王艷華，吳猛猛，趙冬冬

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

液壓傳動(dòng)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)在現(xiàn)代船舶上的廣泛應(yīng)用，使船舶的自動(dòng)化程度不斷提高[1]。但隨著新型船舶服役年限的增加，控制與傳動(dòng)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)新的故障。

某船在碼頭停泊時(shí)，船員對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行日常轉(zhuǎn)動(dòng)保養(yǎng)，其高壓氣系統(tǒng)中的一個(gè)電液球閥在沒(méi)有任何操作動(dòng)作的情況下自動(dòng)開(kāi)啟，將第1組氣瓶的高壓氣全部吹向水艙，導(dǎo)致高壓氣極大的浪費(fèi)，并造成一定安全隱患，影響了船舶的正常工作。下面就該型電液球閥自動(dòng)開(kāi)啟的可能原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策。

1 電液球閥的組成、工作原理

1.1 電液球閥的組成

電液球閥是具有雙向密封(即進(jìn)出口方向任意)特性的直通式開(kāi)關(guān)元件，安裝在水路、氣路和油路中，可以直接接受電控信號(hào)，經(jīng)液壓功率放大后驅(qū)動(dòng)球閥，完成所需的開(kāi)關(guān)功能，對(duì)管路中介質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行控制(有的電液球閥具有彈簧自動(dòng)補(bǔ)償功能)[2-4]。

該電液球閥由控制器和球閥2部分組成。

1)控制器?？刂破饔脕?lái)控制電液球閥的開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)速度，主要由油路轉(zhuǎn)換閥、電磁換向閥、差動(dòng)油缸、齒條等設(shè)備組成，具體如圖1所示。

1-液壓差動(dòng)油缸；2-液壓旁通螺塞；3-驅(qū)動(dòng)活塞大端；4-驅(qū)動(dòng)活塞小端；5-齒條；6-手操頂桿；7-電磁換向閥；8-手動(dòng)截止球閥。圖1 電液球閥控制器原理圖

2)球閥。球閥安裝在管路中，用來(lái)控制系統(tǒng)中流體的流動(dòng)，主要由密封環(huán)、閥體、球體、球座、球閥桿等組成，具體如圖2所示。

1-密封環(huán)；2-閥體；3-球體；4-球座；5-球閥桿。圖2 球閥結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

電液球閥有遙控電液操、就地手動(dòng)液操及手操3種操縱方式。

1)遙控電液操工作原理。遙控電液操時(shí)，電液球閥的開(kāi)關(guān)由一個(gè)二位四通電磁換向閥控制。高壓油經(jīng)電磁換向閥后可通過(guò)換向閥內(nèi)的滑閥分配至差動(dòng)油缸的左端或右端。

電磁閥斷電時(shí)，壓力油與差動(dòng)油缸活塞的小端相通，而回油管路與活塞的大端相通。此時(shí)活塞兩端的作用力有如下關(guān)系：

F1×S小>F2×S大，

(1)

式中:F1為供油管路的正常壓力，約10 MPa;F2為回油管路的正常壓力，約0.1 MPa;S小為活塞小端的作用面積，m2;S大為活塞大端的作用面積，m2。

因此，活塞在壓力油的作用下移向左端。活塞帶有齒條，齒條與球閥桿上裝的齒輪相嚙合?；钊苿?dòng)帶動(dòng)球閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)活塞移動(dòng)到左端，球閥正好處于關(guān)閉位置。

電磁閥通電后，壓力油與差動(dòng)油缸活塞的大端相通，回油與活塞的小端相通。此時(shí)活塞兩端的作用力有如下關(guān)系：

F1×S大>F2×S小，

(2)

于是，差動(dòng)油缸的活塞在高壓油的作用下移向右端，活塞移動(dòng)帶動(dòng)球閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)活塞移動(dòng)到右端，球閥正好處于開(kāi)啟位置。

2)就地手動(dòng)液操工作原理。在有液壓油的情況下，使用專(zhuān)用工具按下手操頂桿，即可將球閥打開(kāi)，放松手操頂桿，球閥關(guān)閉。

3)手操工作原理。首先旋松液壓旁通螺塞，將差動(dòng)油缸內(nèi)活塞兩側(cè)油路溝通，解除液壓油的作用，然后將扳手套在球閥桿頂端的方頭上，按照箭頭的指示方向旋動(dòng)球閥桿，即可打開(kāi)或關(guān)閉球閥。

2 電液球閥自動(dòng)開(kāi)啟的主要原因分析

根據(jù)該型電液球閥的工作原理和當(dāng)時(shí)的具體情況(液壓系統(tǒng)有其它用戶(hù)正在工作，壓力主管和回油總管內(nèi)均有壓力)進(jìn)行分析，我們可以判斷球閥自動(dòng)開(kāi)啟的主要原因是：船舶停靠碼頭時(shí)，該電液球閥的液壓供油管路上的手動(dòng)截止球閥處于“關(guān)閉”位置，而回油管路上的手動(dòng)截止球閥處于“打開(kāi)”位置，但液壓系統(tǒng)總回油閥沒(méi)有全開(kāi)(或工作用戶(hù)較多)，導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)回油主管回油不暢，在其它液壓用戶(hù)工作的情況下，造成電液球閥的回油管路壓力過(guò)高。此種情況破壞了球閥關(guān)閉時(shí)差動(dòng)油缸內(nèi)活塞兩側(cè)既有的壓力差，即：

(3)

最終，導(dǎo)致電液球閥在無(wú)人操作的情況下自動(dòng)開(kāi)啟。

3 防止電液球閥誤動(dòng)作的對(duì)策

針對(duì)導(dǎo)致電液球閥自動(dòng)開(kāi)啟的原因，可以采取相應(yīng)的措施，盡可能防止其自動(dòng)開(kāi)啟或誤動(dòng)作，以保證系統(tǒng)的正常工作和船舶、人員的安全。

3.1 日常管理

在日常工作中，必須加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按船舶系統(tǒng)使用規(guī)定進(jìn)行操作。

1)電液球閥供油管路和回油管路上的手動(dòng)截止球閥均應(yīng)當(dāng)處于“開(kāi)啟”位置，以便球閥在“關(guān)閉”位置時(shí)，能夠在差動(dòng)油缸內(nèi)活塞兩側(cè)建立正常的壓力差，保持其關(guān)閉狀態(tài)。

2)液壓系統(tǒng)的回油管路至油箱的回油總閥應(yīng)置于全開(kāi)位置，以便系統(tǒng)用戶(hù)工作時(shí)能夠快速回油，防止回油管路壓力過(guò)高。

3)液壓系統(tǒng)中的用油量較多的用戶(hù)應(yīng)使用專(zhuān)用的回油管路回油(管路可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、改造)，以降低液壓系統(tǒng)主回油管路的回油壓力。

3.2 對(duì)電液球閥控制器進(jìn)行改造

根據(jù)分析可知，引起電液球閥自動(dòng)開(kāi)啟的主要原因是回油壓力過(guò)高。為消除此隱患，在不對(duì)液壓系統(tǒng)改造的前提下，可以對(duì)控制器進(jìn)行相應(yīng)改造。

如圖3所示，可在控制器的回油管路上增加一個(gè)止回閥，只允許液壓油自電磁換向閥流向液壓系統(tǒng)回油管路，而回油管路中的液壓油不能經(jīng)換向閥進(jìn)入差動(dòng)油缸的左側(cè)容積。這樣，就從根本上杜絕了因回油壓力過(guò)高而開(kāi)啟電液球閥的可能性。

根據(jù)這一設(shè)想，對(duì)某船電液球閥控制器進(jìn)行了改造，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，效果良好，回油管路壓力達(dá)到2 MPa時(shí)，電液球閥沒(méi)有誤動(dòng)作。

圖3 改造后的電液球閥控制器原理圖1-液壓差動(dòng)油缸；2-液壓旁通螺塞；3-驅(qū)動(dòng)活塞大端；4-驅(qū)動(dòng)活塞小端；5-齒條；6-手操頂桿；7-電磁換向閥；8-手動(dòng)截止球閥；9-止回閥。

3.3 對(duì)流體系統(tǒng)進(jìn)行改造，更換控制形式

因電液球閥存在自動(dòng)開(kāi)啟的可能性，具有一定安全隱患，故可考慮對(duì)整個(gè)流體系統(tǒng)進(jìn)行改造：放棄采用電液球閥的控制形式，采用直接電磁控制形式。電磁控制方式不存在液壓回油壓力影響，因此，其控制功能比液壓控制方式更加穩(wěn)定，但存在電磁閥功率與流體系統(tǒng)控制需求的適配問(wèn)題[5-6]。

雖然這種改造方式可以徹底解決問(wèn)題，但改造成本較高。因此，可根據(jù)具體情況綜合衡量。