甲板机械的自动控制教学课件PPT.ppt
第5章 甲板机械的特点及驱动与控制方式,5-1 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 5-2 船舶电力拖动系统的分类 5-3 船舶起货机的类型及特点 5-4 电动起货机的结构和运行特性,5-1 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法,船舶一般都把锚机，绞缆机，起货机和甲板起重设备统称为甲板机械。目前，船舶的甲板机械大多采用电力拖动自动控制系统和电动液压控制系统。重点阐述电动锚机、电动绞缆机、电动起货机及其控制系统。其次介绍电动液压锚机、绞缆机和起货机的基本工作原理。船舶甲板机械的驱动方式有电动式和液压式两大类。其相应的控制回路为电气控制回路和液压控制回路。在电气控制回路中，目前有些船舶已经把可编程逻辑控制器和单片机引入控制系统中来，使得控制系统更为可靠，操作也更方便。在液压控制回路中，目前为了提高系统的自动化程度，大多采用电子技术和液压技术相结合的电液复合系统，使得电动液压控制系统在船舶甲板机械的驱动及控制方面有了进一步的发展。,1电动甲板机械 电力拖动及控制的甲板机械的种类很多。它们的特点、基本性能及对电力拖动要求是:（1）对电站的要求 甲板机械中有的电动机单机功率占发电机容量的比重较大，所以拖动电动机的起动、制动、运行状态都要考虑到船舶电网参数的变化。电动甲板机械以工作制区分.对于锚机、绞缆机而言，它们属于短时工作制。因系泊绞缆机和锚机存有较大的峰值载荷，尤其锚机“破土”瞬间，其拉力峰值高达额定负荷的1.8倍，因而要求电动机有较大的起动力矩和堵转力矩。船用起货机和大型重吊，能在额定负荷情况下，连续运行30min，且能在1.5倍超载情况下，稳定运行2min，起动转矩可达额定力矩值的2.5倍。对起货机来说，它为重复短时工作制。虽然载荷稳定，但电动机也需要较大的起动转矩，同时它为周期循环间歇作业，因而对电动机负载持续率有明确要求。船用起货机如果配备冷却装置，也可满足长期运行要求。,（2）调速要求 甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机等，但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:10左右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。（3）工作的可靠性要求高 甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船舶的特殊性所决定的。除了要求它们可靠运行外，日常管理和维护还要方便，一旦发生意外故障，则要求受损伤部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持供电和继续运行。,（4）对电气设备的要求对船舶的甲板机电设备有以下几点要求：通用性 同一用途的设备具有同一规格，以保证良好的互换性。抗干扰性 目前为了提高船舶自动化程度，减轻劳动强度，改进装置的性能，故采用了电子设备和电力半导体器件，可编程控制器和单片机等。因此必须要抑制各种干扰对电子设备的不良影响，保证系统正常工作。环境条件 要求机电设备能承受船舶在航行中发生的振动和冲击力，环境温度的变化也在考虑之内。,5 起货机对电力拖动控制的基本要求,生产率是起货机的重要指标，“重载低速、轻载高速”,6 对电动机型式的要求,电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一般采用起动力矩大而机械特性软的复励电动机以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式)的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电动机。对发电机电动机（GM）系统的起货机，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获得适用于起货机的下坠特性。此外，要选用转动惯量(或飞轮惯量GD2)小的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗降低。,5-2船舶电力拖动系统的分类,电力拖动种类繁多，以工作电流制式划分，可分为直流和交流两大类;以电力拖动中有无电流变换装置划分，详细划分见表所示。船舶上的调速机械，如电动起货机、锚机等，目前主要采用交流变极调速和直流调速拖动系统。前者的调速性能不如后者，但对船舶机械调速系统的要求，基本上是可以满足。另外，鼠笼式变极电动机结构简单，维护方便，所以船舶上使用较多。目前，大功率晶体管及可控硅在船舶上应用越来越多。采用可控整流器电动机系统，可以省去直流发电机及其原动机，控制系统直接由船舶交流电网供电使整个系统变得简单、可靠。因此，近年来也被不少船舶所采用。电力拖动甲板机械，不论采用哪一种方式，归结起来只有两种运行状态：一种是相对稳定状态，另一种是过渡状态。分析研究船舶甲板机械电力拖动系统的工作过程，必须抓住电动机的机械特性和船舶甲板机械的机械特性。,5-3 船舶起货机的类型及特点,船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分，有电力拖动起货机和电动液压起货机两种。从机械结构的形式来分，主要有吊杆式起货机、回转式起货机（克令吊）和行走（门吊）式起重机几种类型。电动起货机的优点是便于实现自动化和遥控，并且本身振动、噪音较小。可采用多电动机拖动或选用各种类型电动机的固有特性或人为特性来满足起货机对电力拖动提出的要求。因此可设计成紧凑的电力拖动系统。电动起货机的缺点是电气线路较为复杂，在管理和维护方面有一定的要求。电动液压起货机的优点是调速平滑，能实现无级调速，加速时间短，有良好的制动能力，不需要电磁制动器。由于它的调速和换向是在液力机械中进行的，电动机维持恒速不变，因此可采用普通鼠笼式异步电动机，使其控制线路简化。它的缺点是工作效率低，制造精度要求高，油路管道系统复杂，一旦管路破损和漏油不易修复。,5-4 电动起货机的结构和运行特性,起货机由原动机，传动机构和执行机构三部分构成。电动起货机主要由以下三个部分构成：电动机；减速箱和离合器组成的传动机构；卷筒和电磁和机械刹车装置与吊杆等组成的。1 吊杆式起货机 吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，见图。图中有三台电动绞车：1是提升和下降货物的升降绞车；2是吊杆升降的变幅绞车；3是吊杆回转的回转绞车。有两个主令控制器：一个主令控制器用来提升和落货；另一个主令控制器有特殊的结构，将变幅与回转控制合在一个手柄上操作，可按要求同时控制吊杆的升降和回转。这种起货机操作灵活平稳，并且可减少吊杆千斤索的伸缩次数，从而减轻工作强度，提高工作效率。双杆式电动起货机是使用两台起货机，在起货过程中，相互配合进行工作的，见图9-2。在运行时，吊杆不转动，货物水平移动，靠两台起货绞车同时协调工作来完成。,单杆式电动起货机结构图,双杆式电动起货机结构图,2 回转式电动起货机,回转式起货机(克令吊)包括提升、变幅和回转三个主要机构。它可采用电动机拖动，也可以用电动液压装置拖动。,通常可操作两个机构同时运转，也可以操作三个机构同时工作。,3 电动起货机的运行特点及电路控制要求,(1)电动起货机采用三档调速控制，并能实现正反转运行；(2)对电动机设置短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相保护环节等；(3)采用主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活，工作可靠；(4)电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的联锁控制；,第6章船舶直流电动起货机,6-1 直流电动起货机的类型及特点 6-2 三输出直流G-M系统起货机 6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,6-1 直流电动起货机的类型及特点,由于直流电动机有较好的调速性能，完全能满足起货机的要求，所以目前有一些船舶上仍然采用直流电动起货机。1 直流电动起货机的分类直流电动起货机大致可分为以下几种类型：单输出直流发电机电动机（G-M）系统起货机。双输出直流发电机电动机（G-M）系统起货机。三输出直流发电机电动机（G-M）系统起货机。带有磁放大器的直流发电机电动机（G-M）系统起货机。可控硅控制的电动起货机。西门子“LIEBHERR”可控硅控制起货机等。,6-1 直流电动起货机的类型及特点,2各种类型的直流电动机起货机的特点 单输出G-M系统起货机常采用差复激绕组的发电机。两台起货机械的拖动电动机为直流复激电动机。三相鼠笼式异步电动机作为直流发电机的原动机，发电机和电动机的他激绕组由半导体整流器供电，属于改变电动机电源电压的调速系统。由于两台发电机两端通过联轴节联接，常称挑担式的变流机组.见图。该系统控制较简单.,6-1 直流电动起货机的类型及特点,2各种类型的直流电动机起货机的特点 双输出直流发电机电动机（G-M）系统和三输出直流发电机电动机（G-M）系统的起货机在交流船上常被采用。双输出是指发电机有两个输出电路，供电给两个电动机，每一输出电路电压的大小和方向可独立控制，互不相干，见图。而三输出直流发电机电动机（G-M）系统中发电机分别向三台直流电动机供电，组成三套G-M拖动系统，用于回转式（克令吊）起货机，分别完成回转，变幅，起升功能，其控制线路图见图所示。而双输出被用于双杆式起货机中，两者工作性质相同。,特点:M Ge G1 同轴;Ge 直流励磁机;G1 直流双输出发电机;输出带两台直流电动机,6-2三输出直流G-M系统起货机,1 系统的组成（见图6-3，6-4）系统的主要设备有：一台三相交流鼠笼式异步电动机M、一台交流风扇电动机fM及其起动箱;一台三输出的直流发电机；三台执行直流电动机M1，M2，M3；一套整流电路，为其发电机和电动机提供励磁（也有采用励磁机的）;三台电磁制动器;三个主令控制器.整个线路可分为下列几个主要部分：由滑环和电阻组成的克令吊的供电线路，这是因为这种起货机（回转式）必须通过滑动接触供电。三相交流鼠笼式异步电动机M的主回路和控制回路；整流励磁电路。由三输出发电机与三台直流电动机M1，M2，M3组成三套G-M系统主回路。由主令控制器1MK，2MK，3MK与电阻器一起组成的三套G-M系统的励磁控制回路。另外设有钓钩、绳索限位等保护电路。,6-2三输出直流G-M系统起货机,2 系统工作原理三输出直流发电机G-M系统的工作原理与双输出G-M系统基本相同。双输出G-M系统多用于双杆起货机中，而三输出G-M系统被用在旋转式（克令吊）起货机中，来分别拖动三种不同运转方式的机构，所以对三输出G-M系统的输出功率，调速性能等方面有一定的要求。（1）提升机构的G-M系统 由三输出发电机A1，A2两端输出（见图6-3右），与执行电动机M1组成提升机构的G-M系统，通过主令控制器1MK，控制发电机磁场电阻和电动机M1的磁场电阻来得到五种运行速度。合上三相电源主开关K1（见图6-3左），按下起动按钮1Q，使主接触XC控制线圈得电，主触头闭合，三相异步电动机起动运行，同时冷却风机接触器fC有电，触头闭和，风机运转。按下主令控制器面板上的起动按钮2Q（见图6-4上），使失压继电器LYJ得电，一对触点自锁，另一对触点闭和后，使控制线路得电。即失压后控制电路失电。,6-2三输出直流G-M系统起货机,2 系统工作原理 当主令控制器手柄扳到上升一档时（即1MK），使得1ZC线圈有电吸合，励磁回路接通，同时1C1线圈得电吸合，把励磁回路的全部电阻都串入，此时励磁电流最小，所以发电机输出的电压低。由于电压低，使得电动机M1在低速运行。同时1MK7使1ZDC线圈得电，松开电磁制动器。逐档扳动主令控制器1MK手柄至二、三、四档，就使得1C2，1C3，1C4分别得电，来短接不同的励磁回路电阻，使发电机电压升高，电动机转速也升高。,6-2三输出直流G-M系统起货机,当扳到上升第五档时（即1MK6），发电机的磁场无变化，但1MK6使1FLC失电，使常开触点断开，串入电动机的励磁回路，使电动机弱磁（电动机反电势降低）升速，即第五档是由改变电动机励磁电流来达到高速的。当发生负载大于30%的额定负载情况时，1QLJ1负载继电器动作，使得1FLC得电，常开触点闭合，短接，使系统回到第四档运行。同理，下降第五档是使2FLC失电，进行弱磁升速，当负载大于额定负载的25%时，1QLJ2负载继电器动作，使1FC2得电短接，使系统回到第四档运行。,6-2三输出直流G-M系统起货机,当把手柄从第五档快速回到零位时，由于电动机及其机械负荷具有一定的惯性，不能立即停车，此时电动机就成了发电机，当电动机的两端电压为175伏时，电气制动控制继电器ZDJ动作，其常开触点闭和，形成了制动器线圈的放电回路，延迟刹车动作，使电动机继续处在能耗制动状态，同时，也防止制动器在高速状态下制动，延长制动器摩擦片的使用时间。当发生过载时，1GLJ动作，使1ZC失电，使上升操作功能失效，防止发电机和电动机受到损伤。本系统设有机构终点保护装置。当吊钩下降时，若吊钩落地，绳索放松时，限位开关XXK动作，使1FC失电，则发电机的磁场和制动器1ZDQ失电，系统停止运行，起到保护作用。另外，还设有吊钩最高限位开关XWK。,6-2三输出直流G-M系统起货机,回转机构的G-M系统 由三输出发电机的A3、A4两端输出，与执行电动机M2组成回转机构的G-M系统，通过主令控制器2MK，控制发电机的磁场电阻 实现调压调速，可得到左、右旋转的各三种不同速度。另外，左、右回转各有一个极限位置的保护，由限位开关ZXK和YXK来完成。变幅机构的G-M系统由三输出发电机的A5、A6两端输出，与执行电动机M3组成变幅机构的G-M系统。通过主令控制器3MK，来控制发电机的磁场电阻，完成缩幅和伸幅的功能。要注意缩幅和伸幅不同，伸幅时电动机运行在再生制动状态。,6-2三输出直流G-M系统起货机,3常见故障及处理方法（1）上升、下降环节的常见故障 上升和下降各档都不工作。首先应检查零压继电器LYJ是否动作。如果变幅和回转操作都有响应的话，说明LYJ，励磁电源，控制电源都是正常的。假如LYJ动作了，而且各调速继电器都动作，系统还不能起动，就说明励磁回路中电源部分有故障，需要检查熔断器6FU11FU，变压到励磁绕组1TQG之间可能有断路。当LYJ正常动作，励磁电源也正常，还不能起动的话，就应检查M1两端是否有电压，有电压则发电机部分无问题，故障出在电动机，如果无电压，应检查发电机部分，若发电机有电压输出，这时应检查主回路是否有断路的地方。,6-2三输出直流G-M系统起货机,3常见故障及处理方法（2）出现有高速无低速或有低速无高速故障的检查和处理。这种故障一般是由调速电阻断路引起的，如果调速电阻都是好的，则应考虑调速继电器控制回路，继电器的触点开闭不到位，也会出现有的档不来。（3）运行中电动机突然停转。当出现这种故障时，首先应改变操作方式，判断是否限位开关动作。如果限位开关工作状态正常，就应检查主回路，其次检查改变极性方向的接触器是否工作正常。（4）电磁制动器故障检修起货机在运行过程中，起动、停止相当频繁，所以电磁制动器出现故障的频率也较高，例如，电磁制动器控制器控制回路发生断路和短路，时间继电器工作状态的变化，都将会造成电动机堵转的现象。又如在摩擦片碎裂或弹簧断裂和错位，会造成制动器释放不到位，使之制动效果变差，严重者造成电动机堵转等现象。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,起货机是船舶的重要甲板机电设备。这些设备常年暴露在外，如果保养和维修跟不上，难于保证正常使用。因此按照船舶机电设备管理规范，必须定期进行保养和维修，尽量减少故障发生率，延长其使用寿命。1.对直流电动起货机的电气设备进行检查和保养的几个主要方面：（1）要定期查测电机及控制电路的绝缘电阻，使绝缘电阻达到所要求的最低限度（2M）。一旦发现绝缘电阻太低，要立即进行烘潮。要注意检查电气设备的水密情况，发现水密不良应立即采取封堵措施。（2）做好电机、电器的清洁保养工作，确保继电接触器的触头接触良好，及电机整流子的清洁。（3）保持电磁制动器处于良好的使用状态，调整好电磁制动器的间隙，而且保证间隙要均匀。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（1）主令控制器电源开关合上，但电动机不能起动或起动后达不到额定转速。查找故障的原因及方法可按以下步骤进行：电源没送上或者熔断器断路，需检查电源及其回路，查测熔断器。电刷与整流子接触不良或根本就没有接触上，需调节弹簧或更换碳刷，并进行清洁。电刷不在中性线上，检查确认后，重新调正电刷位置。电枢电压低于额定值，提高（发电机或整流电源）电压。电动机轴上负载过大，或传动装置机械卡死，需检查传动装置或减小电动机的负载。电磁刹车没松闸或刹车片间隙太小和变形，查测刹车间隙，检查刹车线圈，排除线圈的开路和短路故障。电枢线圈各联接线中有无短路或接地现象，需查测排除之。磁场线圈短路或接地时，也会出现电动机不能起动或转速低。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（2）电动机运转过程中，转速超过正常转速。查找故障的原因及处理可按以下步骤进行：电枢电压超过额定值，查测确认后，需降低电枢电压到额定值（调发电机励磁或可整流装置的可控硅的触发角）。电动机励磁电流减少过多或励磁电路有短路现象，需查测励磁电路。电刷不在中性线上，确认后调正。电动机冷却不好，并励线圈温度过高也会使电动机转速升高。检修后，并励线圈与串励线圈接反也会使电动机转速升高。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（3）电动机在运转时温升过高。查找故障的原因及处理可按以下步骤进行：电动机工作电压过高，查测确认后，降低电压至额定值。电动机超载运行时间过长，应减少负载。电动机绕组有短路及接地现象，需查测绕组及绝缘电阻。电动机的通风散热情况不良，检查风机和风道。电刷压力太大，确认后调节弹簧。整流子短路，检查、清洁及修理。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（4）电动机内部着火或冒烟。查找故障的原因及处理可按以下步骤进行：电刷下火花过大，查电刷位置及换向器。换向器表面太脏时需清洁。电枢绕组有短路，查电机绕组温度及定子与转子有无摩擦点。电机内部引线接触不良或有短路也会出现火花。电机过载时电流过大，整流子与碳刷间会出现火花。电机绝缘老化，发现过载后应减载，防止电机烧毁。（5）起货机运行中出现振动且运转不平衡。发生这种故障的可能原因是，电机电枢不平衡；齿轮减速箱联接不好；机组中心线没对准；轴弯曲；机组底座不平。需拆装进行静、动平衡实验和机械方面的修理。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（6）电机绝缘太低。出现这种情况的主要原因是天气潮湿或风浪大灌进海水。需要及时烘潮，如一旦电机进海水，可先用淡水冲洗，然后进行烘干，直到满足要求。（7）继电接触器不吸合或吸合后不接通。如果继电接触器不吸合，应首先检查控制电路有电源否，检查熔断器是否烧断，然后检查继电接触器线圈是否断路和短路。最后查机械传动结构。如果继电接触器吸合后触点不通，则可检查触点固紧螺丝有否松动，然后检查触点是否烧毛或变形。（8）主令控制器失灵。发生这种故障的可能原因是控制箱内扇形齿轮各档的位置不对，使该工作的继电器不动作，或者是主令控制器各触点的弹簧螺丝松动造成触点不接触。需检查各档的工作位置，固紧螺丝，清洁触头，调正触点位置。,6-3 直流电动起货机电气设备的常见故障及排除,2.直流电动起货机的常见故障及处理方法如下：（9）起货机刹车失灵。刹车出现故障的可能原因有以下几个方面：控制电路中的时间继电器失灵。如果时间继电器已动作，则问题出在刹车线圈上。如果刹车线圈无故障，就应该检查刹车回路的经济电阻。如果电气方面都正常，就应检查刹车的机械装置是否出现问题，如刹车间隙太大或太小，刹车片的变形，刹车弹簧断裂等。,
