自動(dòng)舵故障原因分析

胡光明

● （寧波大港引航有限公司，寧波 315200）

自動(dòng)舵故障原因分析

胡光明

● （寧波大港引航有限公司，寧波 315200）

自動(dòng)舵是遠(yuǎn)洋船舶最重要的設(shè)備之一，是自動(dòng)控制船舶航向的設(shè)備，它的性能直接影響到船舶航行的操縱性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。自動(dòng)舵的電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)故障對(duì)于電氣管理經(jīng)驗(yàn)不足的管理者不知如何下手。本文從舵機(jī)故障的現(xiàn)象入手，對(duì)自動(dòng)舵電氣控制系統(tǒng)的功能塊分析可能出現(xiàn)故障的原因。

自動(dòng)舵；故障；電氣控制系統(tǒng)

0 引言

自動(dòng)舵是遠(yuǎn)洋船舶最重要的設(shè)備之一，是自動(dòng)控制船舶航向的設(shè)備，能使船舶在預(yù)定航向上運(yùn)行，并能克服使船舶偏離預(yù)定航向的各種干擾影響，使船舶穩(wěn)定在預(yù)定的航向上航行，是操縱船舶的關(guān)鍵設(shè)備。自動(dòng)舵的運(yùn)用減少了人力，節(jié)省了燃料，降低了機(jī)械磨損，它的性能直接影響到船舶航行的操縱性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。自動(dòng)舵的種類很多，現(xiàn)代化程度高，電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)故障難以下手，特別是對(duì)于電氣管理經(jīng)驗(yàn)不足的管理者不知所措。本文從舵機(jī)故障的現(xiàn)象入手，對(duì)自動(dòng)舵電氣控制系統(tǒng)的功能塊分析可能出現(xiàn)的原因，供讀者借鑒，以在實(shí)際工作中碰到類似的故障，能快速而準(zhǔn)確地處理。

自動(dòng)舵一般有兩個(gè)控制站，駕駛臺(tái)和舵機(jī)艙各一，控制站之間有轉(zhuǎn)換開關(guān)，以防同時(shí)操作。駕駛臺(tái)的主操縱站在現(xiàn)代化船舶上都裝有自動(dòng)操縱系統(tǒng)，隨動(dòng)操縱系統(tǒng)和應(yīng)急操縱系統(tǒng)三種操縱裝置。自動(dòng)舵一旦出了故障首先從應(yīng)急操縱系統(tǒng)查起，再查隨動(dòng)操縱系統(tǒng)，最后查自動(dòng)操縱系統(tǒng)。

1 應(yīng)急操舵系統(tǒng)的主要故障

應(yīng)急操舵裝置有兩套，一套在駕駛室，一套在舵機(jī)室。它是一種線路簡單的電動(dòng)舵操舵裝置，通過應(yīng)急操舵手柄左右扳動(dòng)，可直接控制電磁閥線圈電源的接通和斷開，從而控制舵葉的偏轉(zhuǎn)。若應(yīng)急操舵失靈，應(yīng)檢查電磁閥線圈的供電線路。包括手柄開關(guān)觸點(diǎn)、電磁閥線圈、電纜和電源等部分有無異常。檢查方法與前述控制電路故障的檢查方法相同。

有時(shí)由于油路管路中有故障或機(jī)械裝置有異常使舵葉不能偏轉(zhuǎn)，故同時(shí)也應(yīng)檢查舵機(jī)的機(jī)械管路系統(tǒng)。

2 隨動(dòng)操舵系統(tǒng)的主要故障

自動(dòng)操舵儀在自動(dòng)操舵和隨動(dòng)操舵的轉(zhuǎn)換都是羅經(jīng)帶動(dòng)信號(hào)發(fā)送機(jī)與手輪帶動(dòng)信號(hào)發(fā)送器的轉(zhuǎn)換。自動(dòng)操舵儀中的相敏整流、放大器、可控硅等電路在這兩種操舵方式下都是工作的，所以系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，與這些電路有關(guān)。

當(dāng)出現(xiàn)隨動(dòng)操舵失靈、靈敏度低、偏舵錯(cuò)誤、舵角過大或過小等故障時(shí)，可檢查下列項(xiàng)目：

1）各開關(guān)位置是否正確，各旋鈕是否起調(diào)節(jié)作用，電源電壓數(shù)值是否符合要求；

2）觀察各部件是否有異常現(xiàn)象，如變壓器是否發(fā)熱、各接線頭是否松動(dòng)或脫落；

3）印刷電路板是否已插緊；

4）如果上述正常，可先操作應(yīng)急舵，若正常則說明故障發(fā)生在電磁閥線圈以前的控制電路中；

5）檢查各印刷電路板上的元件，如果有備件，可逐塊地更換試驗(yàn)。如更換后隨動(dòng)操舵恢復(fù)正常，那么故障就發(fā)生在剛剛換下的印刷電路板上，再檢查該板上的元件和電路，找出故障元件，進(jìn)行修理；

6）常見的故障及原因：

a）手輪在零位，舵葉偏離零位

反饋裝置松動(dòng)或自整角發(fā)送器松動(dòng)使零位不準(zhǔn)確；相敏電路有故障，元件參數(shù)發(fā)生變化，使電路不平衡；控制系統(tǒng)靈敏度過低也會(huì)發(fā)生舵位不準(zhǔn)的現(xiàn)象。同時(shí)應(yīng)檢查舵機(jī)的機(jī)械部分工作是否正常。

b）左右舵角不對(duì)稱

自整角發(fā)送器偏離零位；相敏電路輸出信號(hào)不對(duì)稱；放大電路三極管參數(shù)或特性變化。若操舵時(shí)舵葉不停，一直跑滿舵，可能無舵角反饋信號(hào)，這時(shí)應(yīng)檢查反饋回路是否斷路或有其他故障。

c）隨動(dòng)操舵時(shí)只能單向來舵

相敏電路橋臂有斷路、放大器或可控硅電路某元件損壞或斷路；執(zhí)行電動(dòng)機(jī)或電磁閥線圈有損壞或不動(dòng)作；電路中有虛焊，或造成電路不通等。

d）系統(tǒng)發(fā)生振蕩

靈敏度旋鈕調(diào)節(jié)不當(dāng)，使靈敏度過高；檢查靈敏度控制電路中的元件、線路有無異常；有時(shí)操舵速度過快會(huì)使系統(tǒng)振蕩，一般隨動(dòng)操舵系統(tǒng)靈敏度調(diào)整到1°～2°。

e）左右偏舵速度相差過大

檢查左右電磁閥或執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的工作有無異常；油路是否堵塞，使動(dòng)作受阻或使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不正常。

3 自動(dòng)操舵系統(tǒng)的主要故障

3.1 自動(dòng)舵不工作的修理

執(zhí)行裝置系統(tǒng)的電源電路要進(jìn)行的檢查：1）檢查主電源、主變壓器、機(jī)組等電源是否正常；2）在舵機(jī)房用手柄操舵時(shí)，檢查電源工作是否正常；3）在駕駛室用手柄操舵時(shí)，檢查電路的電源是否正常；4）操手動(dòng)舵，檢查液壓源、機(jī)械傳動(dòng)和電動(dòng)機(jī)電磁閥的工作是否正常。

隨動(dòng)、自動(dòng)操舵系統(tǒng)的電源電路要進(jìn)行的檢查：1）主變壓器初級(jí)繞組供電是否正常；2）變壓器次級(jí)繞組輸出電壓是否正常；3）各整流電路、穩(wěn)壓電路等線路端電壓是否正常；4）若有異常，對(duì)電路進(jìn)行修理、調(diào)試，元件損壞換新；5）檢查自動(dòng)舵指令發(fā)訊部分。自動(dòng)舵指令的發(fā)訊常用電位器或自整角機(jī)，自整角機(jī)舵令發(fā)訊包括：舵令發(fā)送機(jī)、接收機(jī)和相敏整流。旋轉(zhuǎn)航向整定旋鈕，自整角發(fā)送機(jī)和相敏整流應(yīng)有輸出。一般自整角機(jī)有1V的交流電壓輸入。相敏整流應(yīng)有0.8V的直流電壓輸出，直流電壓輸出大小與旋轉(zhuǎn)角度成正比，直流電壓的極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。根據(jù)這些原則檢查自整機(jī)指令發(fā)訊部分工作是否正常；6）檢查機(jī)械傳動(dòng)部分，觀察齒輪的嚙合狀態(tài)；7）放大電路和開關(guān)電路要進(jìn)行的檢查：a）信號(hào)比較單元的檢查；b）運(yùn)算放大器電路的檢查；c）脈沖形成與開關(guān)電路的檢查；d）繼電開關(guān)或可控硅電路的檢查。

3.2 自動(dòng)舵不準(zhǔn)確的修理

1）檢查舵葉機(jī)械零位是否準(zhǔn)確；

2）檢查分羅經(jīng)跟隨主羅經(jīng)是否準(zhǔn)確；

3）檢查接收機(jī)機(jī)械傳動(dòng)，其阻力距不得大于0.01NM；

4）對(duì)舵訊的發(fā)送、接收、反饋，若采用自整角機(jī)，需對(duì)自整角機(jī)進(jìn)行以下檢查：a）自整角機(jī)的校零，其方法為：確定機(jī)械零位，松開自整角機(jī)外殼的固定件，用萬用表測(cè)量自整角機(jī)的輸出電壓，用手輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)自整角機(jī)外殼(注意：此時(shí)轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng))，直到接線之間的電壓達(dá)到最小(約0.1V左右)為止。若該點(diǎn)又是穩(wěn)定零點(diǎn)，即可緊固自整角機(jī)的固定件；b）若自整角機(jī)找不出穩(wěn)定零點(diǎn)，可檢查激磁繞組是否斷路，整步繞組是否短路或開路，先排除故障，再校零點(diǎn)；c）檢查相敏整流電路；d）檢查輸出是否平衡，即當(dāng)相敏整流電路輸入為零時(shí)，相敏整流輸出電壓不應(yīng)超過0.02V，否則需調(diào)整；e）檢查電源變壓器付邊電壓是否對(duì)稱；f）檢查四個(gè)橋臂的二極管特性和電阻是否相同。若以上檢查都沒有出現(xiàn)異常，可調(diào)整四個(gè)橋臂電阻和輸出電阻，使之輸出平衡。

5）檢查放大電路：a）對(duì)集成運(yùn)算放大電路，檢查各結(jié)點(diǎn)工作電壓是否正常；b）對(duì)分離件放大電路，檢查各元件工作是否正常；c）檢查放大器的靈敏度調(diào)節(jié)電路；d）檢查開關(guān)電路、可控硅電路、電磁閥和執(zhí)行電機(jī)的工作是否正常；e）檢查自動(dòng)舵比較環(huán)節(jié)工作是否正常；f）檢查自動(dòng)舵執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行是否靈活，部件磨損是否嚴(yán)重。

3.3 自動(dòng)舵不靈敏的修理

1）自動(dòng)舵不靈敏與自動(dòng)舵不準(zhǔn)確有很大關(guān)系；2）檢查機(jī)械傳動(dòng)部分是否滑動(dòng)；3）檢查液壓源和執(zhí)行電機(jī)等執(zhí)行部分是否正常；4）檢查電子電路的增益。

3.4 自動(dòng)舵不穩(wěn)定的修理

1）檢查放大器的增益，增益選擇過高，系統(tǒng)易振蕩；2）檢查開關(guān)放大器電路的繼電器特性，其寬度不超過靈敏度的1/2。繼電器特性過寬引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；3）檢查舵令的發(fā)送、反饋相位是否正確；4）檢查舵令信號(hào)的發(fā)送、接收、反饋的自整角機(jī)工作是否正確；5）檢查舵的旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)速度取得不合適，也會(huì)造成系統(tǒng)的振蕩；6）舵機(jī)液壓系統(tǒng)油路漏油，有空氣造成舵機(jī)爬行或振蕩也能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4 結(jié)語

1）舵機(jī)艙溫度高、震動(dòng)大，導(dǎo)致接線松脫，監(jiān)測(cè)、反饋、執(zhí)行微動(dòng)作元件潤滑油脂干涸、不暢，是直接對(duì)相關(guān)控制元件造成故障的最大誘因。

2）控制電磁閥的功放元件，液壓閥件臟堵導(dǎo)致電磁閥芯不動(dòng)作或動(dòng)作不靈敏，把它們作為檢查重點(diǎn)，可快速而準(zhǔn)確的判斷自動(dòng)舵控制系統(tǒng)故障，縮短修理時(shí)間，起到事半功倍的效果，對(duì)更好保證船舶的安全航行，提高生產(chǎn)效率有重要作用。

[1]趙殿禮. 船舶輔機(jī)電氣控制系統(tǒng)[M]. 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2003.

[2]王煥文. 艦船電力系統(tǒng)及自動(dòng)裝置[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2004.

[3]孫旭清. 船舶電氣設(shè)備[M]. 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2008.

DNV應(yīng)邀參加第八屆中國年度核電技術(shù)論壇會(huì)議

DNV大中國區(qū)石油與天然氣部可持續(xù)發(fā)展中心的大客戶經(jīng)理李爽先生在會(huì)上作了題為“核電全生命周期QHSE標(biāo)準(zhǔn)化及國際標(biāo)桿建設(shè)”的主題演講，與在座來賓分享了DNV在核電風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

在后福島時(shí)代中國核安全要求有新的發(fā)展，國家發(fā)布了《核電安全計(jì)劃》和《中長期核電發(fā)展規(guī)劃》，新建核電機(jī)組必須符合三代安全標(biāo)準(zhǔn)，具有更完善的嚴(yán)重事故預(yù)訪和緩解措施，設(shè)計(jì)嚴(yán)重堆芯損壞事件（CDF）的概率要低于十萬分之一，要用最先進(jìn)的成熟技術(shù)，最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，持續(xù)提升我國核電機(jī)組安全性能。

同時(shí)，后福島時(shí)代中國核電將會(huì)迎來更安全穩(wěn)步的發(fā)展，中國核能發(fā)展目標(biāo)是到2020年核電發(fā)電比例從現(xiàn)在1.1%增長至6%，2030達(dá)到15%，中國須克服各種困難，將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為機(jī)遇。 DNV作為世界領(lǐng)先的風(fēng)險(xiǎn)管理服務(wù)提供商，近年來已與中國廣東核電集團(tuán)（中廣核）、大亞灣核電公司、臺(tái)山核電合營公司、寧德核電公司、紅沿河核電公司等提供服務(wù)并得到客戶一致肯定，DNV依靠豐富的風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，致力于更好的服務(wù)中國核電企業(yè)發(fā)展。

Fault Cause Analysis of Auto-steer

HU Guang-ming(Ningbo Dagang Pilot Co., Ltd., Ningbo 315200, China)

Auto-steer, which can control the course automatically, is one of the most important equipment of ocean vessel. The performance of auto-steer has direct influences on ship navigation’s handling, economy and security. The electrical control system of the auto-steer is very complex, so the controllers who lack experience have no idea about how to deal with the fault. The reasons for fault of auto-steer electrical control system’s function block are analyzed from the steering gear fault phenomenon.

auto-steer; fault; electrical control system

U665

A

胡光明（1960-），男，工程師。從事船舶電氣維修、管理。