某型驅(qū)逐艦液壓舵機(jī)跑舵故障分析與排除

夏秀山，杜善剛

(1.4810工廠，遼寧旅順 116041;2.92538部隊(duì)裝備部，遼寧旅順 116041)

0 引言

舵機(jī)裝置的作用是通過控制舵葉保持或改變艦船航向，它是艦船極為重要的設(shè)備之一。一旦舵機(jī)發(fā)生故障或失靈，艦船將失去控制，不管在戰(zhàn)時(shí)還是平時(shí)都可能導(dǎo)致不可想象的后果。

某型驅(qū)逐艦作為在役艦船，目前由于該型艦面臨老齡化的現(xiàn)狀，舵機(jī)普遍存在跑舵現(xiàn)象。雖然跑舵對(duì)轉(zhuǎn)舵速度的影響不大，但跑舵故障將嚴(yán)重影響舵裝置穩(wěn)定、精確、可靠地運(yùn)行。我廠對(duì)某型(多艘)驅(qū)逐艦跑舵故障認(rèn)真進(jìn)行了分析、排除及總結(jié)，取得了滿意的效果，實(shí)現(xiàn)了修理質(zhì)量達(dá)到“軍品修精品”的預(yù)期目標(biāo)。以下匯總了其修理的技術(shù)要點(diǎn)，供交流參考。

1 跑舵故障現(xiàn)象

綜合多艘驅(qū)逐艦的舵機(jī)跑舵故障現(xiàn)象，其主要有以下表現(xiàn) (單泵或雙泵4缸工況操舵)。

1)轉(zhuǎn)舵時(shí)間超過要求，固定舵角壓舵時(shí)跑舵，時(shí)左時(shí)右偏舵，有時(shí)達(dá)5°/min。

2)轉(zhuǎn)舵時(shí)跑舵，方向外掰，至最大舵角。

3)固定舵角壓舵跑舵，方向向舵角減小方向。

2 故障原因分析與排除

艦船跑舵故障現(xiàn)象簡(jiǎn)單，但故障原因并不易立即找出，需要對(duì)液壓系統(tǒng)及其中的各個(gè)液壓元件的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行仔細(xì)的分析和研究，才能逐步找出發(fā)生故障的部位，從而進(jìn)行排除。

2.1 舵機(jī)液壓系統(tǒng)組成與原理

某型驅(qū)逐艦液壓舵機(jī)為擺缸式液壓舵機(jī)，泵控型液壓系統(tǒng)通過4個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)2個(gè)舵。

1)主油系統(tǒng)。

2套軸向變量泵機(jī)組既可各自獨(dú)立帶動(dòng)1個(gè)舵，而且任一套機(jī)組亦可同時(shí)帶動(dòng)2個(gè)舵工作，既可單機(jī)組工作也可雙機(jī)組同時(shí)工作。正常操舵使用工況為4個(gè)油缸同時(shí)工作，可達(dá)到表1所列技術(shù)指標(biāo)。主油系統(tǒng)主泵ZBY-75型軸向變量泵工作時(shí)，液壓油經(jīng)液動(dòng)滑閥到閥箱進(jìn)入油缸1端，油缸另1端的排油也經(jīng)閥箱回到變量泵吸入口，構(gòu)成1個(gè)封閉回路。

表1 主油系統(tǒng)4油缸同時(shí)工作時(shí)技術(shù)指標(biāo)

2)補(bǔ)油系統(tǒng)。

補(bǔ)油齒輪泵從油箱吸油經(jīng)粉末冶金濾器和單向閥，根據(jù)兩閥箱之間的連通管油壓情況自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)油。若上連通管為回油管時(shí)，主油系統(tǒng)之回油壓力低于補(bǔ)油系統(tǒng)時(shí)，便頂開單向閥3自動(dòng)補(bǔ)油到主油系統(tǒng)的回油管中去。同樣下連通管之油壓低于補(bǔ)油壓力時(shí)，頂開單向閥4自動(dòng)補(bǔ)入。補(bǔ)油系統(tǒng)的補(bǔ)油壓力為0.7 MPa。

2.2 跑舵故障排除實(shí)例

1)液控單向閥、安全旁通閥關(guān)閉不嚴(yán)。

多艘艦曾出現(xiàn)過在固定舵角時(shí)壓不住舵，時(shí)左時(shí)右跑舵，一般跑舵速度和幅度都較小，個(gè)別能達(dá)到5°/min，同時(shí)轉(zhuǎn)舵時(shí)間超過要求。

分析是系統(tǒng)的壓力油路和溢流回路 (回油路)短接或有嚴(yán)重泄露，造成壓力不足?？赡苄暂^大是液控單向閥、安全旁通閥關(guān)閉不嚴(yán)。

經(jīng)拆檢，有數(shù)例跑舵原因是液控單向閥閥口關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致系統(tǒng)不能及時(shí)自鎖或自鎖功能失靈，而使油泵處于卸載回路狀態(tài)。雖然安全旁通閥阻塞關(guān)閉不嚴(yán)產(chǎn)生偏漏造成同樣故障表現(xiàn)，但并沒有發(fā)現(xiàn)過，應(yīng)該是安全旁通閥——防浪閥開啟機(jī)會(huì)少而閥口密性狀態(tài)保持較好的原因。

2)電液伺服閥操舵零位與追隨反饋零位不一致。

在某艦小修過程中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)舵時(shí)跑舵，方向外掰，直至最大舵角。

由于是在增加舵角轉(zhuǎn)舵時(shí)突然出現(xiàn)，經(jīng)分析應(yīng)該是電液伺服閥堵塞——因油臟使濾油器、節(jié)流小孔和噴嘴堵塞。

經(jīng)檢測(cè)電液伺服閥零位，確認(rèn)其回不到零位。這樣該閥就不能與ZBY-75軸向變量泵伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)零位重合。再將其拆檢，用航空汽油清洗伺服閥內(nèi)的過濾器、節(jié)流小孔和噴嘴，發(fā)現(xiàn)少許橡膠渣粒狀物。分析跑舵機(jī)理為，噴嘴兩端的橡膠密封圈老化被油腐蝕，隨油進(jìn)入噴嘴，造成噴嘴或其與擋板間隙 (0.05 mm)堵塞，結(jié)果使伺服滑閥兩端始終存在液壓差，將滑閥壓向一邊，這樣始終向伺服活塞1端供壓力油，傾斜盤的傾斜度達(dá)最大角度，液控主泵排量一直達(dá)到最大值，不能實(shí)現(xiàn)操舵零位與追隨反饋零位相一致，造成轉(zhuǎn)舵時(shí)跑舵一直到最大舵角。

將伺服閥清洗、更換密封，裝復(fù)后經(jīng)調(diào)試，故障消除。

3)液壓油缸 (見圖1)內(nèi)部因磨損嚴(yán)重引起泄漏。

圖1 DG-J150C油缸結(jié)構(gòu)圖

某艦在修前試航中，出現(xiàn)固定舵角壓舵跑舵，方向向舵角減小方向，可達(dá)到約3°/min。

由于先檢測(cè)過液控單向閥的自鎖功能正常，分析可能性最大應(yīng)該是柱塞泵內(nèi)部件或油缸內(nèi)活塞與缸套的配合間隙超標(biāo)造成內(nèi)部泄漏，在舵力作用下出現(xiàn)小幅返舵現(xiàn)象。

經(jīng)拆檢液壓缸部件，發(fā)現(xiàn)油缸內(nèi)缸套底部存在許多小的麻點(diǎn)，U形圈和支持環(huán)磨損嚴(yán)重。

分析跑舵機(jī)理為，液壓油內(nèi)含微量水等雜質(zhì)，在停航期間，沉淀到下部，輕微腐蝕了油缸缸套底部，長(zhǎng)年累月的疊加，由輕微的腐蝕點(diǎn)擴(kuò)成很多細(xì)小麻點(diǎn)。U形密封圈和支持環(huán)在使用過一段時(shí)間磨損后，就達(dá)不到密封要求而引起油缸內(nèi)部高低壓油腔短接，造成跑舵，至舵角反饋修正為止，就表現(xiàn)為小幅返舵。

在按照HJB 176.10-1997海軍某型驅(qū)逐艦修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第10部分規(guī)定要求，修復(fù)了液壓缸缸套，更換了U形圈和支持環(huán)后，經(jīng)碼頭調(diào)試和航行試驗(yàn)，轉(zhuǎn)舵時(shí)間明顯縮短在規(guī)定范圍內(nèi)，跑舵故障排除。

4)主油泵配油盤與缸體間隙超標(biāo)，產(chǎn)生泄漏。

某2艘艦在修前試航中，出現(xiàn)固定舵角壓舵跑舵，方向向舵角減小方向。舵角越大跑舵越嚴(yán)重。滿舵時(shí)跑舵最大可達(dá)5°/min～6°/min。同時(shí)，轉(zhuǎn)舵時(shí)間也超過要求。

經(jīng)分析后拆檢主油泵，發(fā)現(xiàn)1艘艦主油泵內(nèi)配油盤、柱塞缸體、柱塞和滑塊等主要零部件均嚴(yán)重磨損。另1艘艦，主油泵內(nèi)配油盤與缸體間拉毛，并存在一小塊碰痕。這2種情況，均會(huì)導(dǎo)致配油盤與缸體間配油槽漏油嚴(yán)重，難以保證主泵的正常吸排油。

跑舵機(jī)理為，當(dāng)舵停在某舵角時(shí)，在航行中水流壓力作用下，進(jìn)、回油油缸之間存在油壓差。此時(shí)變量柱塞泵雖處中位，但泵內(nèi)泄漏嚴(yán)重，使閉式主油路閉鎖不嚴(yán)，舵停稍久就因泄露而跑舵。

將配油盤、缸體、柱塞和滑塊等主要零部件修理、換新，達(dá)到HJB176.8-1997及專用工藝要求后組裝，并確保配油盤與缸體緊緊相貼。裝復(fù)后經(jīng)調(diào)試，跑舵故障消除，轉(zhuǎn)舵時(shí)間符合要求。

3 跑舵原因匯總

通過某型各艦舵機(jī)跑舵故障分析與排除，我們發(fā)現(xiàn)，某型驅(qū)逐艦出現(xiàn)的一些跑舵原因并未全包含在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)船用往復(fù)式液壓舵機(jī)修理技術(shù)要求(CB/T 3679-1995)中3.1.4條所列跑舵原因之內(nèi)，為此，針對(duì)某型艦舵機(jī)液壓系統(tǒng)的組成和原理，結(jié)合多艘艦跑舵故障排除的實(shí)例，特將某艦液壓舵機(jī)跑舵原因匯總?cè)缦?①液控單向閥關(guān)閉不嚴(yán)，系統(tǒng)不能及時(shí)液壓自鎖;②安全防浪閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成壓力油路與回油路短接;③操舵零位與追隨反饋零位不同步;④液壓缸內(nèi)部件磨損、腐蝕，造成內(nèi)漏短路;⑤柱塞變量泵內(nèi)部件磨損嚴(yán)重，造成內(nèi)漏;⑥主油路有其它泄漏。

4 總結(jié)

從某型數(shù)艘驅(qū)逐艦舵機(jī)跑舵故障分析和排除的過程不難看出，由于該型艦建造年代較早，目前老齡化嚴(yán)重，舵機(jī)液壓系統(tǒng)柱塞泵、油缸內(nèi)部主要零件長(zhǎng)期磨損積累，這一現(xiàn)狀增加了跑舵故障的隱患。對(duì)此，建議該型艦舵機(jī)液壓系統(tǒng)管理中應(yīng)重點(diǎn)注意日常運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)、周期性檢修及管路設(shè)計(jì)3方面，以保證后續(xù)使用。

1)日常運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)。

①須嚴(yán)格按照艦上體系合理使用、按各艦具體情況進(jìn)一步加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng);②加強(qiáng)預(yù)防性檢查，系統(tǒng)油溫不應(yīng)低于10℃，運(yùn)行時(shí)不應(yīng)高于65℃;③定期巡檢整套液壓系統(tǒng)的密封性，特別是一經(jīng)發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象，要及時(shí)更換失效的密封件和漏油閥、附件;④應(yīng)有詳實(shí)的使用管理記錄，以備舵機(jī)故障出現(xiàn)時(shí)，有利于根據(jù)其表征特點(diǎn)進(jìn)行故障診斷和排除;⑤日常對(duì)濾油器加強(qiáng)管理，這樣可保障整個(gè)液壓系統(tǒng)少出故障;⑥液壓油定期取樣抽檢，油箱中的油應(yīng)根據(jù)工作情況定期更換，防止油液用久變質(zhì)，影響性能，換油時(shí)應(yīng)同時(shí)更換濾器的濾芯。

2)周期性檢修。

①修前試航、調(diào)試檢查任何細(xì)小的不正常工作現(xiàn)象都應(yīng)受到高度重視;②嚴(yán)格按照修理計(jì)劃，勘驗(yàn)、修理，其過程應(yīng)做到“細(xì)工出精活”;③對(duì)液壓設(shè)備的密封橡膠圈和填料、液壓管路密封墊片每次換新應(yīng)徹底;④各元件裝配前應(yīng)用煤油洗刷，禁止用帶纖維的織物擦拭;⑤確認(rèn)油泵發(fā)生故障而拆檢油泵時(shí)，務(wù)必注意清潔，使用的拆裝工具及一切用具和場(chǎng)地應(yīng)干凈;⑥舵機(jī)液壓設(shè)備裝復(fù)后必須清洗液壓管路，并在作密性試驗(yàn)合格后，對(duì)整套舵機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行串油，經(jīng)取樣分析油樣品質(zhì)合格后換投新油，再經(jīng)碼頭調(diào)試轉(zhuǎn)舵功能正常后方可進(jìn)行修后航行試驗(yàn)。按照某艦舵機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，新油需經(jīng)過濾精度為8～10 μm濾網(wǎng)精濾，這與CB/T 3679-1995要求不同。

3)管路設(shè)計(jì)。

加裝1只單向閥與補(bǔ)油系統(tǒng)粉末冶金濾油器并聯(lián)。單向閥開啟壓力略高于濾器進(jìn)出口的最大壓差。由于補(bǔ)油濾器安裝在齒輪泵出口端，雖然能直接保護(hù)泵以外的所有液壓元件，但由于濾器本身在較高壓力中工作，當(dāng)濾芯淤塞時(shí)易被擊穿。同時(shí)，在濾油器進(jìn)出口兩端裝兩個(gè)壓力計(jì)或1個(gè)壓差計(jì)，以便及時(shí)了解濾油器淤塞程度。