李 棟，顧 含，王孝霖，蘇先明，解 強

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

船舶在海中安全航行、?？看a頭需要良好的操縱性能。船舵用于改變或維持船舶航向，是保證船舶安全航行的重要裝置。舵主要由舵葉、舵桿、舵機等部分組成。船舶舵機按照驅(qū)動動力的不同可分為三類，即蒸汽舵機、電動舵機和液壓舵機[1]。液壓舵機具有重量輕、尺寸小、靈敏度高，工作平穩(wěn)安全可靠等優(yōu)點，能緩沖風(fēng)浪對舵葉的沖擊，運轉(zhuǎn)噪音低、振動小。隨著液壓技術(shù)向高速、高壓和大功率方向的發(fā)展，轉(zhuǎn)葉式舵機以其特有的優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[2]。

1 轉(zhuǎn)葉式電液舵機的組成

某遠洋船舶為雙舵設(shè)計，配備了兩臺Rolls-Royce公司生產(chǎn)的SR743型轉(zhuǎn)葉式電動液壓舵機。該轉(zhuǎn)葉式液壓舵機主要由三部分組成：轉(zhuǎn)舵機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)由油缸、定葉、球形轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)葉、密封裝置等部件組成，其作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，進而推動舵桿和舵葉轉(zhuǎn)動；液壓系統(tǒng)由油箱、葉片泵、液壓閥件、液壓管路、電動機、電機啟動箱等部分組成，其作用是向舵機提供足夠的液壓能，并設(shè)置所需的保護和控制裝置；操舵控制系統(tǒng)由主控臺、舵角反饋發(fā)訊器、舵角指示器、機旁控制箱等部分組成，其作用是傳遞舵角指令并控制操舵精度[3]。

2 舵機液壓系統(tǒng)的工作原理

該舵機為閥控型液壓舵機，其液壓系統(tǒng)如圖1所示。轉(zhuǎn)舵機構(gòu)的缸體和球形轉(zhuǎn)子構(gòu)成環(huán)形油缸，定葉和轉(zhuǎn)葉將油缸分成了六個隔離腔室，它們通過缸體上的導(dǎo)油槽間隔相連，分成兩組 C1、C3、C5和 C2、C4、C6，一組腔室進油時，另一組腔室回油，反之亦然。系統(tǒng)設(shè)有1#和2#兩套獨立的泵單元，實現(xiàn)互為備用，也可同時工作。正常航行時，由單個泵單元供油轉(zhuǎn)舵，即可滿足在28s內(nèi)將舵由任一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷30°的要求，并能達到額定轉(zhuǎn)舵扭矩；進出港或窄水道航行時，兩個泵單元可并聯(lián)工作，扭矩不變，轉(zhuǎn)舵速度可以提高一倍。

以 1#泵單元為例，當(dāng)駕駛室發(fā)出左轉(zhuǎn)舵信號時，主操縱閥“左轉(zhuǎn)舵”控制端的電磁導(dǎo)閥通電，該先導(dǎo)閥處于上工作位，控制油從泵出口主油路經(jīng)先導(dǎo)閥8進入操縱閥右端，向左推動操縱閥閥芯，使得操縱閥處于右工作位，油泵輸出的壓力油經(jīng)操縱閥和分配閥進入環(huán)形油缸，此時C1、C3、C5為進油腔，C2、C4、C6為回油腔，液壓油推動導(dǎo)葉進而帶動舵桿順時針轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)左轉(zhuǎn)舵。當(dāng)駕駛室發(fā)出右轉(zhuǎn)舵信號時，主操縱閥“右轉(zhuǎn)舵”控制端的電磁先導(dǎo)閥通電，操縱閥處于左工作位，此時C2、C4、C6為進油腔，C1、C3、C5為回油腔，液壓油推動導(dǎo)葉進而帶動舵桿逆時針轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)右轉(zhuǎn)舵。當(dāng)電氣遙控系統(tǒng)失靈時，可在機旁直接頂動先導(dǎo)閥的閥芯操舵。

圖1 SR743型轉(zhuǎn)葉式舵機液壓原理圖

3 故障現(xiàn)象

船舶在某次內(nèi)河道航行時期，為了保證船舶的機動性，采用了雙舵雙泵的工況，即左、右舵機同時工作且各自均為雙泵供油。舵機運行過程中，集控室監(jiān)控系統(tǒng)突然顯示“右舵機液壓鎖報警”，且報警一直無法消除。檢修人員在舵機艙內(nèi)對右舵機“液壓鎖報警”故障進行排查，機旁單泵模式下操舵測試時，又發(fā)現(xiàn)2#泵單元單獨工作時，又出現(xiàn)了“沖舵”現(xiàn)象，舵轉(zhuǎn)過指令角后不停。該故障給船舶安全航行帶來了隱患，如何盡快解決這一“案中案”故障，成為擺在檢修人員面前的迫切問題。

4 故障排查及處理

液壓鎖報警故障的原因一般為以下三個方面[4]：1）馬達控制箱電磁驅(qū)動器故障；2）主操縱閥的電磁先導(dǎo)閥故障；3）操縱閥芯卡阻造成自鎖。

而沖舵故障的原因常為以下幾種：1）電氣遙控系統(tǒng)故障；2）操縱閥閥芯不能及時回中；3）轉(zhuǎn)舵油缸閉鎖不嚴(yán)；4）油缸內(nèi)存在較多空氣，停止進油后，因高壓側(cè)氣體膨脹、低壓側(cè)氣體壓縮而沖舵。

檢修人員對兩個泵單元的電氣系統(tǒng)進行檢查后未發(fā)現(xiàn)故障，考慮到液壓鎖報警和沖舵兩種故障同時出現(xiàn)，判斷故障原因更可能是電磁先導(dǎo)閥或操縱閥故障。

為了驗證判斷結(jié)果，也為了盡快解決故障，檢修人員對 2#泵單元的液壓閥組進行了拆檢，先將“右轉(zhuǎn)舵”控制端的先導(dǎo)閥拆下，并未發(fā)現(xiàn)明顯雜質(zhì)或污物；而檢修人員將“左轉(zhuǎn)舵”控制端的先導(dǎo)閥閥體拆下時，發(fā)現(xiàn)閥體進油孔內(nèi)有橡膠碎片，先導(dǎo)閥閥芯被該碎片卡阻，已不能正常動作，同時還發(fā)現(xiàn)該先導(dǎo)閥的閥座內(nèi)殘留有兩個金屬屑，如圖2所示。

圖2 拆檢出的雜質(zhì)

在將先導(dǎo)閥和閥座進行仔細清洗后，將電磁先導(dǎo)閥安裝復(fù)位，再次進行機旁操舵測試，發(fā)現(xiàn)單雙泵模式下舵機均運行正常，液壓鎖報警和沖舵現(xiàn)象均消失。

5 故障原因分析

轉(zhuǎn)葉式液壓舵機內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各部位的密封件較多，在舵機運行過程中易磨損、老化。產(chǎn)生的橡膠和金屬磨屑混入液壓油，隨著液壓油的流動進入電磁先導(dǎo)閥進油孔，使得電磁先導(dǎo)閥閥芯卡阻，舵到達指令舵角后，控制油仍可進入先導(dǎo)油腔，主操縱閥閥芯不能及時回中位，因此產(chǎn)生液壓鎖報警和沖舵現(xiàn)象。

從故障分析的結(jié)果可知，液壓油品質(zhì)對舵機的影響不容忽視。為了保證舵機有效運行，防止因液壓油污染造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，提高液壓元件壽命，在日常的維護工作中，必須做到保持油液的清潔度、保持油溫恒定、防止空氣混入等防護措施。

6 結(jié)束語

本文對SR743型轉(zhuǎn)葉式舵機的組成進行了介紹，并對舵機液壓系統(tǒng)的工作原理進行了分析。從舵機液壓系統(tǒng)一起典型的“案中案”故障現(xiàn)象出發(fā)，對故障處理的方法和過程進行了詳細介紹，并對故障原因進行了分析。液壓油清潔度對舵機的影響不容忽視，加強對包括液壓油在內(nèi)的液壓系統(tǒng)的檢查和維護，是減少此類故障發(fā)生的關(guān)鍵。

[1]于洪亮.船舶動力裝置[M].大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2006.

[2]崔若松.轉(zhuǎn)葉式液壓舵機若干技術(shù)分析[J].上海造船, 2007(2): 27-28.

[3]吳曉卿.淺談小型船舶液壓舵機的保養(yǎng)及常見故障的排除[J].中國水運, 2008, 8(4): 27-28.

[4]黃志堅, 袁周.液壓設(shè)備故障診斷與監(jiān)測實用技術(shù)[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.