论文部分内容阅读
摘要：本文主要从ZBYS型变量泵伺服控制机构结构、工作原理方面对反馈连杆断裂故障进行分析研究，解决了反馈连杆断裂故障。同时，经过实际使用运行验证，伺服控制反馈机构修后经机械零位校正合格再装配的机组，均未再发生反馈连杆断裂故障，对后续该型设备修理、装配具有现实的指导意义。
关键词：变量泵;伺服控制机构;反馈连杆
1引言
ZBYS型变量泵用于某型船的艏艉舵机，以实现定向航行及自/随动、手操等舵机的操纵，具有零位自动找正、操纵灵活、可靠性高等特点[1]。前期，某船围壳舵ZBYS型变量泵伺服控制机构修后使用过程中，反馈连杆在零位附近交变摆动（舵角指示器显示在0?～下潜1?间来回摆动），连续工作20h左右即发生断裂故障，断裂位置在连杆台阶处，断面平齐。连杆断裂后变量泵停机，导致围壳舵无法工作，严重影响到该船的安全航行。为此，本文在以往修理经验的基础上，对反馈连杆断裂故障进行分析研究，并彻底解决了连杆易断裂故障，保证了该型船的安全航行。
2伺服控制机构工作原理及反馈连杆断裂故障分析
2.1伺服控制机构结构及工作原理
ZBYS型变量泵的伺服控制机构为专用设计[2]，包含反馈连杆、主活塞及密封件、上下差动阀套、行程指示杆、连接板等部件，具体结构见图1所示。
变量泵伺服控制机构有两种工作模式：手操操纵和伺服操纵。手操操纵与伺服操纵的转换通过手动换向阀来实现。手操操纵时，手操换向阀控制液压油作用在差动阀套（A腔或B腔）两端，执行部件为差动阀套，实现变量泵的变量。其中，差动阀套由壳体和大小柱塞组成，壳体上有台阶用来限制大柱塞的位置，小柱塞与大柱塞之间无限制。而伺服操纵时，通过反馈连杆位置反馈，电磁控制将液压油作用在伺服主活塞两端（C腔或D腔）完成变量，同时差动阀套两端泄油，大小柱塞退回。
2.2反馈连杆断裂故障分析
通过对反馈连杆工作时在零位附近交变摆动现象、断裂位置及断裂面观察，结合变量泵伺服控制机构结构及工作原理分析，造成反馈连杆断裂的原因可能有：
a） 伺服主活塞行程偏大，主活塞达到极限位置时，电液伺服阀转向套与支架相碰，可造成连杆在应力集中的台阶处断裂。
b） 反馈连杆与电液伺服阀转向套间的伸缩余量过小，当连杆向一侧小角度偏转时，连杆与转向套相抗，可造成连杆在应力集中的台阶处断裂。
c） 伺服机构机械零位与电液伺服阀零位不一致，伺服操纵结束后，电液伺服阀已归于零位状态，但伺服活塞仍偏离零位，连杆处于不垂直位置，受剪切力作用，可导致连杆在应力集中的台阶处断裂。反馈连杆所受剪切力见图2所示。
3反馈连杆断裂故障排除
为彻底解决反馈连杆断裂故障，针对以上可能原因，逐项进行排除：
a） 伺服主活塞行程测量
啟动围壳舵ZBYS型变量泵，控制系统转换到手动操纵，反复操纵伺服控制机构至上浮、下潜极限位置，测量行程指示杆的伸出量分别为10.50mm、50.30mm，则伺服主活塞的行程及理论中位位置分别为19.90mm、30.40mm，行程符合《CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书》规定的20mm±1mm要求[3]。保持手动换向阀处于零位（即A、B腔同时充油），测得行程指示杆的伸出量为30.42mm，与理论中位位置存在偏差，舵角指示器显示向上浮方向跑舵。控制系统转换为伺服操纵，至上浮、下潜极限位置时，行程指示杆的伸出量与手动操纵时伸出量一致，但伺服操纵归于零位后，舵角指示器在0?～下潜1?间来回摆动，行程指示杆上下往复运动，无法测量。
b） 连杆与转向套间伸缩余量测量
《CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书》要求[3]：反馈连杆总长为76.5mm±0.25mm;反馈连杆安装后，顶端距连接板安装平面高度不大于11.3mm;连杆Ф3mm细轴底部台阶处不得高出连接板，伺服活塞位于零位时，反馈连杆与转向套间伸缩余量应不小于1mm。
经对反馈连杆各个参数的实际测量，测量值均符合上述要求。具体测量结果如下：
1）连杆总长76.28mm;
2）连杆顶端距连接板安装平面高度9.32mm;
3）Ф3mm细轴底部台阶低于连接板平面1.88mm;
4）连杆与转向套间伸缩余量1.95mm。
c） 伺服机构机械零位检查
伺服机构主活塞行程测量时，手动操纵归零位后，舵角指示器显示向上浮方向跑舵，而伺服操纵归零位后，舵角指示器在0?～下潜1?间来回摆动，行程指示杆上下往复运动，判断出伺服机构机械零位与电液伺服阀零位不匹配，存在偏差。随即利用测量工装对伺服机构机械零位进行校正测量，零位校正测量时，同时向上下差动阀套的A/B腔充入5.0MPa的液压油，使伺服活塞处于零位 [2]。经测量当斜盘倾角为0 ?时（即机械零位），上下差动阀套处的泄漏量均为10mL/min，伺服主活塞密性均良好，但下阀套相对上阀套移动距离超差0.02mm，即零位时伺服主活塞向上差动阀套偏移0.02mm，具体测量方法见图3所示。
利用平板对下阀套研磨祛除0.02mm装配后运行机组，手动操纵及伺服操纵归零位后，舵角指示器摆动现象及行程指示杆上下往复运动现象均消除，同时手动操作归零后，围壳舵上浮跑舵故障消失，下差动阀套祛除部位见图4所示。
4结束语
造成反馈连杆断裂的原因是伺服控制机构机械零位与电液伺服阀零位不一致引起的，二者不一致时，伺服操纵归零后，伺服主活塞在零位与下潜方向交变移动，导致反馈连杆长期承受剪切力而断裂。该船围壳舵伺服控制机构自2017年机械零位调整校正后使用至今，反馈连杆未再出现断裂故障。同时后续该型设备修理后，均进行机械零位校正工作，经过多台该型设备实际运行验证，机械零位校正合格后再装配的机组，均未再出现上述断裂现象，彻底解决了反馈连杆断裂故障。
参考文献：
[1] ZBYS型液控泵使用说明书，北京起重机器厂，1991.
[2] ZBYS-40型液控带手操变量机构说明书，北京起重机器厂五分厂，2001.
[3] 4JY.553.501.SM CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书，四四一厂，1991.
关键词：变量泵;伺服控制机构;反馈连杆
1引言
ZBYS型变量泵用于某型船的艏艉舵机，以实现定向航行及自/随动、手操等舵机的操纵，具有零位自动找正、操纵灵活、可靠性高等特点[1]。前期，某船围壳舵ZBYS型变量泵伺服控制机构修后使用过程中，反馈连杆在零位附近交变摆动（舵角指示器显示在0?～下潜1?间来回摆动），连续工作20h左右即发生断裂故障，断裂位置在连杆台阶处，断面平齐。连杆断裂后变量泵停机，导致围壳舵无法工作，严重影响到该船的安全航行。为此，本文在以往修理经验的基础上，对反馈连杆断裂故障进行分析研究，并彻底解决了连杆易断裂故障，保证了该型船的安全航行。
2伺服控制机构工作原理及反馈连杆断裂故障分析
2.1伺服控制机构结构及工作原理
ZBYS型变量泵的伺服控制机构为专用设计[2]，包含反馈连杆、主活塞及密封件、上下差动阀套、行程指示杆、连接板等部件，具体结构见图1所示。
变量泵伺服控制机构有两种工作模式：手操操纵和伺服操纵。手操操纵与伺服操纵的转换通过手动换向阀来实现。手操操纵时，手操换向阀控制液压油作用在差动阀套（A腔或B腔）两端，执行部件为差动阀套，实现变量泵的变量。其中，差动阀套由壳体和大小柱塞组成，壳体上有台阶用来限制大柱塞的位置，小柱塞与大柱塞之间无限制。而伺服操纵时，通过反馈连杆位置反馈，电磁控制将液压油作用在伺服主活塞两端（C腔或D腔）完成变量，同时差动阀套两端泄油，大小柱塞退回。
2.2反馈连杆断裂故障分析
通过对反馈连杆工作时在零位附近交变摆动现象、断裂位置及断裂面观察，结合变量泵伺服控制机构结构及工作原理分析，造成反馈连杆断裂的原因可能有：
a） 伺服主活塞行程偏大，主活塞达到极限位置时，电液伺服阀转向套与支架相碰，可造成连杆在应力集中的台阶处断裂。
b） 反馈连杆与电液伺服阀转向套间的伸缩余量过小，当连杆向一侧小角度偏转时，连杆与转向套相抗，可造成连杆在应力集中的台阶处断裂。
c） 伺服机构机械零位与电液伺服阀零位不一致，伺服操纵结束后，电液伺服阀已归于零位状态，但伺服活塞仍偏离零位，连杆处于不垂直位置，受剪切力作用，可导致连杆在应力集中的台阶处断裂。反馈连杆所受剪切力见图2所示。
3反馈连杆断裂故障排除
为彻底解决反馈连杆断裂故障，针对以上可能原因，逐项进行排除：
a） 伺服主活塞行程测量
啟动围壳舵ZBYS型变量泵，控制系统转换到手动操纵，反复操纵伺服控制机构至上浮、下潜极限位置，测量行程指示杆的伸出量分别为10.50mm、50.30mm，则伺服主活塞的行程及理论中位位置分别为19.90mm、30.40mm，行程符合《CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书》规定的20mm±1mm要求[3]。保持手动换向阀处于零位（即A、B腔同时充油），测得行程指示杆的伸出量为30.42mm，与理论中位位置存在偏差，舵角指示器显示向上浮方向跑舵。控制系统转换为伺服操纵，至上浮、下潜极限位置时，行程指示杆的伸出量与手动操纵时伸出量一致，但伺服操纵归于零位后，舵角指示器在0?～下潜1?间来回摆动，行程指示杆上下往复运动，无法测量。
b） 连杆与转向套间伸缩余量测量
《CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书》要求[3]：反馈连杆总长为76.5mm±0.25mm;反馈连杆安装后，顶端距连接板安装平面高度不大于11.3mm;连杆Ф3mm细轴底部台阶处不得高出连接板，伺服活塞位于零位时，反馈连杆与转向套间伸缩余量应不小于1mm。
经对反馈连杆各个参数的实际测量，测量值均符合上述要求。具体测量结果如下：
1）连杆总长76.28mm;
2）连杆顶端距连接板安装平面高度9.32mm;
3）Ф3mm细轴底部台阶低于连接板平面1.88mm;
4）连杆与转向套间伸缩余量1.95mm。
c） 伺服机构机械零位检查
伺服机构主活塞行程测量时，手动操纵归零位后，舵角指示器显示向上浮方向跑舵，而伺服操纵归零位后，舵角指示器在0?～下潜1?间来回摆动，行程指示杆上下往复运动，判断出伺服机构机械零位与电液伺服阀零位不匹配，存在偏差。随即利用测量工装对伺服机构机械零位进行校正测量，零位校正测量时，同时向上下差动阀套的A/B腔充入5.0MPa的液压油，使伺服活塞处于零位 [2]。经测量当斜盘倾角为0 ?时（即机械零位），上下差动阀套处的泄漏量均为10mL/min，伺服主活塞密性均良好，但下阀套相对上阀套移动距离超差0.02mm，即零位时伺服主活塞向上差动阀套偏移0.02mm，具体测量方法见图3所示。
利用平板对下阀套研磨祛除0.02mm装配后运行机组，手动操纵及伺服操纵归零位后，舵角指示器摆动现象及行程指示杆上下往复运动现象均消除，同时手动操作归零后，围壳舵上浮跑舵故障消失，下差动阀套祛除部位见图4所示。
4结束语
造成反馈连杆断裂的原因是伺服控制机构机械零位与电液伺服阀零位不一致引起的，二者不一致时，伺服操纵归零后，伺服主活塞在零位与下潜方向交变移动，导致反馈连杆长期承受剪切力而断裂。该船围壳舵伺服控制机构自2017年机械零位调整校正后使用至今，反馈连杆未再出现断裂故障。同时后续该型设备修理后，均进行机械零位校正工作，经过多台该型设备实际运行验证，机械零位校正合格后再装配的机组，均未再出现上述断裂现象，彻底解决了反馈连杆断裂故障。
参考文献：
[1] ZBYS型液控泵使用说明书，北京起重机器厂，1991.
[2] ZBYS-40型液控带手操变量机构说明书，北京起重机器厂五分厂，2001.
[3] 4JY.553.501.SM CDY2-20G型电液伺服阀产品说明书，四四一厂，1991.