伺服液压泵后，经过滤器压入比例换向阀。当控制面板发出正向增加螺距指令后，指令电信号经过运算放大器传给比例换向阀，控制比例换向阀右位通，使液压油经管路S1和桨轴的油道作用于伺服活塞的右侧，伺服活塞左侧的液压油经桨轴的另一油道、管路S2和比例换向阀等回到伺服油泵的吸入口。在压差的作用下推动伺服活塞向左移动，并通过曲柄滑块机构驱动桨叶转动。同时，通过活塞杆驱动反馈杆、反馈链条，将桨叶的动作传给桨叶角发信器，最后传至操纵台的桨叶角指示器。当达到要求的螺距后，调距指令取消，比例换向阀失电回到中位，液压伺服系统进入锁距工况，伺服活塞两侧的液压油被封闭在伺服油缸中，靠液压油的不可压缩性，将桨叶固定在所要求的位置上。此时，伺服油泵依然运转，系统内的压力逐渐升高，当其压力值达到伺服油泵压力调节阀的设定压力时，伺服油泵平衡在零点，流量为零。

在艏侧推装置运行过程中，若调距桨负荷发生变化，系统压力将发生改变，螺距也随之改变。控制系统检测到螺距变化后送来控制信号，控制比例换向阀左位或右位打开一定开度，油泵输出液压油，以一定流量的压力油驱动叶片转动，将螺距恢复到设定值。由于伺服油缸始终处在水线以下，所以回油得到了很好的冷却，不再需要设置专门的冷却装置，使结构变得简单[4-5]。

4 液压伺服单元的改进意见

当某轮艏侧推装置调距桨转动到要求螺距时，液压伺服系统中的比例换向阀失电，电磁阀回到中位，叶片泵处于零位平衡状态，螺距被锁定。此时，液压系统管路始终保持高压状态，容易导致管路接口和液压阀件等处出现泄漏，缩短液压系统的使用寿命，因此，建议对液压伺服单元进行一些改进，如图3所示。首先，将比例换向阀类型改为“Y”型带中位节流的三位四通电磁阀3，并在比例换向阀通往伺服油缸的管路上增设液压锁1，当比例换向阀处于中位时，液压锁代替比例换向阀起到螺距锁定的作用，同时液压锁与比例换向阀间管路里的高压油可以通过比例换向阀的中位节流阀泄往油箱，进行泄压。其次，增设双向锁闭阀2和压力释放阀5，由于阀2里的压力降低，其压力作用在阀5的Y处，当Y处压力和弹簧弹力的合力小于A处的压力时，阀5导通，把液压泵通往比例换向阀之间的高压油直接泄往油箱，进行泄压。当比例换向阀处于左位或右位进行调距操作时，双向锁闭阀2中的压力约等于来自P口的动力油压，这样Y处压力和弹簧力的合力大于A处的压力，阀5关闭，来自伺服泵的动力油通过比例换向阀进入调距桨伺服油缸，进行螺距调节。

图3 艏侧推装置液压伺服单元改进图

5 结语

液压伺服单元作为艏侧推装置中最重要的组成部分，主要用来调节调距桨的螺距。在分析了艏侧推装置液压伺服单元组成和工作原理的基础上，针对液压伺服单元工作过程中系统始终维持高压，易造起漏泄的缺陷，对液压系统进行了改进设计，增设液压锁、双向锁闭阀和压力释放阀，并改用“Y”型三位四通电磁阀作为比例换向阀，力求降低系统在锁距工况下管路的油压，避免引起泄漏，延长使用寿命。