【船机帮】电-液舵机液压锁简介
【船机帮】电-液舵机液压锁简介
俗话说：大海航行靠舵手！可见，舵机对于船舶航行和航向起决定性作用。现代船舶大多使用电动-液压舵机，而电动-液压舵机按控制类型又分为阀控式和泵控式两种。船舶规范规定，舵机由单一故障引起的液压阻塞可能会导致操舵失灵，因此需要设置相应的监控和报警系统。本文将详细介绍电-液舵机液压锁的工作原理及其在三菱FE型和DF型舵机中的具体应用。
1. 何为液压锁（Hydraulic Lock)
阀控式液压舵机在运行过程中三位四通换向阀可能会出现阀芯卡死的状况（即所谓的“液压锁”），为了监控这种情况并能及时发现，在三位四通换向阀的两个控制侧装有位移传感器实时检测阀芯位置（如下图1），当阀芯位置与所要求的舵令位置不一致时，会发出“液压锁定报警”，提醒操作人员注意及采取措施，此为传统意义上的液压锁定。
图1
泵控式液压舵机，舵机通过调节器（如下图2）来控制变向变量泵的偏（心）角方向和角度，从而控制转舵方向和速度，这种舵机无换向阀，不会发生传统意义上的液压锁定。
调节器上的力矩马达接受驾驶台的操舵指令信号来控制变向变量泵的偏心及角度，同时调节器上的差动变压器（LVDT: Linear Variable Differential Transformer )或电磁式传感器（Resolver)将变向变量泵的偏心及角度信号反馈給自动舵，自动舵会对该信号与操舵指令信号进行比较，当反馈的变向变量泵偏心信号与操舵指令信号不一致时，会发生报警，此报警即为泵控式液压舵机的“液压锁定报警”。
图2
2. 三菱FE型电液舵机液压锁介绍
FE21型电动液压舵机的结构和液压原理如下图3和图4所示。
图3
图4
舵机主要由四只液压油缸，2只撞杆，一只舵柄和两套操舵装置组成，变向变量泵和伺服泵放置在油箱内，各阀件及泵控装置集成在油箱上，变向变量泵为斜盘式，未接到操舵指令信号时，变向变量泵斜盘位于零位，无液压油排出，驾驶台发出舵角指令，力矩马达收到操舵指令后控制变向变量泵偏心及角度，使变向变量泵倾斜并排油，变向变量泵的偏角信号通过调节器上的差动变压器（LVDT)进行反馈给自动舵；
当差动变压器反馈的变向变量泵倾角信号与控制系统发出的指令信号不一致时，会发出报警，此报警功能就是“液压锁定报警”，自动舵系统上会发出声光报警，该报警信号显示为“Actuator Fail Alarm” 或”Control Motor Fail Alarm", 不同的自动舵显示的报警名称不一样。
FE型舵机液压锁定报警检测的是变向变量泵的偏角信号，该报警功能在自动舵上显示，自动舵上的液压报警功能仅在自动舵和随动舵时起作用，但在非随动操舵模式（NFU)时，自动舵控制单元是不对差动变压器(LVDT)反馈变向变量泵倾角信号与操舵指令进行比较的，也就是在非随动操舵模式（NFU:Non Follow Up)下，液压锁定报警是不起作用的。
基于此，FE21型液压舵机在设备上增加液压锁定报警功能，使其在非随动操舵时，仍可以对液压锁定进行监测，在舵机本体上额外设计增加了液压锁定报警箱，在泵控制装置（调节器）上额外安装一只位移传感器，通过位移传感器将变向变量泵的偏心信号（模拟量信号）提供给液压锁定检测箱（如图示5和图6），而自动舵将操舵指令信号（左舵、右舵和NFU信号）提供给液压锁定报警箱，液压锁定报警箱内PLC将变向变量泵的偏心信号与自动舵的操舵指令信号进行比较，从而实现液压锁定报警功能。
图5
图6
3. 三菱DF型电液舵机液压锁介绍
DFT-170型电动液压舵机的结构和液压原理如下图7和图8所示。
图7
图8
舵机也主要由四只液压油缸，2只撞杆，一只舵柄和两套操舵装置组成,变向变量泵和伺服泵放置在油箱外，各阀件及泵控装置集成在阀块上，变向变量泵也为斜盘式，未接到操舵指令信号时，变向变量泵斜盘位于零位，无液压油排出，驾驶台发出舵角指令，力矩马达收到操舵指令后控制变向变量泵偏心，使变向变量泵倾斜并排油，变向变量泵的偏角信号通过力矩马达内的电磁传感器（Resolver)进行反馈给自动舵。
当电磁传感器反馈的变向变量泵倾角信号与控制系统发出的指令信号不一致时，会发出报警，此报警功能就是“液压锁定报警”。
而在力矩马达的伺服控制杆的上方装有2只近似开关（Port and Starboard Proximity Switch)（如图9），通过2只近似开关的闭合-断开与自动舵给出左舵或右舵的指令进行对比，判断在非随动操舵时变向变量泵的偏角信号是否与操舵指令信号是否一致，从而实现非随动操舵时液压锁定报警功能。
图9
DFT-170型液压舵机因为将力矩马达的失电也归于液压锁报警项目，所以此类舵机液压锁功能试验只要切断力矩马达的控制电源即可实现。
4. 应急操舵时，液压锁功能处理
由于应急操舵（即舵机间操舵）时，实际的舵角没有反馈至自动舵，对于FE型电液舵机，在本地应急操舵时，应关闭液压锁定报警检测箱电源（此时自动操舵信号关闭，但液压锁定检测箱仍会采集变向变量泵的偏心信号，如不关闭液压锁定检测箱，则必然会发生液压锁定报警），对于DF型电液舵机，因为没有专门的液压报警检测箱，所以没有任何要求。
5. 液压锁发生报警时的处理
泵控型液压舵机液压锁定报警功能仅仅是对操舵信号和舵机反馈信号进行比较，不会发生传统意义上的液压锁定。
如果发生液压锁定报警，只要确认操舵正常，则可以暂时关闭该报警或切换机组，待条件许可时再进行故障排查，对发生故障的液压单元进行故障排查时，可按如下步骤进行：
1）检查舵机操舵是否正常，如操舵正常，则表明液压锁定报警存在问题，检查自动舵操舵信号和传感器信号到液压锁定箱或舵机控制箱是否正常，接线有无松动，液压报警箱或舵机控制箱内的各元件有无损坏。
2）如驾驶台无法操舵，则可能是操舵信号没有传递给舵机或舵机未执行操舵指令，在舵机间内通过力矩马达操舵，观察是否正常。
如舵机间操舵正常，表明自动舵的操舵信号未能传递到舵机上的操舵装置，检查自动舵到舵机间的接线是否正常，自动舵的信号设置是否正确。
参考资料：
武汉船用机械有限责任公司《FE-21型舵机说明书》
江苏政田重工股份有限公司《DFT-170舵机说明书》