用故障樹分析法研究中小型船舶液壓舵機的故障

盧運嬌 麥冬玲 王貴

摘 要：液壓舵機作為中小型船舶最重要的輔機之一，它的質量與性能好壞直接關系到船舶安全航行。該文利用故障樹分析法原理對液壓舵機的故障進行了分析，繪制了液壓舵機的故障樹。給設計和應用維修提供參考依據(jù)，也為進一步實現(xiàn)自動操舵系統(tǒng)開發(fā)提供條件。

關鍵詞：液壓舵機 故障 故障樹分析法 故障樹

中圖分類號：U664.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-02

液壓舵機作為中小型船舶最重要的輔機之一，其具有體積緊湊、慣性小、運轉平穩(wěn)等優(yōu)點，目前已被廣泛應用[1]。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，北部灣地區(qū)擁有中小型船舶2～3萬艘，約有八成船舶安裝了液壓舵機。液壓舵機的質量與性能好壞直接關系到船舶安全航行，據(jù)相關資料分析，相當大比例的海損事故是與液壓舵機的故障有關，因此，如何準確、快速地查找出其故障發(fā)生的原因至關重要。液壓舵機融合了機械結構、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，故障原因繁多，該文選用故障樹分析法對液壓舵機的故障進行分析。在故障發(fā)生的前期做出及時、準確的判斷，判明故障發(fā)生的薄弱環(huán)節(jié)，找出故障原因和排除方法，這樣可大大減少修理的盲目性，提高經(jīng)濟性和安全性。

1 故障樹分析法

故障樹分析法簡稱FTA（Fault Tree Analysis）是一種將系統(tǒng)故障形成的原因作為總體至部分按樹枝狀逐級細化的分析方法，它可以圍繞一個或一些特定的故障模式，進行層層追蹤，從而在清晰的故障樹下，表達了系統(tǒng)故障事件的內在聯(lián)系，并提出了單元故障之間的邏輯關系，有利于找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)[2]。在該文中應用故障樹理論對液壓舵機的故障進行分析研究，繪出故障樹圖，從而可以看出事件的成因與形成過程，能發(fā)現(xiàn)潛在的問題，有利于液壓舵機整個系統(tǒng)故障的預防、預測和控制[3]。

2 液壓舵機常見故障分析

2.1 液壓舵機常見故障分類

對于液壓舵機日常比較容易出現(xiàn)的故障主要分為兩大部分：一是軟件類故障，亦即是與舵機運行有關的管理制度和船員對舵機的操作存在的問題。二是硬件類故障，是指與舵機相關的機器、設備發(fā)生了功能性的障礙。

2.2 液壓舵機硬件故障分析

硬件類故障是舵機故障的主要原因，根據(jù)故障導致的結果分為以下8小類：

2.2.1 舵不能轉動導致舵不能轉動的原因主要有：1）舵令信號輸出，常見原因是電控線路故障和機械杠桿故障；2）主泵不能正常供液，變量機構故障、儲能彈簧太軟、輔泵連鎖故障等都會導致到主泵不能正常供液；3）主油路故障，備用油泵反轉、控制閥調整不當、接口處不密封導致的嚴重泄露都會形成旁通導致主油路無油；4）液壓缸油路不通，檢查液壓缸閥、泵閥、鎖舵閥是否沒開，或者安全閥機械故障

2.2.2 單向舵，不回舵導致單向舵和不能回舵的原因主要有：1）一側電磁閥磁鐵故障或伺服液壓缸一側泄露導致只有單向舵令信號；2）主泵只能單向供液；3）換向閥故障；4）主油路單向不通或旁通。

2.2.3 轉舵過慢1）轉舵速度的快慢取決于供入轉舵油缸的油量，所以故障多由主泵流量不足引起；2）主油路有旁通泄露，旁通閥和安全閥關閉不嚴，也會使轉舵速度下降；3）舵令輸出滯后也會影響轉舵的速度。

2.2.4 滯舵滯舵是指舵的轉動明顯滯后于操舵動作，其主要原因有：1）主油路空氣過多；2）舵令輸出滯后，電液式系統(tǒng)內有空氣、機械杠桿間隙過大、激磁電流不足或反饋信號過強；3）主油路泄露嚴重或有旁通現(xiàn)象。

2.2.5 沖舵造成沖舵的原因有：1）換向閥不能及時回中；2）反饋機構故障，比如機械杠桿連續(xù)松動、反饋電路故障等；3）泵變量機構不能及時回中；4）主油路鎖閉不嚴。

2.2.6 跑舵跑舵是指在沒有發(fā)出操舵動作的情況下自動轉舵，導致的原因主要有：1）主油路泄露；2）雙泵工作時中位不一致。

2.2.7 空舵空舵即舵輪空轉一定角度后才來舵，主要原因是油路中有空氣，轉動舵輪時必須先壓縮空氣，帶系統(tǒng)壓力上升到一定值時才能推動舵。另一個原因是主油路泄露、旁通閥或安全閥關閉不嚴，也會產(chǎn)生空舵，管理中不可忽視。

2.2.8 異常噪聲與振動異常噪聲分兩種：一是液體噪聲，主要是油位過低、吸入管漏氣和換向沖擊過大引起。二是機械噪聲，由于聯(lián)軸器不對中、管路固定差和運動件潤滑不好都會產(chǎn)生噪聲。

3 液壓舵機故障樹的建立

液壓舵機故障樹的建立按如下步驟

進行。

（1）收集資料

廣泛收集液壓舵機產(chǎn)品設計、運行、維修等技術資料。通過分析故障實例，整理出液壓舵機盡可能多的故障以及故障原因。

（2）選擇和確定頂事件

頂事件是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，就液壓舵機而言最不希望的事情就是“舵機故障”，因此文中把它定為頂事件。

（3）分析頂事件

液壓舵機的構成涉及到機械結構、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，出現(xiàn)故障的范圍廣泛，任何一部分工作不良或相互配合不協(xié)調均能產(chǎn)生故障，故障與癥狀的關系并非一一對應，多數(shù)情況下有并發(fā)癥出現(xiàn)。尋找導致液壓舵機故障發(fā)生的直接的必要和充分原因，并將它們置為頂事件的輸入事件，由于成因后果的多層次性，從而形成一連串的因果鏈[3]。

（4）分析輸入事件

像分析頂事件一樣，把能繼續(xù)分解的輸入事件作為下一級的頂事件進行處理。

（5）建樹

在故障樹建立過程中，首先將頂事件作為第一行；所有導致頂事件發(fā)生的原因為第二行，重復以上步驟，逐級向下分解，直到所有導致舵機故障的原因不能再分解或不必要再分解為止。這樣即建成了一棵倒置的故障樹，如圖1所示。

4 結語

通過建立液壓舵機故障的故障樹，不僅能夠說明液壓舵機故障形成的原因、諸原因之間的層次和因果關系，還能夠進一步說明諸原因之間的邏輯關系。故障樹分析理論還可以進一步將常規(guī)的診斷方法、專家的經(jīng)驗知識和計算機技術有機地結合在一起，形成專家診斷系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 鄭士君，孫永明.船舶輔機教程[M].大連：大連海事大學出版社，2003.

[2] 屈梁生，何正嘉.機械故障診斷學[M].上海科技出版社，1986.

[3] 盧運嬌，馮定.用故障樹分析法研究潛油電機的故障[J].機械，2005（2）.