《轮机自动化》数字化教材项目三任务二

1、项目三 船舶主机遥控系统【项目描述】船舶主机遥控系统（Main engine remote control system）是操纵船舶主机的设备，通过主机遥控系统能对主机进行起动、停车、换向等逻辑控制和对主机的转速进行闭环控制。同时还应该对主机的转速和负荷进行必要的限制，并具有必要的安全保护功能。主机遥控系统不仅能改善轮机人员的工作条件，改善船舶的操纵性能，而且还能提高船舶航行的安全性，以及主机工作的可靠性和经济性，是轮机自动化的重要组成部分，也是现代化船舶实现无人机舱必不可少的条件之一。对主机遥控系统的操作、维护、管理是轮管人员必须掌握的基本技能。通过本项目的学习，读者应达到以下要求：一、知识

2、要求1、 主机遥控系统的组成、主要功能及类型；2、 气动操纵系统中的主要元部件；3、 车钟系统及操纵部位转换的条件和方法；4、主机逻辑控制（换向、起动、停油、制动等）的条件；5、主机转速与负荷的控制和限制功能；6、MAN B&W MC主机气动操纵系统图。二、能力要求1、能正确地理解系统的主要功能；2、能理解主机起动、换向、制动的实现方法；3、能区分转速限制、转速控制和燃油限制三者的不同之处；4、能掌握主机气动操纵系统的作用和管理要点，并能分析系统的典型故障。三、素质要求1、养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2、提高理论联系实际的能力，培养善于分析和解决主机遥控系统实际问题

3、的能力；3、培养理性思维能力和科学求实的精神；4、培养学习新技术的能力，增强创新意识。【项目实施】任务二 主机遥控系统的主要气动阀件及气源一、学习目标1、了解主机遥控系统的主要气动阀件及气源。2、重点掌握气动阀件的符号及功能。二、学习任务本项目的主要任务是掌握气动阀件的结构及维护方法。三、背景知识在主机遥控系统中，气动阀件是常见的基本组成要素，尤其是对于气动操纵系统，则更是如此。常用的气动阀件有逻辑元件、时序元件和比例控制元件。它们工作的气压信号是由气源提供的，一般为0.7MPa。一、逻辑元件逻辑元件实际上就是开关元件。根据某些逻辑条件，其输出端或者通气源压力信号(简称输出为1)，或者输出端通

4、大气(简称输出为0)。逻辑元件包括二位三通阀、二位四通阀、三位四通阀、二位五通阀、双座止回阀和联动阀。1二位三通阀 (1)机械动作的二位三通阀机械动作二位三通阀的结构原理如图3-2-1(a)所示，图(b)是其逻辑符号，它有二个位置三个通路。当控制端有机械动作时，通过滚轮杠杆6作用于顶杆7，顶杆7首先与阀芯5接触，从而切断接口2和1之间的通路，然后顶杆将阀芯5从阀座3上向下顶开，使2口和4口接通，在逻辑符号图上相当于上位通。若控制端机械动作取消，顶杆在弹簧作用下回到其初始位置，而复位弹簧8就会将阀芯重新压回至阀座3上，这样接口1和2接通，而接口4截止，在逻辑符号图上相当于下位通。图3-2-1 机

5、械动作二位三通阀结构原理及逻辑符号图1、2、4工作接口；3-阀座；5-阀芯；6-滚轮杠杆；7-顶杆；8-复位弹簧若将气源接到接口1上，该阀就为常通式二位三通阀。若将气源接到接口4上，该阀就为常断式二位三通阀。(2)气动二位三通阀气动二位三通阀的结构原理如图3-2-2(a)所示，图(b)是其逻辑符号。当控制口Z有控制压力信号，则活塞1克服弹簧2的弹力而向下运动，在顶杆3随之一起向下运动的过程中首先使A口与P1口的通路截断，然后使阀芯4从其阀座上向下离开，从而使P1口与A口相通，在逻辑符号图上相当于上位通。如果控制口排气，活塞1、顶杆3和阀芯4均在复位弹簧作用下复位，则有接口A和P2接通，而接口P

6、1截止，在逻辑符号图上相当于下位通。若将气源接到接口P2上，该阀就为常通式二位三通阀。若将气源接到接口P1上，该阀就为常断式二位三通阀。根据动作阀芯力的性质不同，也就是控制信号A的种类不同，二位三通阀可分为机械动作、手动操作、单气路控制、双气路控制和电动控制等类型，图3-2-3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别画出了它们的逻辑符号图。图3-2-2 气动二位三通阀结构原理及逻辑符号图Z-控制口；A、P1、P2-工作接口；1-活塞；2-弹簧；3-顶杆；4-阀芯 图3-2-3 各种两位三通阀逻辑符号图2二位四通阀气动二位三通阀的结构原理如图3-2-4(a)所示，图(b)是其逻辑符号。该阀的控

7、制口被加压后，同时使一个工作口通入压缩空气、而使另一个工作口排气。当控制口2被加压后，阀芯6被向上移动，阀芯6克服弹簧4的弹力而向上移动，阀芯6下方的台肩使工作口1和排气口E1之间的通路截断，而且使工作口1和压力口5相通，阀芯6上部的台肩使工作口3和排气口E2相通。控制口2失压后，利用弹簧的弹力而使该阀复位。3二位五通阀二位五通阀的结构原理及逻辑符号如图3-2-5所示。该阀的用途是使两个工作口之一与压力口相通的同时另一工作口和排气口相通。若扳动手柄1可使顶杆2克服弹簧3的弹力向下运动，从而使压力口P与工作口A相通，工作口B与排气口S相通，排气口R截止。如果手柄回到其初始位置，则弹簧同样使顶杆回

8、到其初始位置，这时P口与B口相通，A口与排气口R相通，排气口S截止。二位五通可以被安装在任意位置上，松开螺钉4可根据需要调节手柄的初始位置。使用时应防止排气口被水和污物阻塞。图 4-2-5 二位五通阀结构原理及逻辑符号图 1手柄；2顶杆；3弹簧；4螺钉；A、B工作口；P压力口；R、S排气口 图3-2 -4 二位四通阀结构原理及逻辑符号图 1、3、5、E1、E2工作接口；2控制口；4弹簧；6阀芯 4三位四通阀在遥控系统中，三位四通阀常作为双凸轮主机的换向阀。图3-2-6(a)和(b)分别示出了该阀的结构原理和逻辑符号。它由阀体、左右滑阀及弹簧组成，A口和B口分别为正车换向和倒车换向输出口，7口接

9、连锁信号，只要有连锁信号，该阀就被锁在中位通的位置，此时气源口P截止，A口和B口均通大气，该位置是不允许进行换向操作的。连锁信号7撤销(7口通大气)后，若5端通控制信号，6端通大气，该阀右位通，B口输出1，A口输出0，气源经B口进入倒车换向油缸进行倒车换向。若6端通控制信号，5端通大气，该阀左位通，A口输出1，B口输出0，气源经A口进入正车换向油缸进行正车换向。换向完成后，7口通连锁信号，三位五通阀立即被锁在中间位置。图3-2-6 三位四通阀结构原理及逻辑符号图1-阀体；2-左滑阀；3-弹簧；4-右滑阀；5-倒车信号；6-正车信号；7-连锁信号；A-正车换向口；B-倒车换向口；P-气源口5双座

10、止回阀双座止回阀是或门阀，俗称梭阀，其结构原理和逻辑符号如图3-2-7所示。它有两个输入端P1和P2，一个输出端A，其逻辑功能是A=P1P2。该阀的用途是用于控制有共同工作口的两个压力口的转换。当两个压力口之一(P1口或P2口)进气时，那么小球将第二个压力口关闭并使压缩空气到达工作口A。当两个压力口同时进气时，那么具有较高压力的压力口与工作口相通。该阀要求水平安装。图3-2-7 双座止回阀结构原理及逻辑符号图二、时序元件时序元件在气路中一般对气压信号的变化起延时作用，它包括单向节流阀、分级延时阀及速放阀。1单向节流阀单向节流阀的结构原理与逻辑符号如图3-2-8所示。该阀可以在一个方向上对气流进

11、行节流调节，而当气流以相反的方向流过时不节流。当从接口4进气时，碗形密封圈5（预应力大约0.04MPa）被从阀座上打开，气流不被节流地流到接口3。当从接口4排气时，碗形密封圈被关闭，并且接口3的进气只能通过节流口6，节流口可以通过调节螺栓7来改变。向右拧动，减少流通面积，延长排气时间；向左拧动增大流通面积，节流作用减弱。安全环8用于防止将节流口完全关闭。另外，还用两个孔隙为20m的过滤器2来防止污物进入节流口。节流阀可以安装在任何位置上，但在安装时必须注意流动方向。图3-2-8 单向节流阀结构原理及逻辑符号图1、2过滤器；3、4接口；5密封圈 ；6节流口；7调节螺钉；8安全环 图 4-2-10

12、 速放阀结构原理及逻辑符号图 1输入口；2橡胶膜片；3通大气口；A输入端；B输出端 图 4-2-9 分级延时阀结构原理及逻辑符号图 1输入口；2阀盘；3活塞；4、7气口；5节流孔；6输出口 2分级延时阀分级延时阀的结构原理及逻辑符号如图3-2-9所示。当输入口的压力信号较低时，在弹簧作用下，活塞3下移。阀盘2离开阀座，由1口输入的气压信号经4口直接达到输出口6，不进行节流延时，当1口输入压力信号增大到一定值时，活塞3克服弹簧张力上移使阀盘2压在阀座上，输入的气压信号必须经7口，再经节流孔5达到输出端6，进行节流延时。转动调整螺钉A，可改变弹簧的预紧力，即可调整开始进行节流延时的输入信号的压力值

13、；转动调整螺钉B，可改变节流孔的开度，即可调整延时时间。当输入的气压信号降低或撤销时，在弹簧作用下，活塞连同阀盘一起下移，输出端6直接与输入端相通，不进行节流延时。3速放阀速放阀的结构原理及逻辑符号，如图3-2-10所示。A端为输入端，B端为输出端。当输入端A有气压信信号时，橡胶膜片2被顶起封住通大气口3，使输出端B的气压信号立即等于A端；当输入端A的气压信号撤销时，膜片2下落封住输入端，同时打开通大气口3，使输出端B的气压信号就地泄放，而不必经输入端A，再经较长的管路泄放，这就避免了信号泄放的延时。三、气动比例元件1减压阀减压阀的结构原理及逻辑符号如图3-2-11所示。减压阀的作用是将较高的

14、输入压力(通常称为一次压力)降低至一个较低的输出压力(通常称为二次压力)。工作原理：经过预压的调压弹簧2通过顶杆6使阀芯5打开，压缩空气从口经过这个打开的阀口流向压力较低的Z口，同时压缩空气也到达膜片3的下方，随着Z口压力的升高，会使带顶杆的膜片和阀芯一起克服调压弹簧的弹簧力向上运动，直到Z口压缩空气作用在膜片上的力(Z口压力×膜片的有效面积)与通过调节螺钉1调节的弹力相平衡为止，这时阀芯与阀座4接触，从而使口与Z口之间的通路截止(截止状态，即输入与排气均被截止)。图 4-2-12 比例阀结构原理及逻辑符号图 图 4-2-11 减压阀结构原理及逻辑符号图 1调节螺钉； 2调压弹簧；3

15、膜片；4阀座；5阀芯；6顶杆； 7通气孔 如果二次压力口的压力下降到低于与调压弹簧的弹力相对应的值时，则膜片向下运动，并通过顶杆使阀芯5打开阀口，直到重新达到与调压弹簧的弹簧力相对应的压力值为止。如果二次压力的压力超过与调节弹簧的弹力相对应的压力值，则膜片带着顶杆脱离开阀芯5，使Z口的一部分压缩空气通过孔7排出，当Z口的压力达到了期望值时，膜片向下运动，使排气口关闭，这样重新达到该阀的截止状态。减压阀可以安装在任意位置上，但应为安装和调整预留足够的空间。2. 比例阀比例阀的结构原理及逻辑符号如图3-2-12所示。比例阀常用于气压信号的隔离跟随。当输出端2的气压信号与输入端5相等时，膜片6上、下

16、受力相等，处于平衡状态。动阀座8截止气源1，阀芯7压在动阀座上，封住通大气口4，输出信号不变。当输入端的气压信号增大时，膜片6向下弯，动阀座8下移，气源1与输出端2相通，使输出端的气压信号增大。该增大的气压信号经反馈口3进入膜片6的下部空间，当输出的气压信号增加到与输入信号相等时，膜片6又处于平衡状态，气源1被动阀座8截止，输出稳定在比原来高的压力值上。若输入信号降低时，膜片6向上弯，阀芯上移，输出端2与大气口4相通，输出压力降低。经反馈口3使膜片下部空间的压力降低，直到输入信号与输出信号相等时，膜片6又恢复到平衡状态，这时输出压力就稳定在比原来低的值上。可见，比例阀在稳态时，其输入与输出是相

17、等的。3转速设定精密调压阀在气动遥控系统中，转速设定精密调压阀用于车钟设定转速的发讯，其输入信号是车钟手柄的位移，输出信号是与设定转速所对应的空气压力。该阀的结构原理及输出特性如图3-2-13所示。滚轮1与车钟手柄下面所带动的凸轮相接触。当车钟手柄向加速方向扳动时，经滚轮使顶锥2下移，克服弹簧张力使上滑阀3下移，进排气球阀4中的下球阀仍压在下滑阀5的阀座上，封闭通大气口，上球阀会离开上滑阀3的阀座而打开某一开度。气源P经上球阀通至输出端B，使输出压力升高。该升高的压力信号一方面作为转速设定信号输出，另一方面经反馈小孔(图中虚线所示)进入膜片6的上部空间，压缩弹簧7，使下滑阀连同下球阀一起下移。

18、当下滑阀的下移量与顶锥2的下移量相等时，上球阀又被压在上滑阀3的阀座上，封闭气源P，使输出端B的压力不再升高，稳定在某一数值上。在稳定输出时，上、下球阀均关闭。可见，输出压力与顶锥2的下移量成比例。当车钟手柄向减速方向扳动时，在弹簧8的作用下，顶锥和上滑阀连同进排气球阀一起上移，使上球阀关闭，下球阀会离开阀座而打开，使输出端B与大气口C相通，输出压力降低，经反馈小孔使膜片上部空间压力降低，靠弹簧7的张力使下滑阀上移，直到下滑阀的上移量与上滑阀的上移量相等时，下球阀又封闭通大气口，使输出压力稳定在比原来低的数值上。图(b)示出了该阀的输出特性线。因为车钟手柄下面所带动妁凸轮，其正、倒车边是对称的

19、，所以正、倒车转速设定的特性线是相同的。其输出压力的变化范围一般为0.050.5MPa，其中0.O5MPa对应于最小设定转速值，0.5MPa对应于最大设定转速值。最小设定转速值的调整是通过转动螺钉10改变弹簧7的预紧力来实现，即可上下平移输出特性线。若旋紧螺钉10使弹簧7预紧力增大，则最小设定转速值增大，即向上平移输出特性线，反之亦然。最大设定转速值的调整是通过转动弹簧座，改变弹簧7的有效工作圈数即刚度)来实现，从而可改变输出特性线的斜率。若有效工作圈数减少，会使刚度增大，则最大设定转速值增大，输出特性线的斜率增大，反之亦然。在主机遥控系统中，利用上面介绍的遥控阀件可组成起动、换向、制动、转速

20、限制和负荷程序等各种逻辑回路及控制回路。因此，掌握这些阀件的工作原理，特别是掌握其逻辑符号，对分析和理解一个复杂的遥控系统是很重要的。图3-2-13 转速设定精密调压阀结构原理及输出特性图1-滚轮；2-顶锥；3-上滑阀；4-进排气球阀；5-下滑阀；6-膜片；7、8、9-弹簧；10-调整螺钉；P-气源；B-输出口；C-通大气四、主机遥控系统气源的标准及其要求在气动主机遥控系统中，常用3.0MPa的压缩空气作为换向和起动的动力气源，用0.7MPa的压缩空气作为遥控气源。0.7MPa的遥控气源可由3.0MPa的空气瓶的压缩空气减压而获得，也可由单独的气源设备供给。但无论采用哪一种方式，为了保证气动主机遥控系统能正常工作，遥控气源必须是稳定而洁净的。它首先需经过