鐘多就，申傳俊

(92236部隊(duì)，廣東 湛江 524002)

自動操舵儀是船舶的一種重要的導(dǎo)航裝備，包括航向自動舵和航跡自動舵。通常所說的自動舵，一般指航向自動舵。它通過羅經(jīng)不斷傳送來的艦船實(shí)際航向與給定航向及舵角大小相比較，以獲得相應(yīng)的控制信號來控制舵機(jī)適當(dāng)轉(zhuǎn)舵，使得船舶自動保持在給定航向上航行。作為船舶航行的關(guān)鍵設(shè)備之一，其可靠性運(yùn)行對保持船舶機(jī)動的準(zhǔn)確航向、節(jié)約燃料延長航行時間、節(jié)省人力減輕勞動強(qiáng)度等方面有著重要意義[1]。

國內(nèi)某船的自動舵在長時間航行過程中，偶發(fā)了舵機(jī)失控現(xiàn)象，本文詳細(xì)的介紹該船自動舵偶發(fā)失控問題發(fā)生后的解決過程，包括故障理論支持、原因分析排查、處理措施及修后驗(yàn)證等，以期作為后續(xù)處理同類問題的經(jīng)驗(yàn)參考。

1 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

船舶操舵系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分組成。通常所說的自動舵是指控制系統(tǒng)，其由操縱臺、接線箱、操縱部位轉(zhuǎn)換箱、舵角反饋機(jī)構(gòu)、電源箱等裝置組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又可以叫做驅(qū)動裝置、伺服裝置，主要是用于驅(qū)動舵葉轉(zhuǎn)動，一般分為驅(qū)動電機(jī)型、電磁閥型和電磁液壓換向閥型。該船執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是電磁閥型，整個操舵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中體現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠性，它包含1套控制系統(tǒng)或者2套完全獨(dú)立的控制系統(tǒng)，配合雙機(jī)組的選擇使用，從而有著很高的可靠性，故障率也比較低[2]。但其控制方法相對落后，在航行過程中對海況、速度、裝載等因素適應(yīng)性較弱。同時，因線路轉(zhuǎn)接多，導(dǎo)致控制系統(tǒng)操作不太方便。萬一線路或器件發(fā)生故障，定位故障點(diǎn)到排除工作尤為困難且工作量大。

2 故障現(xiàn)象

該船的操舵系統(tǒng)投入使用的前幾年，情況基本正常。但進(jìn)入修理期后，系統(tǒng)故障明顯增多，特別是遠(yuǎn)航時，單機(jī)組在“自動”和“隨動”操縱方式下多次自動舵偶發(fā)失控的故障。具體現(xiàn)象如下。

1)?？看a頭時。在無負(fù)載情況下，啟動I號機(jī)組，操縱舵機(jī)約1 h，舵機(jī)故障。舵機(jī)跑左滿舵后，接著又往右跑滿舵，左右來回滿舵跑，控制系統(tǒng)無法控制舵機(jī)。停機(jī)，重新啟動舵機(jī)，故障現(xiàn)象消失。繼續(xù)操作使用約30 min后，故障再次出現(xiàn)。

2)航行時。有負(fù)載情況下，啟動I號機(jī)組，操縱約30 min，舵機(jī)出現(xiàn)故障，無法控制。轉(zhuǎn)換機(jī)組后，工作一段時間，再轉(zhuǎn)換I號機(jī)組，操縱約20 min，故障再現(xiàn)。且發(fā)生故障的時間間隔越來越短。

3 故障理論分析

該船控制系統(tǒng)有獨(dú)立且互為備用的2套系統(tǒng)。每套系統(tǒng)還備有應(yīng)急操縱，當(dāng)電氣控制無法正常工作時，啟動應(yīng)急操縱，直接向執(zhí)行機(jī)構(gòu)饋電，驅(qū)動舵葉，實(shí)施轉(zhuǎn)舵，從而改變船舶航向。操舵系統(tǒng)總框如圖1。根據(jù)故障現(xiàn)象可以推論，執(zhí)行機(jī)構(gòu)前級的信號輸入，為故障分水嶺。

圖1 操舵系統(tǒng)總框圖

每套控制系統(tǒng)以綜合放大器和電源功放板為核心部件，此型自動舵的大部分重要功能都在核心部件內(nèi)完成。經(jīng)過核心部件的有“自動”和“隨動”兩種狀態(tài)，給定信號由航差信號或者舵輪給出，其信號流程歸納如圖2。

圖2 “隨動”和“自動”方式信號流程

從故障現(xiàn)象分析，首先轉(zhuǎn)至應(yīng)急操縱時，舵機(jī)工作正常，先排除了執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障的可能性。其次，因?yàn)槭腔閭溆玫南到y(tǒng)，轉(zhuǎn)至II號通道工作時，舵機(jī)工作正常，再排除了II號通道故障的可能性，同時進(jìn)一步驗(yàn)證了執(zhí)行機(jī)構(gòu)出故障的可能性。在排除執(zhí)行機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)和出現(xiàn)故障的可能性后，著重點(diǎn)應(yīng)落在控制系統(tǒng)的I號通道上。唯一的原因是因?yàn)镮號通道回路有故障。因此，重點(diǎn)排查I號通道回路是否存在故障。

4 排查步驟

4.1 簡易判斷

簡易判斷，利用“簡操”操縱方式直接饋電至電磁閥，不經(jīng)過其它控制元件，檢查舵機(jī)工作是否正常，進(jìn)而縮小故障范圍。首先在后舵房的接線箱上轉(zhuǎn)動部位轉(zhuǎn)換開關(guān)3S1至“舵機(jī)艙”檔，在簡操縱臺上啟動I、II號通道，若能夠正常操縱舵機(jī)，則可以排除執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的可能；接著將3S1至“駕駛室”檔位，轉(zhuǎn)到主操縱臺操縱，置操縱方式選擇開關(guān)S1至“簡單”操縱方式，部位轉(zhuǎn)換開關(guān)S3至“駕駛室”檔，通過操縱通道選擇開關(guān)S2啟動I、II號通道，若舵機(jī)工作正常，則排除I、II號通道存在故障的可能。本故障按以上闡述方式進(jìn)行檢查，舵機(jī)均能正常工作，并沒有出現(xiàn)舵機(jī)失控現(xiàn)象。根據(jù)原理分析，則故障應(yīng)該發(fā)生在舵角反饋電路、綜合放大板模塊、電源功放板模塊這3個方面，排除舵機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面故障的可能性。

4.2 進(jìn)一步縮小故障范圍

利用I、II號通道工作相通性，互為備用的特點(diǎn)，進(jìn)一步縮小故障范圍。將II號通道綜合放大板A2和電源功放板B2插至I號通道，經(jīng)S2啟動I號通道，發(fā)現(xiàn)舵機(jī)工作正常；而將I號通道綜合放大板A1和電源功放板B1插到II號通道，通過開關(guān)S2啟動II號通道，舵機(jī)出現(xiàn)失控故障現(xiàn)象。由此可以斷定故障點(diǎn)發(fā)生在綜合放大板A1和電源功放板B1中，排除故障出現(xiàn)在舵角反饋電路的可能性。

4.3 逐級信號測量

采取逐級信號測量與電壓測量相結(jié)合方法，精確定位故障點(diǎn)。用II號通道將舵葉調(diào)整為右5°舵后，轉(zhuǎn)換到I號通道進(jìn)行逐步電壓測量。由于舵機(jī)左右滿舵失控，為了防止舵機(jī)在排故過程中損壞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采取將A1板的1a、2a端的開關(guān)信號斷開的方法。將兩組調(diào)試連接線引出綜合放大板A1和電源功放板B1。將舵輪向右轉(zhuǎn)動5°，A1板的22b應(yīng)該有+6 V的電信號，A1-1N7的9、10端輸出+6 V，A1-1N2的2端口有信號，則證明在1N2前級所有電路是完好的。此時21b端是經(jīng)過A1-1N8相敏整流后的，因脫開1a、2a端口，舵葉還停留在右5°，若工作正常的話，反饋必有-6 V的電壓輸入。實(shí)際上，A1-1N12的2端口輸入電壓+6 V，證明反饋并沒有-6 V電壓與給定舵角電信號進(jìn)行對消，因此造成了舵機(jī)跑舵，失控。檢查20a與19a是否有±15 V電壓輸入，發(fā)現(xiàn)20a端并沒有-15 V電壓輸入，導(dǎo)致1N8芯片無法正常工作，舵角反饋信號無法饋電至A1-1N12的2端口。A1板測量的接口信號示意圖如圖3。

圖3 A1板的測量接口示意圖

至此，I號通道發(fā)生故障的點(diǎn)基本浮出水面，可以確定B1板供電電路出現(xiàn)問題。首先應(yīng)用應(yīng)急操縱(“簡操”)進(jìn)行簡單的判斷，縮小故障范圍；接著利用自動操舵儀2套系統(tǒng)互為備用的特點(diǎn)，再進(jìn)一步縮小故障范圍；然后采取逐級電信號測量進(jìn)行故障定位。排除故障難點(diǎn)在于停機(jī)、再啟動、使用一段時間后故障再次出現(xiàn)。根據(jù)一定的維修保障經(jīng)驗(yàn)可知，可以肯定的是屬于B1板某個器件由于長時間使用出現(xiàn)了一定程度的老化、性能不穩(wěn)定造成的故障。

5 維修措施

對發(fā)生故障的電源功放板B1進(jìn)行修理。電源功放板的主要功能是輸出三路直流電源±15 V和+6 V。±15 V供綜合放大器，+6 V為顯示、系統(tǒng)電壓。

±15 V由三端穩(wěn)壓器7815(N1)、7915(N2)供給，外型圖及管腳圖如圖4所示。7815的1腳為輸入端、2腳為輸出端、3腳為公共端。7915的1腳為公共端、2腳為輸出端、3腳為輸入端。三端穩(wěn)壓管7815提供+15 V，7915提供-15 V，其中-15 V電壓經(jīng)過B1板的20a端口到A1板的20a端口。

圖4 (7815、7915、338)外型圖及管腳圖

7815、7915為固定式穩(wěn)壓塊，最大輸出電流1.5 A，內(nèi)部設(shè)有過流、過熱、短路保護(hù)電路。+6 V由三端穩(wěn)壓器LM338(N3)供給，LM338(N3)輸出電壓在1.2～37 V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流5 A，內(nèi)部設(shè)有過流、過熱、短路保護(hù)電路。本電路電壓為+6 V，通過調(diào)節(jié)R9獲得。外型圖及管腳圖如圖4所示，1腳為調(diào)整端、2腳為輸入端、3腳為輸出端。

三端穩(wěn)壓管7915管子隨著時間增加的輸出電壓如圖5所示，在剛啟動儀器前20～30 min，用萬用表測量時有接近-15 V電壓輸出。30 min后，由于發(fā)熱，管子內(nèi)部的過熱保護(hù)電路老化、性能不穩(wěn)，從而造成-15 V電壓逐步輸出降低，直至無輸出。更換后進(jìn)行了大量時間拷機(jī)，舵機(jī)工作正常。至此，可以確定故障排除。

圖5 三端穩(wěn)壓管7915輸出電壓

6 結(jié)束語

此故障可歸結(jié)為隱顯結(jié)合的故障。在時間緊急的情況下，排除此類故障需做到以下4點(diǎn)。

1)保持頭腦清醒，思路清晰。設(shè)備在使用過程出現(xiàn)故障，特別是在航行過程中，情況相當(dāng)緊急。作為維修保障技術(shù)人員，需要保持頭腦清醒，沉下心來理順排除故障的基本思路。

2)充分利用其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。為保證航行安全，對于重要裝備而言，通道是互為備用的，充分利用此特點(diǎn)可以快速縮小故障范圍。

3)排除故障完畢后，需進(jìn)行一定時間的拷機(jī)。

4)在長期的維修保障過程中，會碰到許多奇特的故障現(xiàn)象，有些為顯性，有些為隱性，在努力提高個人維修保障能力水平同時，還需要更多的耐心。

[1] 周永余，許江寧，高敬東.艦船導(dǎo)航系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2] 馮海林.HD-10型自動舵數(shù)字通道的研究[D].武漢：海軍工程大學(xué)，2003.