劉慶明 交通運(yùn)輸部南海救助局

1.故障現(xiàn)象

該船舶前期出現(xiàn)主機(jī)啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速直接沖到650轉(zhuǎn)/分后再慢慢回到怠速模式 (550轉(zhuǎn)/分)，在怠速時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)比較大，大概在550±20轉(zhuǎn)/分范圍波動(dòng)，難以維持穩(wěn)定。當(dāng)按下合排按鈕帶上螺旋槳時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)特別大，有時(shí)候甚至降到接近200轉(zhuǎn)，導(dǎo)致齒輪箱滑油壓力低停車。把齒輪箱滑油壓力開關(guān)調(diào)節(jié)到適當(dāng)動(dòng)作值，試驗(yàn)啟動(dòng)主機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定值后又慢慢回升到怠速轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大。故障發(fā)展到后期偶爾出現(xiàn)啟動(dòng)主機(jī)后轉(zhuǎn)速一直上升，直至超速停機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)到由機(jī)旁直接機(jī)械控制轉(zhuǎn)速，慢慢調(diào)整調(diào)速器緩慢加速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過700轉(zhuǎn)/分后轉(zhuǎn)速就不受控制，轉(zhuǎn)速就一直上升直至超速停車。

2.故障原因分析與排查

2.1 轉(zhuǎn)速傳感器排查

該主機(jī)轉(zhuǎn)速控制由主控模塊MCM直接控制，由兩個(gè)脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器ST196P,ST196S檢測(cè)并反饋主機(jī)轉(zhuǎn)速到MCM模塊，兩個(gè)傳感器一個(gè)主用、一個(gè)備用。ST196P主用傳感器接在主控模塊MCM的X23-2、X23-3端子上，ST196S備用傳感器接在主控模塊MCM的X 22-2、X22-3端子上。檢查步驟如下：

（1）對(duì)傳感器探頭清潔，并按照說明書重新調(diào)整探測(cè)間距（2-2.5mm），檢查傳感器接線及屏蔽線，并無異常。

（2）測(cè)量轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號(hào)，在550 轉(zhuǎn)/分時(shí)測(cè)得交流電壓1.496 V,750 轉(zhuǎn)/分時(shí)交流電壓1.682V，屬于正常范圍。

（3）為了進(jìn)一步排查傳感器故障，用兩個(gè)新的轉(zhuǎn)速傳感器替換原來傳感器，并按要求調(diào)整傳感器檢測(cè)端與飛輪間距、做好屏蔽。重新啟動(dòng)主機(jī)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)問題沒有明顯改善，因此排除傳感器問題。

2.2 轉(zhuǎn)速控制模塊排查

該主機(jī)轉(zhuǎn)速控制集成在MCM模塊中，主控模塊輸出相應(yīng)比例電流到調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出電流與主機(jī)負(fù)荷成反比關(guān)系。如圖1所示，MCM模塊通過X42-3、X42-4兩個(gè)端子輸出控制電流到調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)CV161，而調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)里面的另外兩根線為安全模塊ESM通過X4-44、X4-45輸出停車信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)里面的停車電磁閥CV152。如果是主控模塊故障，也可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)或不受控制，為了驗(yàn)證是否為主控模塊故障，進(jìn)行如下檢查：

圖1 MCM模塊接線圖（部分）

（1）檢查電壓模塊，狀態(tài)指示正常，測(cè)量系統(tǒng)電壓DC24.8V,測(cè)量主控模塊電壓為DC24.7 V,系統(tǒng)供電正常；接地連接正常，且對(duì)地絕緣良好。

（2）檢查主控模塊到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的接線及屏蔽線，主機(jī)控制箱到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間為插針試接頭，對(duì)接頭進(jìn)行清潔，檢查并無異常。

（3）在主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)量主控模塊輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)線圈的電壓與電流值與負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1，由于這部主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不是很穩(wěn)定，加之海面風(fēng)浪的影響，此值又是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化值，所以測(cè)量存在一定偏差，這些測(cè)量值僅僅作為判斷控制模塊功能的參考值。從表中可以看出電流還是隨負(fù)荷變化而變化，由此判斷控制模塊故障可能性不大。

表1 MCM輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)線圈電壓、電流與負(fù)荷對(duì)應(yīng)表

2.3 調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)排查

2.3.1 調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理

該主機(jī)采用W O O D W A R D PGA-EG調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其原理如圖2所示。

左邊虛線框部分為電子調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)液壓放大器。其具體內(nèi)部圖如圖3所示。供油泵壓力油到操縱閥內(nèi)部，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)受控壓力后流向控制區(qū)底部，并通過滴液孔流向相同控制區(qū)的有較大面積的頂部，部分通過噴嘴噴向扭矩馬達(dá)橫梁底部，扭矩馬達(dá)橫梁和噴嘴之間的間隙可以通過中央調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。扭矩馬達(dá)橫梁在圖2中水平調(diào)節(jié)彈簧力、電磁線圈力、復(fù)位彈簧力的作用下保持平衡。

當(dāng)主機(jī)負(fù)荷增加，轉(zhuǎn)速下降，MCM主控模塊通過內(nèi)部控制程序計(jì)算后輸出到伺服線圈電流變小，導(dǎo)致電磁力矩變小，扭矩電機(jī)橫梁與操作閥噴嘴之間間隙增大，噴嘴開度變大，操作閥柱塞上部壓力油從噴嘴噴出，由于滴液孔口的節(jié)流作用，下部液壓油推動(dòng)操縱閥柱塞向上運(yùn)動(dòng)，從而至伺服系統(tǒng)活塞底部的A口與系統(tǒng)壓力油相通，系統(tǒng)壓力油通過該口流向動(dòng)力活塞底部，推動(dòng)動(dòng)力活塞向上運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)輸出端口推動(dòng)主機(jī)油門桿加大供油量，同時(shí)動(dòng)力活塞帶動(dòng)復(fù)位桿運(yùn)動(dòng)，復(fù)位桿通過復(fù)位彈簧產(chǎn)生一個(gè)向下的力施加于扭矩馬達(dá)橫梁，推動(dòng)扭矩電機(jī)橫梁向下運(yùn)動(dòng)。扭矩電機(jī)橫梁最終在新的線圈電磁力，水平調(diào)節(jié)彈簧力，復(fù)位彈簧力的作用下達(dá)到平衡，主機(jī)在新的供油量運(yùn)行，使主機(jī)在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行。

反之，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷減小，轉(zhuǎn)速增加，MCM主控模塊輸出到伺服線圈電流變大，電磁力矩變大，扭矩電機(jī)橫梁向下運(yùn)動(dòng)，噴嘴開度變小，操作閥柱塞上部液體壓力增加，柱塞向下運(yùn)動(dòng)，至伺服系統(tǒng)活塞底部的A口與至機(jī)油箱口相通，動(dòng)力活塞底部油壓泄壓，動(dòng)力活塞向下運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)輸出端口推動(dòng)油門桿減小供油量，同時(shí)動(dòng)力活塞帶動(dòng)復(fù)位桿運(yùn)動(dòng)，復(fù)位桿通過復(fù)位彈簧產(chǎn)生一個(gè)向上的力施加于扭矩馬達(dá)橫梁。力矩電機(jī)橫梁最終在新的線圈電磁力，水平調(diào)節(jié)彈簧力，復(fù)位彈簧力的作用下達(dá)到平衡，主機(jī)在新的供油量運(yùn)行，維持主機(jī)在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)行。

由于系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)刻都在變化，上述正反向調(diào)節(jié)過程也是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程。

圖2右邊矩形框內(nèi)為機(jī)械式調(diào)速部分，其工作原理是：它通過速度設(shè)定旋鈕調(diào)節(jié)力矩彈簧力，順時(shí)針增大設(shè)定轉(zhuǎn)速，逆時(shí)針減小設(shè)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)速度在設(shè)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，滑塊把進(jìn)油口封閉。當(dāng)主機(jī)負(fù)荷增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降，球頭飛重張力減小，滑塊下移，進(jìn)油口打開，系統(tǒng)壓力油進(jìn)入阻尼活塞左側(cè)，推動(dòng)阻尼活塞向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)力活塞底部壓力上升，推動(dòng)油門桿上升，加大進(jìn)油量，直到達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)滑塊重新把進(jìn)油口關(guān)閉。反之，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷減小時(shí)轉(zhuǎn)速上升，球頭飛重張力增大，滑塊上移，進(jìn)油口與油箱相通，阻尼活塞左側(cè)壓力泄放，導(dǎo)致阻尼活塞向左運(yùn)動(dòng)，則動(dòng)力活塞底部壓力下降，在彈簧力的作用下推動(dòng)油門桿下降，減少進(jìn)油量，直到達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)滑塊重新把進(jìn)油口關(guān)閉。

圖2 PGA-EG內(nèi)部原理圖

2.3.2 調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障排查

第一，檢查調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)油位正常，油質(zhì)良好。執(zhí)行器與油門連桿動(dòng)作靈活、無卡組，且連接緊固、無松動(dòng)。

第二，拆開凸輪軸端蓋，檢查執(zhí)行器與凸輪軸之間驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合緊密，無松動(dòng)與抱死。

圖3 操縱閥和壓力調(diào)節(jié)器截面圖

第三，測(cè)量執(zhí)行器線圈電阻為26Ω，線圈正常。

第四，斷開主控模塊與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接線，機(jī)械調(diào)速部分也不能穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，且當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到700轉(zhuǎn)/分后轉(zhuǎn)速一直往上無法控制，判斷可能是執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)故障。

3.故障排除

由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部精密，且拆卸過后要經(jīng)過試驗(yàn)臺(tái)反復(fù)測(cè)試后方裝復(fù)使用，需專業(yè)的修理人員修理，所以該輪用以前廠家修復(fù)的同類型調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)更換有故障執(zhí)行器，并加注油位至正常后啟動(dòng)主機(jī)測(cè)試，主機(jī)功能恢復(fù)正常，之前故障消失。

4.結(jié)語

現(xiàn)代柴油機(jī)絕大部分是采用電子調(diào)速器調(diào)速，且電子調(diào)速器大多集成在中控模塊里面，通過程序?qū)崿F(xiàn)控制。由于該控制模塊采用封裝式設(shè)計(jì)，不但滿足柴油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)高溫、震動(dòng)條件要求，而且壽命比以前專用調(diào)速模塊長(zhǎng)，維護(hù)保養(yǎng)也比較簡(jiǎn)單方便。缺點(diǎn)是出現(xiàn)故障必須要專業(yè)人員修理或者直接更換模塊。因此，日常的維護(hù)管理主要集中在與控制模塊連接的外圍設(shè)備上：

按維護(hù)保養(yǎng)要求定期檢查電壓電壓、接地與屏蔽線路、電路對(duì)地絕緣電阻情況、電路緊固情況。并注意周圍環(huán)境，溫度過高或太潮濕時(shí)要采取措施。

由于轉(zhuǎn)速傳感器周圍油氣及粉塵多，要定期清潔探頭，注意探頭與飛輪之間間距是否過大。

日常巡查時(shí)注意主機(jī)控制箱狀態(tài)指示燈是否異常。

對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)定期檢查連接桿是否活絡(luò)，液壓油油質(zhì)是否正常，定期更換液壓油。