谭明志 王帅 王博
达思泰克（大连）船舶科技有限公司 辽宁省大连市116000
摘要：机械液压系统是现代工业的重要组成部分，它可以利用流体介质来传递和转换能量。流体介质中含有大量矿物油，因此控制方式非常灵活。另外，机械液压系统的设备很小，工作过程不会产生过大的噪音。机械液压系统已经成为船舶不可缺少的一部分，它可以有效地将船舶的机械能转化为船舶的运动能量，并对船舶进行推进。近年来，随着大型船舶的发展，系统所需的功率越来越大，使得机械液压系统的正常运行更加难以控制。
关键词：船舶机械液压；推进系统；系统控制；控制方法；
传统的控制方法在控制船舶机械液压推进系统时，控制效果维持时间很短。针对这一问题，研究一种新的船舶机械液压控制方法，利用液压动力单元、电磁阀箱单元、执行单元、控制单元和应急操作单元建立控制模型，通过选择液压动力源、确定控制方案、确定调速方案、控制工作的实现四步实现控制过程。为了检测该方法的实际工作效果，与传统控制方法进行实验对比，结果表明，给出的方法具有很强的控制能力，控制效果能够长时间维持。
一、基本结构和工作原理
船舶综合液压推进包括如下几个主要组成部分：主机、泵站、液压马达、螺旋桨、控制器、各种传感器件以及相应调节机构。通过液压泵将主机(船舶柴油机)输出的机械能转变为液压油的压力能，分别驱动螺旋桨、舵机、船舶侧推装置(当采用吊舱式推进器时，可以取消舵机以及首侧推)以及其它辅助装置。液压油的压力能经马达转换为螺旋桨的机械能，可以通过对泵站以及柴油机的控制来调节螺旋桨的转速与转向，实现螺旋桨、舵机、侧推装置等其他辅助装置协调工作，满足船舶的各种运动工况。
二、船舶机械液压推进系统控制方法
相对于其他推进系统而言，船舶机械液压推进系统控制更加困难，由于船舶机械液压推进系统内部结构复杂，需要的驱动力很大，维护成本过高，所以必须要研究出具有较高针对性的控制方法，引入蝶阀来控制该系统。该推进方法的工作原理示意图如图1所示。
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图1船舶机械液压推进系统控制方法原理示意图
分析图1可知船舶机械液压推进系统控制方法的工作原理：首先由液压系统将船舶的液压油推进蓄能器中，然后利用电磁阀将蓄能器得到的液压油分配到不同管路中，最后利用驱动作用将蝶阀关闭，从而完成与控制台的完美合作，达到控制船舶机械液压推进系统的效果。为了能够更好地推行该控制方法，首先设定了控制工作模型，然后针对模型内部的各个单元进行具体控制，最后实现方法运行。
1.船舶机械液压推进系统控制模型。通过设立船舶机械液压推进系统控制模型完成控制工作，模型由液压动力单元、电磁阀箱单元、执行单元、控制单元和应急操作单元5部分组成。不同的单元负责不同的工作，船舶机械液压推进系统控制模型结构图如图2所示。
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图2船舶机械液压推进系统控制模型结构图
对图2中的模型内部单元进行具体介绍。液压系统介质由液压源提供，该核心是液压泵，本系统采用内有2台液压泵的泵站，除了切换灵活与备用之外，能集中提供液压能。系统工作时，只开启一半蝶阀，为降低损耗，不影响液压泵寿命，在液压泵站内安装了蓄能器组，作为辅助动力源使用。控制单元是多组远程控制板组成的，远程控制板被集中安装在集控室内，室内配有模拟图，用于显示阀门位置与工作情况，便于更清楚了解运行情况，达到远程操控的目的。电磁阀箱可分为分散式和集中式2种，用于接收控制台与计算机发送的指令信号。电磁阀箱主要是由手动泵、快速接头、节流阀、电磁阀、高压滤器等重要元件组成。执行单元包含整个系统所有的液压驱动器与阀门，液压驱动器是电磁阀控制的执行器件之一，安装在阀体上；执行器可分为2个作用，为单作用与双作用，阀门则有4种，分别为球阀、闸阀、截止阀、蝶阀。使用的是蝶阀，若要实现启闭控制，只能选择双作用液动执行器。船舶上使用的大多都为蝶阀，蝶阀也是本系统的主要元件。应急操作单元是为了防止意外事件发生的主要单元之一，能够确保系统满足安全操作规范，一般终止错误操作及系统故障时，都是采用手轮、手柄、便携式手动液压泵等设备完成应急操作。手摇泵内有2个快速接头，可直接插入阀内，摇动泵杆，实现控制驱动头开关动作。
2.船舶机械液压推进系统控制。在建立船舶机械液压推进系统控制模型后，对船舶机械液压推进进行控制，船舶机械液压推进系统控制过程共分为4步。（1）选择液压动力源。液压推进系统的控制是具有针对性的，因此要选择合适的液压动力源，液压动力源作为液压泵的核心部分，通常包含2台，1台负责主要供油，1台负责备用供油。选择液压动力源时，可以设定出一个最低压力值，如果启动时，2个液压动力源都大于最低液压值，则证明可以对该设备进行控制。液压动力源的选择公式如下式：
P?P1+?P。
式中：P1为最低液压值；?P为液压损失值；P为液压动力源内部液压。（2）确定控制方案。选用蝶阀对系统的整个回路进行控制，因此控制推进的方案要用液压泵提供，确保需要的压力在恒定值中。蝶阀处于0型中位机内部，一旦启动控制工作，就可以高速运转，确保控制的精度。（3）确定调速方案。船舶机械液压推进系统的输出功率很高，内部结构也相对复杂。因此要选择节流阀对液压执行元件的输出流量和输入流量进行控制，以确保能够调节推进速度。（4）控制工作的实现。根据设定的控制方案和调速方案实现该方法。需要特别指出的是，在视线过程中引入了过滤精度为20μm的过滤器，并通过多个阀门确保控制工作正常运行。
三、实验研究
为了检测研究的船舶机械液压推进系统控制方法的实际工作效果，设计对比实验。
1.实验参数。实验参数如表1所示。
表1实验参数
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2.实验过程。根据上述设定的参数进行实验，选取传统控制方法和本文研究的控制方法对同一个船舶机械液压推进系统进行控制，记录2种方法的控制效果维持时间，分析实验结果。
3实验结果与分析。控制效果维持时间实验结果如图3所示。
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图3控制效果维持时间实验结果对比
观察图3可知，当控制等级为S1时，传统控制方法控制维持时间为1.2 h，本文控制方法维持时间为1.7 h；当控制等级为S3时，传统控制方法控制维持时间为3.6 h，本文控制方法维持时间为4.2 h；当控制等级为S5时，传统控制方法控制维持时间为3.8 h，本文控制方法维持时间为6.1 h；当控制等级为S7时，传统控制方法控制维持时间为3.4 h，本文控制方法维持时间为5.5 h；当控制等级为S9时，传统控制方法控制维持时间为3.9 h，本文控制方法维持时间为6.7 h。综上所述，本文研究的控制方法效果更好，维持时间更长。
总之，船舶机械液压推进系统对于船舶安全运行有着重要意义。传统的控制方法在控制船舶机械液压推进系统时，工作速度较慢，且安全性差，重新设计了一种液压控制系统控制方法，并结合实际工况对传统方法内所有重要元件进行重新分析计算及选型。新的控制方法采用2台液压泵，能实现远程遥控，同时具备集中提供液压能、液压泵使用寿命长等多个优点。
参考文献：
[1]赵凌云，船舶机械液压系统漏油原因及处理方法探析.2019.
[2]张新宇.关于船舶机械液压推进系统控制方法.2020.