第05-06章甲板機械的自動控制

第5章甲板機械的特點及驅(qū)動與控制方式§5-1

船舶甲板機械的特點及驅(qū)動與控制方法

§5-2

船舶電力拖動系統(tǒng)的分類

§5-3

船舶起貨機的類型及特點

§5-4

電動起貨機的結(jié)構(gòu)和運行特性

§5-1

船舶甲板機械的特點及驅(qū)動與控制方法

船舶一般都把錨機，絞纜機，起貨機和甲板起重設(shè)備統(tǒng)稱為甲板機械。目前，船舶的甲板機械大多采用電力拖動自動控制系統(tǒng)和電動液壓控制系統(tǒng)。重點闡述電動錨機、電動絞纜機、電動起貨機及其控制系統(tǒng)。其次介紹電動液壓錨機、絞纜機和起貨機的基本工作原理。船舶甲板機械的驅(qū)動方式有電動式和液壓式兩大類。其相應(yīng)的控制回路為電氣控制回路和液壓控制回路。在電氣控制回路中，目前有些船舶已經(jīng)把可編程邏輯控制器和單片機引入控制系統(tǒng)中來，使得控制系統(tǒng)更為可靠，操作也更方便。在液壓控制回路中，目前為了提高系統(tǒng)的自動化程度，大多采用電子技術(shù)和液壓技術(shù)相結(jié)合的電液復(fù)合系統(tǒng)，使得電動液壓控制系統(tǒng)在船舶甲板機械的驅(qū)動及控制方面有了進一步的發(fā)展。1．電動甲板機械

電力拖動及控制的甲板機械的種類很多。它們的特點、基本性能及對電力拖動要求是:（1）對電站的要求甲板機械中有的電動機單機功率占發(fā)電機容量的比重較大，所以拖動電動機的起動、制動、運行狀態(tài)都要考慮到船舶電網(wǎng)參數(shù)的變化。電動甲板機械以工作制區(qū)分.對于錨機、絞纜機而言，它們屬于短時工作制。因系泊絞纜機和錨機存有較大的峰值載荷，尤其錨機“破土”瞬間，其拉力峰值高達額定負(fù)荷的1.8倍，因而要求電動機有較大的起動力矩和堵轉(zhuǎn)力矩。船用起貨機和大型重吊，能在額定負(fù)荷情況下，連續(xù)運行30min，且能在1.5倍超載情況下，穩(wěn)定運行2min，起動轉(zhuǎn)矩可達額定力矩值的2.5倍。對起貨機來說，它為重復(fù)短時工作制。雖然載荷穩(wěn)定，但電動機也需要較大的起動轉(zhuǎn)矩，同時它為周期循環(huán)間歇作業(yè)，因而對電動機負(fù)載持續(xù)率有明確要求。船用起貨機如果配備冷卻裝置，也可滿足長期運行要求。（2）調(diào)速要求甲板機械要求調(diào)速的主要有起貨機、錨機和絞纜機等，但這幾種設(shè)備對于電力拖動的各項調(diào)速指標(biāo)的要求并不高。一般要求調(diào)速范圍在1:8-1:10左右。至于特性的硬度、靜差率以及動態(tài)性能方面的指標(biāo)都沒有特殊的要求。目前在船用交流調(diào)速系統(tǒng)中，起貨機、錨機大多采用變極調(diào)速系統(tǒng)。有的船舶起貨機把可編程控制器和單片機引入到控制系統(tǒng)中來，使其調(diào)速系統(tǒng)更為可靠，性能更佳。（3）工作的可靠性要求高甲板機械及其機電設(shè)備的高可靠性運行，這是由船舶的特殊性所決定的。除了要求它們可靠運行外，日常管理和維護還要方便，一旦發(fā)生意外故障，則要求受損傷部分能迅速恢復(fù)和切除，盡最大可能保持供電和繼續(xù)運行。（4）對電氣設(shè)備的要求對船舶的甲板機電設(shè)備有以下幾點要求：①通用性同一用途的設(shè)備具有同一規(guī)格，以保證良好的互換性。②抗干擾性目前為了提高船舶自動化程度，減輕勞動強度，改進裝置的性能，故采用了電子設(shè)備和電力半導(dǎo)體器件，可編程控制器和單片機等。因此必須要抑制各種干擾對電子設(shè)備的不良影響，保證系統(tǒng)正常工作。③環(huán)境條件要求機電設(shè)備能承受船舶在航行中發(fā)生的振動和沖擊力，環(huán)境溫度的變化也在考慮之內(nèi)。5起貨機對電力拖動控制的基本要求

生產(chǎn)率是起貨機的重要指標(biāo)，“重載低速、輕載高速”

6對電動機型式的要求

電動起貨機必須選用防水式、重復(fù)短期工作制的電動機以適應(yīng)甲板工作條件。直流起貨機，一般采用起動力矩大而機械特性軟的復(fù)勵電動機以承受沖擊負(fù)載，并且能適應(yīng)輕載高速、重載低速的工況。對交流起貨機，宜選用起動力矩大、轉(zhuǎn)差率高而起動電流較小的深槽式(或雙籠式)的變極調(diào)速籠式異步電動機，也可選用繞線式異步電動機。對發(fā)電機—電動機（G—M）系統(tǒng)的起貨機，宜選用具有差復(fù)勵繞組的發(fā)電機，使電動機獲得適用于起貨機的下墜特性。此外，要選用轉(zhuǎn)動慣量(或飛輪慣量GD2)小的專用電動機，使起動和制動過程中的能耗降低?！?-2船舶電力拖動系統(tǒng)的分類

電力拖動種類繁多，以工作電流制式劃分，可分為直流和交流兩大類;以電力拖動中有無電流變換裝置劃分，詳細(xì)劃分見表所示。船舶上的調(diào)速機械，如電動起貨機、錨機等，目前主要采用交流變極調(diào)速和直流調(diào)速拖動系統(tǒng)。前者的調(diào)速性能不如后者，但對船舶機械調(diào)速系統(tǒng)的要求，基本上是可以滿足。另外，鼠籠式變極電動機結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，所以船舶上使用較多。目前，大功率晶體管及可控硅在船舶上應(yīng)用越來越多。采用可控整流器—電動機系統(tǒng)，可以省去直流發(fā)電機及其原動機，控制系統(tǒng)直接由船舶交流電網(wǎng)供電使整個系統(tǒng)變得簡單、可靠。因此，近年來也被不少船舶所采用。電力拖動甲板機械，不論采用哪一種方式，歸結(jié)起來只有兩種運行狀態(tài)：一種是相對穩(wěn)定狀態(tài)，另一種是過渡狀態(tài)。分析研究船舶甲板機械電力拖動系統(tǒng)的工作過程，必須抓住電動機的機械特性和船舶甲板機械的機械特性。

§5-3

船舶起貨機的類型及特點

船舶起貨機的類型很多。依據(jù)拖動方式來分，有電力拖動起貨機和電動液壓起貨機兩種。從機械結(jié)構(gòu)的形式來分，主要有吊桿式起貨機、回轉(zhuǎn)式起貨機（克令吊）和行走（門吊）式起重機幾種類型。電動起貨機的優(yōu)點是便于實現(xiàn)自動化和遙控，并且本身振動、噪音較小。可采用多電動機拖動或選用各種類型電動機的固有特性或人為特性來滿足起貨機對電力拖動提出的要求。因此可設(shè)計成緊湊的電力拖動系統(tǒng)。電動起貨機的缺點是電氣線路較為復(fù)雜，在管理和維護方面有一定的要求。電動液壓起貨機的優(yōu)點是調(diào)速平滑，能實現(xiàn)無級調(diào)速，加速時間短，有良好的制動能力，不需要電磁制動器。由于它的調(diào)速和換向是在液力機械中進行的，電動機維持恒速不變，因此可采用普通鼠籠式異步電動機，使其控制線路簡化。它的缺點是工作效率低，制造精度要求高，油路管道系統(tǒng)復(fù)雜，一旦管路破損和漏油不易修復(fù)?！?-4

電動起貨機的結(jié)構(gòu)和運行特性

起貨機由原動機，傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)三部分構(gòu)成。電動起貨機主要由以下三個部分構(gòu)成：電動機；減速箱和離合器組成的傳動機構(gòu)；卷筒和電磁和機械剎車裝置與吊桿等組成的。1．吊桿式起貨機

吊桿式起貨機有單桿式和雙桿式兩種。單桿式電動起貨機是一種具有電動回轉(zhuǎn)和變幅的起貨機，見圖。圖中有三臺電動絞車：1是提升和下降貨物的升降絞車；2是吊桿升降的變幅絞車；3是吊桿回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)絞車。有兩個主令控制器：一個主令控制器用來提升和落貨；另一個主令控制器有特殊的結(jié)構(gòu)，將變幅與回轉(zhuǎn)控制合在一個手柄上操作，可按要求同時控制吊桿的升降和回轉(zhuǎn)。這種起貨機操作靈活平穩(wěn)，并且可減少吊桿千斤索的伸縮次數(shù)，從而減輕工作強度，提高工作效率。

雙桿式電動起貨機是使用兩臺起貨機，在起貨過程中，相互配合進行工作的，見圖9-2。在運行時，吊桿不轉(zhuǎn)動，貨物水平移動，靠兩臺起貨絞車同時協(xié)調(diào)工作來完成。

單桿式電動起貨機結(jié)構(gòu)圖

雙桿式電動起貨機結(jié)構(gòu)圖2回轉(zhuǎn)式電動起貨機

回轉(zhuǎn)式起貨機(克令吊)包括提升、變幅和回轉(zhuǎn)三個主要機構(gòu)。它可采用電動機拖動，也可以用電動液壓裝置拖動。

通?？刹僮鲀蓚€機構(gòu)同時運轉(zhuǎn)，也可以操作三個機構(gòu)同時工作。

3電動起貨機的運行特點及電路控制要求

(1)電動起貨機采用三檔調(diào)速控制，并能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行；(2)對電動機設(shè)置短路、過載、繞組過熱、失壓欠壓、缺相保護環(huán)節(jié)等；(3)采用主令控制器實現(xiàn)運行操作，以保證起貨機操作靈活，工作可靠；(4)電動機要求有通風(fēng)機進行強制冷卻，并設(shè)置風(fēng)道的風(fēng)門對風(fēng)機和起貨電動機之間的聯(lián)鎖控制；第6章船舶直流電動起貨機

§6-1

直流電動起貨機的類型及特點

§6-2

三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機

§6-3

直流電動起貨機電氣設(shè)備的常見故障及排除

§6-1

直流電動起貨機的類型及特點

由于直流電動機有較好的調(diào)速性能，完全能滿足起貨機的要求，所以目前有一些船舶上仍然采用直流電動起貨機。1．直流電動起貨機的分類直流電動起貨機大致可分為以下幾種類型：①單輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)起貨機。②雙輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)起貨機。③三輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)起貨機。④帶有磁放大器的直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)起貨機。⑤可控硅控制的電動起貨機。⑥西門子“LIEBHERR”可控硅控制起貨機等?！?-1

直流電動起貨機的類型及特點

2．各種類型的直流電動機起貨機的特點

單輸出G-M系統(tǒng)起貨機常采用差復(fù)激繞組的發(fā)電機。兩臺起貨機械的拖動電動機為直流復(fù)激電動機。三相鼠籠式異步電動機作為直流發(fā)電機的原動機，發(fā)電機和電動機的他激繞組由半導(dǎo)體整流器供電，屬于改變電動機電源電壓的調(diào)速系統(tǒng)。由于兩臺發(fā)電機兩端通過聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接，常稱挑擔(dān)式的變流機組.見圖。該系統(tǒng)控制較簡單.

§6-1

直流電動起貨機的類型及特點

2．各種類型的直流電動機起貨機的特點雙輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)和三輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)的起貨機在交流船上常被采用。雙輸出是指發(fā)電機有兩個輸出電路，供電給兩個電動機，每一輸出電路電壓的大小和方向可獨立控制，互不相干，見圖。而三輸出直流發(fā)電機電動機（G-M）系統(tǒng)中發(fā)電機分別向三臺直流電動機供電，組成三套G-M拖動系統(tǒng)，用于回轉(zhuǎn)式（克令吊）起貨機，分別完成回轉(zhuǎn)，變幅，起升功能，其控制線路圖見圖所示。而雙輸出被用于雙桿式起貨機中，兩者工作性質(zhì)相同。

特點:MGeG1同軸;Ge直流勵磁機;G1直流雙輸出發(fā)電機;輸出帶兩臺直流電動機§6-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機1系統(tǒng)的組成（見圖6-3，6-4）系統(tǒng)的主要設(shè)備有：一臺三相交流鼠籠式異步電動機M、一臺交流風(fēng)扇電動機fM及其起動箱;一臺三輸出的直流發(fā)電機；三臺執(zhí)行直流電動機M1，M2，M3；一套整流電路，為其發(fā)電機和電動機提供勵磁（也有采用勵磁機的）;三臺電磁制動器;三個主令控制器.整個線路可分為下列幾個主要部分：由滑環(huán)和電阻組成的克令吊的供電線路，這是因為這種起貨機（回轉(zhuǎn)式）必須通過滑動接觸供電。三相交流鼠籠式異步電動機M的主回路和控制回路；整流勵磁電路。由三輸出發(fā)電機與三臺直流電動機M1，M2，M3組成三套G-M系統(tǒng)主回路。由主令控制器1MK，2MK，3MK與電阻器一起組成的三套G-M系統(tǒng)的勵磁控制回路。另外設(shè)有釣鉤、繩索限位等保護電路。§6-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機2系統(tǒng)工作原理三輸出直流發(fā)電機G-M系統(tǒng)的工作原理與雙輸出G-M系統(tǒng)基本相同。雙輸出G-M系統(tǒng)多用于雙桿起貨機中，而三輸出G-M系統(tǒng)被用在旋轉(zhuǎn)式（克令吊）起貨機中，來分別拖動三種不同運轉(zhuǎn)方式的機構(gòu)，所以對三輸出G-M系統(tǒng)的輸出功率，調(diào)速性能等方面有一定的要求。（1）提升機構(gòu)的G-M系統(tǒng)

由三輸出發(fā)電機A1，A2兩端輸出（見圖6-3右），與執(zhí)行電動機M1組成提升機構(gòu)的G-M系統(tǒng)，通過主令控制器1MK，控制發(fā)電機磁場電阻和電動機M1的磁場電阻來得到五種運行速度。合上三相電源主開關(guān)K1（見圖6-3左），按下起動按鈕1Q，使主接觸XC控制線圈得電，主觸頭閉合，三相異步電動機起動運行，同時冷卻風(fēng)機接觸器fC有電，觸頭閉和，風(fēng)機運轉(zhuǎn)。按下主令控制器面板上的起動按鈕2Q（見圖6-4上），使失壓繼電器LYJ得電，一對觸點自鎖，另一對觸點閉和后，使控制線路得電。即失壓后控制電路失電?！?-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機2系統(tǒng)工作原理當(dāng)主令控制器手柄扳到上升一檔時（即1MK），使得1ZC線圈有電吸合，勵磁回路接通，同時1C1線圈得電吸合，把勵磁回路的全部電阻都串入，此時勵磁電流最小，所以發(fā)電機輸出的電壓低。由于電壓低，使得電動機M1在低速運行。同時1MK7使1ZDC線圈得電，松開電磁制動器。

逐檔扳動主令控制器1MK手柄至二、三、四檔，就使得1C2，1C3，1C4分別得電，來短接不同的勵磁回路電阻，使發(fā)電機電壓升高，電動機轉(zhuǎn)速也升高?！?-2三輸出直流G-M系統(tǒng)起貨機

當(dāng)扳到上升第五檔時（即1MK6），發(fā)電機的磁場無變化，但1MK6使1FLC失電，使常開觸點斷開，串入電動機的勵磁回路，使電動機弱磁（電動機反電勢降低）升速，即第五檔是由改變電動機勵磁電流來達到高速的。當(dāng)發(fā)生負(fù)載大于30%的額定負(fù)載情況時，1QLJ1負(fù)載繼電器動作，使得1FLC得電，常開觸點閉合，短接，使系統(tǒng)回到第四檔運行。同理，下降第五檔是使2FLC失電，進行弱磁升速，當(dāng)負(fù)載大于額定負(fù)載的25%時，1QLJ2負(fù)載繼電器動作，使1FC2得電短接，使系統(tǒng)回到第四檔運行。

§6-2三輸