周建平

摘要：舵機(jī)是船舶上的一種大甲板機(jī)械。舵機(jī)的大小由外舾裝按照船級(jí)社的規(guī)范決定，選型時(shí)主要考慮扭矩大小。船用舵機(jī)目前多用電液式，即液壓設(shè)備由電動(dòng)設(shè)備進(jìn)行遙控操作。本文中就針對(duì)相對(duì)常見的泵控型液壓舵機(jī)為例，對(duì)液壓系統(tǒng)失效原因，進(jìn)行分析并對(duì)可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行故障排除。

關(guān)鍵詞：舵機(jī)；大甲板機(jī)械； 故障排除

引言

舵機(jī)是船舶上的一種大甲板機(jī)械。舵機(jī)的大小由外舾裝按照船級(jí)社的規(guī)范決定，選型時(shí)主要考慮扭矩大小。船用舵機(jī)目前多用電液式，即液壓設(shè)備由電動(dòng)設(shè)備進(jìn)行遙控操作。有兩種類型： 一種是往復(fù)柱塞式舵機(jī)，其原理是通過高低壓油的轉(zhuǎn)換而做功產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，并通過舵柄轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另一種是轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)，其原理是高低壓油直接作用于轉(zhuǎn)子，體積小而高效，但成本較高。

1.舵機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障原因分析

1.1液壓系統(tǒng)常見故障類型

根據(jù)液壓油流向變換方法的不同，液壓舵機(jī)分為泵控型液壓舵機(jī)和閥控型液壓舵機(jī)。其液壓系統(tǒng)都是由動(dòng)力元件液壓泵、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、工作介質(zhì)液壓油等五部分組成。液壓舵機(jī)是在海上進(jìn)行使用，由于受到使用環(huán)境的限制，舵機(jī)液壓系統(tǒng)故障不容易進(jìn)行檢測，也比較難以發(fā)現(xiàn)，同時(shí)出現(xiàn)故障的類型又呈現(xiàn)多樣化。因此要對(duì)舵機(jī)在使用過程中液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，找出產(chǎn)生各種故障之間內(nèi)在的共同因素，總結(jié)出容易出現(xiàn)以下比較常見的幾種故障類型。

1.1.1異常振動(dòng)和響聲當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，往往表現(xiàn)為產(chǎn)生異常的振動(dòng)和響聲。當(dāng)舵機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常的振動(dòng)和響聲，很大可能是液壓系統(tǒng)中某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了故障。

圖1 舵機(jī)液壓系統(tǒng)示意圖

1.1.2液壓系統(tǒng)液壓油壓力不足或壓力波動(dòng)較大液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力決定了執(zhí)行元件液壓缸輸出的推力的大小。液壓油壓力不足或沒有壓力都將難以驅(qū)動(dòng)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而不足以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)船

圖2 舵機(jī)液壓系統(tǒng)壓力不足或壓力波動(dòng)較大系統(tǒng)原因示意圖

1.1.3液壓油流量不穩(wěn)定液壓系統(tǒng)中液壓油的流量決定了執(zhí)行元件液壓缸移動(dòng)的速度。流量不足或流量波動(dòng)較大都會(huì)對(duì)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間及轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

1.1.4液壓系統(tǒng)中元件損壞舵機(jī)液壓系統(tǒng)是由各種的閥、泵、缸體、管件、接頭、密封裝置等組成。元件的精度較高并且數(shù)量較多，當(dāng)其中的某一個(gè)液壓元件損壞或出現(xiàn)故障，都將引起液壓油泄漏從而影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，甚至發(fā)生污染環(huán)境、發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。

1.2利用故障樹對(duì)舵機(jī)液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行分析

故障樹方法（ fault tree analysis，F(xiàn)TA） 最初的時(shí)候被應(yīng)用在電子行業(yè)里，后來逐漸被應(yīng)用到各種工程領(lǐng)域。FTA 是以系統(tǒng)所不希望發(fā)生的一個(gè)事件（ 頂事件） 為分析的目標(biāo)，通過逐層向下推測所有可能的原因，從而找出系統(tǒng)內(nèi)可能存在的失效模式、環(huán)境影響、人為失誤以及程序處理等硬、軟件因素與頂事件的邏輯關(guān)系?，F(xiàn)以泵控型液壓舵機(jī)的液壓系統(tǒng)為例，對(duì)其常見故障進(jìn)行分析。

2.舵機(jī)液壓系統(tǒng)故障及解決措施

2.1舵機(jī)出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)故障

當(dāng)出現(xiàn)液壓操縱系統(tǒng)能正常工作，但舵機(jī)出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)故障時(shí)，應(yīng)先分析一下是否是屬于電氣遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，例如電路是否出現(xiàn)斷路等。如果電氣遙控系統(tǒng)檢測沒有出現(xiàn)故障，則應(yīng)分析一下液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，例如檢測液壓控制系統(tǒng)中伺服油缸液壓控制信號(hào)是否出現(xiàn)中斷、檢測伺服油缸中的旁通閥是否關(guān)閉、溢流閥所調(diào)定的壓力是否太低了[1]、三位電磁換向閥在左位或右位有電信號(hào)的狀態(tài)下是否可以離開中位、液壓主泵是否出現(xiàn)變量機(jī)構(gòu)卡死、主泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否正常起動(dòng)、連鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)是否異常等異常故障，都能導(dǎo)致舵機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。檢測主泵是否出現(xiàn)故障方法可換用備用泵給系統(tǒng)供油加以驗(yàn)證。

2.2舵機(jī)現(xiàn)只能單向轉(zhuǎn)舵故障

舵機(jī)出現(xiàn)只能朝某一方向轉(zhuǎn)舵，當(dāng)向另一方向轉(zhuǎn)舵是出現(xiàn)舵機(jī)不轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)。排除方法為先改用舵機(jī)旁手動(dòng)操舵系統(tǒng)進(jìn)行操舵。如機(jī)旁手動(dòng)操舵，舵機(jī)工作正常，則應(yīng)先考慮電氣遙控系統(tǒng)線路是否出現(xiàn)故障，例如三位電磁換向閥某一端電磁線圈是否出現(xiàn)斷路等故障、檢測控制用伺服油缸是否出現(xiàn)嚴(yán)重的泄漏、變量泵當(dāng)出現(xiàn)泵的變量機(jī)構(gòu)是否只能單向運(yùn)行，此外當(dāng)液壓系統(tǒng)中主油路單方向不通或旁通時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)單向轉(zhuǎn)舵現(xiàn)象。

2.3舵機(jī)轉(zhuǎn)舵時(shí)間達(dá)不到規(guī)定要求

根據(jù)《國際海上人命安全公約》的規(guī)定： 舵應(yīng)在不超過60s 內(nèi)從船舶的任意一舷15°轉(zhuǎn)到另外一舷的15°。如果舵機(jī)轉(zhuǎn)舵時(shí)間達(dá)不到規(guī)定，應(yīng)視為舵機(jī)出現(xiàn)故障。如機(jī)旁操舵后，故障消失，則檢測輔泵的流量是否不足、調(diào)速閥調(diào)定的流量是否太小了、主泵流量的流量大小從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)舵時(shí)間延長。此外主油路中因泄漏、安全閥或旁通閥等關(guān)閉不嚴(yán)、油缸內(nèi)部密封損壞、備用泵油路鎖閉不嚴(yán)或主油路換向閥泄漏嚴(yán)重等都將導(dǎo)致沖舵、跑舵或滯舵等故障。

2.4舵機(jī)出現(xiàn)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)滯后于操舵動(dòng)作

2.4.1主油路中混有較多氣體改由機(jī)旁操舵，如滯舵現(xiàn)象沒有消除，可將液壓缸高壓側(cè)放氣閥打開，如有氣泡放出則很有可能是液壓系統(tǒng)檢修后放氣不夠徹底、油箱液壓油油位太低或補(bǔ)油壓力太低、液壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏等原因?qū)е驴諝饣烊胍簤合到y(tǒng)中。

2.4.2遙控系統(tǒng)動(dòng)作遲滯當(dāng)液壓遙控系統(tǒng)中控制油路或伺服油缸中混入空氣，或控制系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部件的間隙太大都將導(dǎo)致故障。

2.4.3主油路泄漏或旁通泵控型系統(tǒng)主油路泄漏或旁通嚴(yán)重將導(dǎo)致舵機(jī)可轉(zhuǎn)不動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)得很慢。

2.5舵轉(zhuǎn)到指令角后沖轉(zhuǎn)過頭

2.5.1變量機(jī)構(gòu)不能及時(shí)回中變量泵的變量機(jī)構(gòu)卡住，導(dǎo)致控制液壓油壓力變低或差動(dòng)活塞油孔堵塞等所造成故障。

2.5.2遙控伺服液壓油缸的換向閥不能回中液壓換向閥閥芯在一端卡住，或液壓控制閥一端彈簧斷裂導(dǎo)致張力不足等造成故障。

2.5.3遙控伺服液壓油路閉鎖不嚴(yán)液壓油路發(fā)生泄漏或液壓閥旁通后，舵機(jī)由于受到浮動(dòng)桿傳來的作用力，伺服活塞在到達(dá)指令舵角后，因油路鎖閉不住而繼續(xù)前移動(dòng)造成沖舵。

2.5.4控制系統(tǒng)的反饋部分有故障如反饋系統(tǒng)的機(jī)械連接件松動(dòng)、電氣元件損壞、觸頭臟污或斷路等。

2.5.5主油路鎖閉不嚴(yán)當(dāng)主油路存在泄漏或旁通，則在舵轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，特別是舵作用有負(fù)扭矩時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖舵，但如果反饋機(jī)構(gòu)正常，舵沖過指令舵角后仍會(huì)回到指令舵角。

2.6穩(wěn)舵期間舵偏離所停舵角

當(dāng)主油路鎖閉不嚴(yán)、遙控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定導(dǎo)致，兩臺(tái)泵共用一套浮動(dòng)桿控制，變量泵中位調(diào)節(jié)不一致或調(diào)好后松動(dòng)，在雙泵同時(shí)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生舵停不穩(wěn)的現(xiàn)象。

2.7舵機(jī)有異常噪聲和振動(dòng)

液體噪聲多是由工液壓油中產(chǎn)生氣穴、系統(tǒng)放氣不徹底或補(bǔ)油不足、油溫太低、油粘度太大、油泵機(jī)組異常、吸油濾器堵塞或吸油管漏氣、泵和電動(dòng)機(jī)對(duì)中不良、軸承或泵內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件損壞、管路或其它部件固定不牢、轉(zhuǎn)舵油缸柱塞填料過緊、舵受負(fù)扭矩作用、舵桿軸承磨損或潤滑不良等原因所導(dǎo)致。

2.8舵不準(zhǔn)

當(dāng)舵角偏差超過土1°，需對(duì)操縱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整： 當(dāng)舵輪處在零位時(shí)，操舵信號(hào)發(fā)送器輸出應(yīng)調(diào)整為零； 當(dāng)舵葉在零位時(shí)，反饋信號(hào)發(fā)送器的輸出應(yīng)調(diào)整為零； 對(duì)于設(shè)有浮動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，應(yīng)首先使遙控系統(tǒng)在舵機(jī)室的執(zhí)行元件以及變量油泵和舵葉三者同時(shí)處于中位。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊濟(jì).淺析舵機(jī)故障分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造，2009（06） .

[2]周曉波，張宏，陳奇.內(nèi)河船舶液壓舵機(jī)的故障及排除[J].中國水運(yùn)（下半月），2009（09）.