MAG-1A型電子調(diào)速器故障分析

安 驥，徐 浩，王 祺，董羽豐

（上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306）

MAG-1A型電子調(diào)速器故障分析

安 驥，徐 浩，王 祺，董羽豐

（上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306）

通過對MAG-1A型電子調(diào)速器的系統(tǒng)分析，結(jié)合現(xiàn)場維修過程，推斷出故障的主要原因，并對其進(jìn)行具體分析。總結(jié)出軸承的損壞導(dǎo)致了電機(jī)振動增大進(jìn)而產(chǎn)生一系列的故障，最終使驅(qū)動電路損壞。同時，對MAG -1A型電子調(diào)速器的實(shí)船應(yīng)用提供了相關(guān)管理建議。

MAG-1A型電子調(diào)速器；故障分析；實(shí)船應(yīng)用

0 引言

MAG-1A型電子調(diào)速器在20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用十分廣泛，我國許多航運(yùn)企業(yè)的船舶安裝該類型電子調(diào)速器。近年來，由于使用時間的原因，該類型調(diào)速器漸漸出現(xiàn)報修的現(xiàn)象，由于以前缺乏維修經(jīng)驗(yàn)，特就該類型調(diào)速器的一例故障進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)簡介

MAG-1A電子調(diào)速器由五個單元組成：1）控制器。輸入轉(zhuǎn)速指令信號，輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置指令信號，采用PID控制策略；2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動單元。內(nèi)有位置控制器根據(jù)控制器的輸出與實(shí)際位置的偏差，送出控制信號至伺服驅(qū)動器以控制交流伺服馬達(dá)；3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由無刷式交流伺服馬達(dá)和減速齒輪組成，交流伺服馬達(dá)通過減速齒輪直接控制主機(jī)油門齒條，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)還帶防超負(fù)荷和超轉(zhuǎn)速安保功能；4）轉(zhuǎn)速傳感器。采用磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感，系統(tǒng)安裝兩只磁探頭傳感器，一只傳感器故障能自動切換至另一只，如兩只同時故障，調(diào)速器可自動維持主機(jī)油門不變；5）P/I轉(zhuǎn)換器。P/I轉(zhuǎn)換器可將掃氣壓力信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號用于掃氣壓力燃油限制[1]。

2 維修過程

最初故障現(xiàn)象為電子調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)編碼器旋轉(zhuǎn)磁盤脫落，旋轉(zhuǎn)磁盤經(jīng)安裝后系統(tǒng)恢復(fù)正常。然后經(jīng)一個航次的運(yùn)行，電子調(diào)速器又停止工作，由岸基人員維修后，電子調(diào)速器的驅(qū)動電機(jī)曾出現(xiàn)過一次正向旋轉(zhuǎn)動作，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)操作時，驅(qū)動電機(jī)無法反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)過載報警，在后期維修過程中出現(xiàn)編碼器報警。

筆者的維修第一步，由于系統(tǒng)自檢結(jié)果為編碼器故障，根據(jù)故障代碼定義提示，需要對編碼器進(jìn)行檢測，檢測發(fā)現(xiàn)內(nèi)部接地線有明顯的斷線，應(yīng)為以前安裝過程中，線被編碼器外殼夾斷，修復(fù)后該故障排除。然后針對伺服驅(qū)動系統(tǒng)顯示過熱過載報警，檢查發(fā)現(xiàn)其觸發(fā)回路的#M27730芯片損壞。經(jīng)分析，其損壞原因應(yīng)為減速箱體內(nèi)部阻力過大，進(jìn)一步的拆檢證實(shí)了該結(jié)果。伺服器內(nèi)有特制芯片，廠家整體更換伺服驅(qū)動器。問題的重點(diǎn)為伺服電機(jī)和減速箱。拆檢減速箱發(fā)現(xiàn)：1）一軸承損壞嚴(yán)重；2）軸封變形，軸封與軸接觸嚴(yán)密，容易增加阻力；3）軸跳動量過大；4）外盤安裝存在偏向。采購新的驅(qū)動軸承和軸封，進(jìn)行按順序精密安裝。電機(jī)的編碼器后證實(shí)其霍爾元件損壞，裝復(fù)后正常。

3 故障原因分析

從整個維修過程看，故障出現(xiàn)在多處：1）編碼器接地線故障；2）伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障，表現(xiàn)為觸發(fā)回路芯片損壞；3）伺服電機(jī)。伺服電機(jī)經(jīng)檢測，電機(jī)本體無故障，其霍爾元件芯片損壞；4）減速器故障，電機(jī)轉(zhuǎn)動困難。編碼器接地線故障應(yīng)為以前的維修過程中由于安裝不仔細(xì)造成的。

3.1 伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障

伺服驅(qū)動器的信號輸入線路版工作正常，主回路整流功能正常，主回路逆變單元只有兩相輸出，原因?yàn)閮?nèi)部達(dá)林頓管驅(qū)動和保護(hù)單元損壞線路板，經(jīng)過檢測6個驅(qū)動保護(hù)芯片（信號為#M27730）損壞4個。該芯片大面積損壞，原因不應(yīng)當(dāng)是元件本身，一定是由外來原因造成的。系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)有機(jī)械損壞的跡象，一般造成這種損壞的原因是由于過熱引起的損壞，引起過熱的原因有外部環(huán)境過熱或者內(nèi)部電流過大。如果單純外部環(huán)境過熱引起的損壞，應(yīng)當(dāng)不會造成其他零部件的損壞，但是實(shí)際還存在其他損壞。電機(jī)卡死或者負(fù)荷過大，會引起驅(qū)動電路的電流增加，進(jìn)而引起芯片等器件被燒壞應(yīng)是合理推斷[2]。

3.2 伺服電機(jī)編碼器故障

編碼器的霍爾元件損壞，由于在維修過程中僅僅檢測出損壞，沒有發(fā)現(xiàn)其他外部機(jī)械損傷痕跡，其損壞原因只能推斷。一個原因是元器件本身的原因，使用壽命到了，后面的故障都是因?yàn)檫@個引起的。如果霍爾元件損壞，調(diào)速器沒有反饋信號，給出油門信號不準(zhǔn)，甚至連加減油門都無法判斷。

從最初的故障判斷：驅(qū)動電機(jī)停止工作——發(fā)現(xiàn)編碼器的旋轉(zhuǎn)磁盤脫落，旋轉(zhuǎn)磁盤經(jīng)安裝后系統(tǒng)恢復(fù)正常；一航次后，電子調(diào)速器停止工作——維修后，電子調(diào)速器的驅(qū)動電機(jī)出現(xiàn)過一次正向旋轉(zhuǎn)動作，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)操作時，驅(qū)動電機(jī)無法反轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)過載報警——在后期維修過程中出現(xiàn)編碼器報警。

這個過程可以看出，最初是電子調(diào)速器的編碼器磁盤脫落。可能是由于機(jī)械原因?qū)е碌拿撀洌遣荒芙忉尩氖抢^續(xù)出現(xiàn)故障。霍爾元件的損壞原因很難推斷。可能是由于早期的脫落造成其內(nèi)部在工作過程中其芯片內(nèi)部出現(xiàn)較大的瞬間高壓或者是由于磁盤脫落造成的機(jī)械損壞，也能是元件本身的使用壽命已到等。從后期的修理看，調(diào)速器停止工作的原因就是編碼器故障。

3.3 減速齒輪箱故障

減速齒輪箱故障主要為：其中一個軸承損壞嚴(yán)重，軸封變形，軸封與軸接觸嚴(yán)密，容易增加阻力。而減速箱的驅(qū)動軸、輸出軸完好，驅(qū)動軸的軸承、中間軸的偏心軸承和連接軸承/輸出軸軸承（4個軸承）正常。

軸承損壞如果是最初的原因，會導(dǎo)致電機(jī)振動大，從而致使編碼器的磁盤松動、脫落。繼續(xù)工作會使得軸承損壞繼續(xù)擴(kuò)大，軸封也受損傷，軸的跳動量大等故障，電機(jī)的負(fù)荷增加，驅(qū)動電路電流增加，致使驅(qū)動電路損壞。

編碼器通過轉(zhuǎn)子一體的磁鐵片，磁鐵片一塊帶有磁性，一塊不帶有磁性，通過霍爾元件芯片感應(yīng)輸出脈沖信號，脈沖信號判斷磁場極性，判斷電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。因此，如果軸的跳動量大，震動大，也可能致使霍爾元件損壞。

事故很少是由一種人為失誤或單一事件所造成的，它們幾乎都是由一系列不嚴(yán)重的失誤或事件的疊加、互為因果導(dǎo)致的[3]。也就是說，這些事故都是失誤鏈發(fā)展的最終結(jié)果。一般而言，一個故障的爆發(fā)點(diǎn)只能有一個，同時兩個或者多個故障同時出現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)損壞的可能性極小甚至可以說沒有。總是第一個故障引起一系列的故障，形成事故鏈，最后引起事故。在這個事故由爆發(fā)點(diǎn)擴(kuò)展形成失誤鏈過程中，一般是由于中間環(huán)節(jié)也存在隱患，如果中間可以截斷的話，同樣可以把事故消除或者縮小。

按經(jīng)典的可靠性曲線，機(jī)械零件的故障率發(fā)展是浴盆曲線，而電子設(shè)備的故障率發(fā)展是直線。機(jī)械設(shè)備的使用壽命到了以后，故障率會大幅增加，而電子設(shè)備的故障率卻不變化，如此大量出現(xiàn)電子元件的故障一般不可能是電子元件本身的故障。本文的案例，從損壞結(jié)果看有很多處故障，按上述理論可推論為軸承損壞為故障最初的爆發(fā)點(diǎn)，以后出現(xiàn)的問題都是這個爆發(fā)點(diǎn)的擴(kuò)展。

4 總結(jié)及管理建議

如何防止上述故障？如果早發(fā)現(xiàn)上述故障？如何在出現(xiàn)最初的類似故障之后截斷故障擴(kuò)展的路徑？這些是輪機(jī)管理人員的工作重心所在。電子調(diào)速器對一般的輪機(jī)管理人員而言是一個新生事物，目前積累的經(jīng)驗(yàn)不多，同時我國近期的許多船舶安裝有電子調(diào)速器，對新船而言根據(jù)浴盆曲線規(guī)律，機(jī)械元件短時間內(nèi)不會出現(xiàn)類似故障，但是對于許多購進(jìn)的二手船舶，其壽命已接近調(diào)速器的故障高發(fā)期，應(yīng)當(dāng)引起管理人員的高度重視。

就目前的狀態(tài)監(jiān)測水平而言，機(jī)械設(shè)備的故障率浴盆曲線決定了機(jī)械設(shè)備一定要按說明書規(guī)定的要求定期檢查調(diào)速器的減速齒輪箱，檢查電機(jī)的軸承等機(jī)械元件的工況。在平時的管理工作中，應(yīng)當(dāng)對調(diào)速器的振動、噪聲情況進(jìn)行多觀察，多監(jiān)控；定期測量減速電機(jī)的電流和溫升情況，如果機(jī)械元件出現(xiàn)問題，一般情況下其電流和溫升應(yīng)當(dāng)有變化，可根據(jù)這個信息提前判斷故障。

[1] 連湘鴻. MAG-1A電子調(diào)速器控制系統(tǒng)淺析[J]. 航海技術(shù), 2000(05): 54-56.

[2] 劉志剛, 宋恩哲, 孫軍, 邱愛華. 電子調(diào)速器可靠性設(shè)計研究[J]. 船舶工程. 2005(06): 56-58.

[3] 方泉根. 船舶資源管理及其培訓(xùn)[J]. 中國航海,2008(2): 152-157.

Failure Analysis of MA G -1A Electronic Governor

AN Ji, XU Hao, WANG Qi, DONG Yu-feng
(Merchant Marine Academy, Shanghai Marine University, Shanghai 201306, China)

Based on the system analysis of MAG-1A electronic governor and the repairing process, main reasons of the failure are concluded and specific analysis for each reason is made. It is concluded that bearing damage resulted in increased motor vibration and then produced a series of failure, ultimately made the drive circuit damage. Meanwhile, it also proposes a managing advice for practical application on board.

MAG-1A electronic governor; failure analysis; practical application on board

U664.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.008

安驥(1974-)，男，博士，副教授。研究方向：船舶輔機(jī)。