某艦減搖鰭的故障分析與排除

趙利家，劉芝崇

(4810工廠，遼寧大連 116041)

某艦減搖鰭的故障分析與排除

趙利家，劉芝崇

(4810工廠，遼寧大連 116041)

文章闡述了某艦JQB－4型減搖鰭出現(xiàn)的復(fù)零壓力過低和補油壓力高以及跑鰭故障的原因及排除方法，特別是針對復(fù)零壓力過低故障，通過分析排查，查找出液壓系統(tǒng)閥件延時動作有誤差的隱性故障，可供修理此型減搖鰭的人員參考。

減搖鰭;復(fù)零壓力;補油壓力;跑鰭;故障;分析與排除

某艦配備有4臺JQB－4型減搖鰭，2005年曾進(jìn)行過液壓系統(tǒng)升級改造，采用PLC控制，提高了減搖鰭自動控制功能，液壓元件的精度及控制功能也相繼提高。在航行期間，該艦減搖鰭液壓和控制系統(tǒng)出現(xiàn)復(fù)零壓力過低和補油壓力高以及跑鰭故障，本文通過對此次故障排查、分析、處理，總結(jié)故障原因及排除措施，為同行人員提供借鑒。

1 液壓控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象

該艦在航行期間，減搖鰭出現(xiàn)復(fù)零壓力過低和補油系統(tǒng)壓力高以及跑鰭故障，具體故障現(xiàn)象如下所述。

1)當(dāng)減搖鰭液壓機組停機時，復(fù)零壓力應(yīng)為10 MPa并保持不降低，以使鰭角復(fù)零。但后艙右減搖鰭液壓機組在停機時，復(fù)零壓力過低，只有1.0 MPa，鰭葉無法恢復(fù)到零位。

2)機組在運轉(zhuǎn)未投入轉(zhuǎn)鰭工況下，補油壓力應(yīng)為1.2～1.3 MPa，但后艙左減搖鰭出現(xiàn)補油壓力高且在1.5 ～3.0 MPa之間波動現(xiàn)象。

3)當(dāng)機組在運轉(zhuǎn)但未投入轉(zhuǎn)鰭工況時，后艙右減搖鰭鰭葉穩(wěn)定不了，出現(xiàn)跑鰭現(xiàn)象。

2 液壓控制系統(tǒng)的原理和組成

1)主油路系統(tǒng)，由主泵 (伺服變量型軸向柱塞泵)、電液伺服閥、反饋裝置、主閥組及管路組成。電液伺服閥和反饋裝置安裝在主泵的殼體上，其中電液伺服閥把電信號變換成液壓信號，控制主泵的變量機構(gòu)，以控制主泵供油的大小與方向。反饋裝置中的電位器與泵變量機構(gòu)的活塞桿直接連接，隨活塞桿的軸向移動，將其位移量變換成電信號，反饋回電控系統(tǒng)。主閥組由電磁溢流閥、4個補油單向閥和通油塊組成。通油塊的內(nèi)通道與相應(yīng)的閥溝通，其外接油口通過管路分別與主泵、液壓油缸通油塊連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)鰭回路。

2)復(fù)零、補油和伺服油路系統(tǒng)，由副泵 (雙聯(lián)葉片泵兼復(fù)零、補油、伺服3個功能)、副閥組、單向閥及管路組成，副閥組由復(fù)零/補油電磁換向閥、3只溢流閥、1只液控單向閥及通油塊組成。通油塊的內(nèi)通道與相應(yīng)的閥溝通，其外接油口通過管路與副泵、復(fù)零油缸、濾油器、電液伺服閥、主閥組等連接，分別構(gòu)成復(fù)零回路、伺服回路、補油回路。

3)手動復(fù)零系統(tǒng)，由手搖泵、單向閥及管路組成，其油路直接與復(fù)零油缸的油口相連，用手搖泵泵油，壓力油直接進(jìn)入復(fù)零油缸。

3 原因分析及排查

通過分析該減搖鰭液壓工作原理，對本次出現(xiàn)的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和排查。

故障一:對減搖鰭停機時，復(fù)零壓力過低的故障原因分析。復(fù)零回路的液壓原理為，當(dāng)液壓機組啟動后，在復(fù)零回路上的復(fù)零/補油電磁換向閥延時供電，滑閥閥芯在彈簧的作用下推向一側(cè)，閥內(nèi)形成通路，副泵的壓力油直接流過換向閥到達(dá)液控單向閥，頂開閥芯后，直接到達(dá)復(fù)零油缸內(nèi)，推動活塞使鰭葉處在零位不動。

電磁換向閥通電后，滑閥閥芯在電磁力作用下推向另一側(cè)堵住復(fù)零通路，開通補油通路，其中一部分壓力油通向液控單向閥的控制通路，打開單向閥閥芯，復(fù)零油缸內(nèi)的壓力油反向泄到回油路進(jìn)入油箱內(nèi);另一部分壓力油進(jìn)入補油回路上，通過濾油器到達(dá)轉(zhuǎn)鰭油路主閥組上，通過補油單向閥不斷補充轉(zhuǎn)鰭油路，保持轉(zhuǎn)鰭油路充滿壓力油。而轉(zhuǎn)鰭油路上的電磁溢流閥開始通電，滑閥閥芯在電磁力作用下向一側(cè)推動，截斷轉(zhuǎn)鰭2個工作油路的中間通路，進(jìn)入機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

當(dāng)需要停機時，按動停機按鈕，首先主油路電磁溢流閥斷電，滑閥閥芯在彈簧力作用下向另一側(cè)推動，接通2個工作油路的中間通路，轉(zhuǎn)鰭壓力下降，繼而復(fù)零/補油電磁換向閥斷電，復(fù)零回路接通，補油路壓力油又流過復(fù)零/補油電磁換向閥到達(dá)液控單向閥，頂開閥芯后，直接到達(dá)復(fù)零油缸內(nèi)，推動活塞使鰭葉處在零位不動，機組停機。這時由于液控單向閥具有止回作用，阻止復(fù)零油缸內(nèi)的壓力油回流，繼而保持復(fù)零壓力不降低。

減搖鰭停機時復(fù)零壓力過低初步分析原因有2方面:一是復(fù)零油缸內(nèi)活塞密封件密封不嚴(yán)，導(dǎo)致高低壓腔串通。在停機狀態(tài)時，因為復(fù)零油缸與轉(zhuǎn)鰭油缸相通，轉(zhuǎn)鰭油路處于低壓區(qū)，而復(fù)零油路處于高壓區(qū)，由于復(fù)零活塞密封件密封不嚴(yán)，高壓油泄到轉(zhuǎn)鰭油缸內(nèi)，使復(fù)零壓力降低。二是補油油路上的液控單向閥如密封不嚴(yán)，導(dǎo)致復(fù)零壓力油回流到油箱內(nèi)，使復(fù)零壓力降低。

為了證明復(fù)零油缸內(nèi)的密封件是否密封不嚴(yán)，在停機狀態(tài)時，用手壓泵打壓試驗檢查，復(fù)零壓力還是保持不住，這說明油缸內(nèi)的密封件密封不嚴(yán)。復(fù)零油缸拆卸、分解后，檢查發(fā)現(xiàn)活塞上的密封圈已壓平，失去密封效果，于是將密封圈換新，組裝安裝。液控單向閥拆卸、分解后，檢查發(fā)現(xiàn)閥頭的導(dǎo)向桿斷裂，導(dǎo)致閥頭密封不嚴(yán)，于是將液控單向閥換新安裝。首先用手搖泵打壓試驗檢查，復(fù)零壓力上升到10 MPa后保持不變，但經(jīng)再次啟動機組試驗，還是在停機時復(fù)零壓力仍然過低。

油缸密封圈及液控單向閥都換新，復(fù)零液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵原因也排除了，停機狀態(tài)的復(fù)零壓力還是過低，懷疑是自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，因為該艦減搖鰭曾升級改造過，提高了自動控制功能。經(jīng)查閱該型減搖鰭升級改造后維修說明書，了解到該自動系統(tǒng)有一套可編程控制模塊 (PLC)，用來控制復(fù)零/補油電磁換向閥及主油路電磁溢流閥的接通或斷開的延時，即2DT復(fù)零/補油電磁閥、1DT轉(zhuǎn)鰭電磁閥延時為4 s。

當(dāng)液壓機組啟動時，按下啟動按鈕，機組運轉(zhuǎn)，復(fù)零/補油電磁換向閥首先延時4 s通電，形成復(fù)零通路，副泵的壓力油直接通向復(fù)零油缸，推動活塞使鰭葉復(fù)零，4 s后復(fù)零/補油電磁換向閥通電，復(fù)零回路截斷，補油回路接通，進(jìn)入機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這時主油路電磁溢流閥開始通電，滑閥閥芯在電磁力作用下向一側(cè)推動，截斷2個工作油路的中間通路，主泵的壓力油相繼進(jìn)入到轉(zhuǎn)鰭油缸，進(jìn)行轉(zhuǎn)鰭動作。

當(dāng)停機時，按下停機按鈕，首先主油路電磁溢流閥斷電，滑閥閥芯在彈簧力作用下向另一側(cè)推動，接通2個工作油路的中間通路，轉(zhuǎn)鰭壓力下降至零，同時復(fù)零/補油電磁換向閥4 s后斷電，復(fù)零油路接通，鰭葉復(fù)零，機組再運轉(zhuǎn)6 s后停機。

經(jīng)檢查后艙右減搖鰭復(fù)零/補油電磁換向閥停機按鈕按下后6 s后斷電，而前艙2臺減搖鰭復(fù)零/補油電磁換向閥停機按鈕按下后4 s后斷電，分析原因為當(dāng)液壓機組需要停機時，按下停機按鈕，復(fù)零/補油電磁換向閥4 s后斷電，滑閥移動接通復(fù)零油路，壓力油通向復(fù)零油缸推動活塞使鰭葉復(fù)零位，而如果總共停機延時為10 s，復(fù)零/補油電磁換向閥的延時為4 s，剩下6 s為復(fù)零時間。

而后艙右減搖鰭復(fù)零/補油電磁換向閥的延時為6 s，剩下4 s為復(fù)零時間;前6 s復(fù)零/補油電磁換向閥還是處于補油回路狀態(tài)，而當(dāng)復(fù)零/補油電磁換向閥處于復(fù)零回路狀態(tài)時，由于彈簧推動滑閥復(fù)位需要時間及閥孔直徑小節(jié)流和管路流動阻力等原因，壓力油從充滿復(fù)零油缸到建立起壓力需要一段時間，而4 s內(nèi)還沒來得及建立壓力，液壓機組就停止運轉(zhuǎn)，所以復(fù)零壓力過低;而讓復(fù)零/補油電磁換向閥的延時提前為4 s，剩下6 s時間去進(jìn)行復(fù)零工況，在停機前，就來得及建立起復(fù)零壓力，停機后，由液控單向閥止回，故復(fù)零壓力就能保持10 MPa不降低。

此故障最終原因還是在于調(diào)整復(fù)零/補油電磁換向閥及主油路電磁溢流閥延時動作有誤差，將復(fù)零/補油電磁換向閥的延時提前為4 s，再次啟動液壓機組試驗，復(fù)零壓力就能保持10 MPa不降低，故障排除。

故障二:對后艙左減搖鰭由復(fù)零工況轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)鰭工況時出現(xiàn)補油壓力高，在1.5～3.0 MPa之間波動的故障，通過液壓工作原理可知，補油油路與轉(zhuǎn)鰭主油路相連，以便轉(zhuǎn)鰭時，不斷向轉(zhuǎn)鰭主油路補油;當(dāng)減搖鰭液壓機組在復(fù)零工況時，補油泵的壓力油應(yīng)該直接通過復(fù)零/補油電磁換向閥進(jìn)到復(fù)零油缸內(nèi)，使復(fù)零壓力升高，而靠滑閥密封阻斷補油油路，主泵斜盤處在零位，無液壓油輸出，故補油系統(tǒng)及轉(zhuǎn)鰭系統(tǒng)應(yīng)無壓力，而機組在運轉(zhuǎn)但未投入轉(zhuǎn)鰭工況時，補油壓力應(yīng)為1.2～1.3 MPa，轉(zhuǎn)鰭壓力應(yīng)隨鰭葉負(fù)載大小變化，轉(zhuǎn)鰭壓力應(yīng)與補油壓力一致。

懷疑主油路電磁溢流閥、補油單向閥泄漏導(dǎo)致主油路壓力泄到補油油路內(nèi)，產(chǎn)生壓力升高及波動現(xiàn)象。將其拆卸分解檢查，電磁溢流閥閥芯與閥孔表面沒有拉毛現(xiàn)象，也沒有卡滯現(xiàn)象;但發(fā)現(xiàn)有2個單向閥的密封線有些拉毛，手感很明顯，問題應(yīng)該出在閥頭與閥座密封不嚴(yán)這里，可是現(xiàn)場沒有單向閥的備件，于是將前左減搖鰭的單向閥拆卸2個與其對換。經(jīng)過試驗，故障還是沒有排除;而通過前左減搖鰭對密封不嚴(yán)的單向閥進(jìn)行試驗沒有故障，問題不在單向閥上。

難道是復(fù)零/補油電磁換向閥滑閥位置不對，造成機組在運轉(zhuǎn)未投入轉(zhuǎn)鰭工況時，補油泵有一部分復(fù)零壓力油，泄漏到補油油路上，導(dǎo)致補油壓力升高。將復(fù)零/補油電磁換向閥拆卸分解檢查，沒有發(fā)現(xiàn)彈簧、滑閥等損壞情況，電磁線圈的電壓也正常，經(jīng)測量在30 V左右。因無法判斷彈簧彈力是否不夠及滑閥位置是否在正確位置，將前左減搖鰭的復(fù)零/補油電磁換向閥再次與其更換，試驗結(jié)果表明故障仍未排除。

通過與其他艙減搖鰭試驗比較，終于發(fā)現(xiàn)其他減搖鰭在運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，轉(zhuǎn)鰭壓力表及補油壓力表都是顯示壓力的，且補油壓力總是處在1.3 MPa，而轉(zhuǎn)鰭壓力不時地波動;但后左減搖鰭的轉(zhuǎn)鰭壓力表幾乎不顯示壓力，補油壓力表顯示1.5 MPa，并不時升到3.0 MPa，而且調(diào)整補油回路溢流閥也無變化。難道是壓力表接錯了，經(jīng)過現(xiàn)場檢查表管確實是轉(zhuǎn)鰭壓力表與補油壓力表接反了，將2個壓力表表管接頭互換，再次試驗故障消失了。

故障三:對機組在運轉(zhuǎn)但未投入轉(zhuǎn)鰭工況時，后艙右減搖鰭鰭葉鎖不住，出現(xiàn)跑鰭現(xiàn)象分析原因為，當(dāng)減搖鰭液壓機組啟動運轉(zhuǎn)時，復(fù)零/補油泵壓力油通過復(fù)零/補油電磁換向閥進(jìn)入補油工況;伺服泵為主泵提供供伺服活塞及斜盤改變方向及流量的伺服壓力油。當(dāng)鰭葉由于自重進(jìn)行偏轉(zhuǎn)時，鰭角發(fā)訊器將偏轉(zhuǎn)信號反饋給電液伺服閥，伺服油路的壓力油經(jīng)電液伺服閥將壓力油供給伺服活塞，從而改變斜盤的偏轉(zhuǎn)方向和偏轉(zhuǎn)角度，主泵開始向轉(zhuǎn)鰭液壓缸輸出壓力油，將偏轉(zhuǎn)的鰭葉轉(zhuǎn)至零位。

通過分析可能是主泵伺服活塞電位器調(diào)整位置不對，本來是主泵斜盤在零位，而電位器反饋誤差信號，導(dǎo)致給主泵電液伺服閥一個不在零位的信號，促使斜盤錯誤動作，發(fā)生跑鰭現(xiàn)象;對電位器進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)試驗沒有效果。

最后懷疑是電液伺服閥零位有問題。此主泵電液伺服系統(tǒng)所采用的是CSDY1－30型射流管式電液伺服閥，如圖1所示，射流管及噴嘴一方面受銜鐵的動作而可發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，另一方面還受主閥芯動作而牽動反饋彈簧使其偏轉(zhuǎn)。伺服壓力油Ps一路經(jīng)過過濾器進(jìn)入射流管由噴嘴流出，另一路則進(jìn)入主滑閥，由滑閥控制其通路。

圖1 CSDY1型射流管式電液伺服閥簡圖

當(dāng)無信號電流輸入干式力矩馬達(dá)時，銜鐵處于正中間位置，射流管不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則噴嘴流出的壓力油分別均勻地流入兩接受器支管，主閥芯左右兩端壓力相同，主閥芯處于中位 (零位)，主滑閥(閥芯)輸出的流量為零。

當(dāng)有信號電流輸入力矩馬達(dá)時，力矩馬達(dá)的銜鐵偏轉(zhuǎn)，并帶動射流管及噴嘴偏轉(zhuǎn)。若射流管順時針偏轉(zhuǎn)，則噴嘴流出的壓力油進(jìn)接受器左支管。結(jié)果主滑閥左端油壓升高，右腔壓力下降。主閥芯在壓差作用下向右移動。主滑閥右腔油液從接受器右口溢出。主閥芯的右移使壓力油Ps由A腔入通道1，輸出一定的流量。同時，主閥芯右移時，反饋彈簧的反饋力矩反饋到射流管組件，使射流管噴嘴趨于中位，接受器兩腔的油壓差又漸小到趨于零壓差。即滑閥由于兩端壓差趨于零而在新的位置上保持不動，即滑閥實現(xiàn)了一個相應(yīng)的位移，這時閥輸出穩(wěn)定的液流量 (通道2處的油液流回油箱)。

通過此工作原理分析判斷，故障原因應(yīng)該是干式力矩馬達(dá)在無信號電流輸入時銜鐵不在零位、反饋彈簧損壞或主滑閥閥芯拉毛引起的，導(dǎo)致鰭葉不在零位。為快速判斷故障，拆卸后左減搖鰭電液伺服閥安裝到后右減搖鰭上進(jìn)行試驗，故障消失。

4 結(jié)束語

減搖鰭作為艦船在惡劣海況下最大限度地維持靜水航行舒適度的必不可少的設(shè)備，尤其是艦船遠(yuǎn)航保障、出島航行執(zhí)行重大任務(wù)更為重要。能快速準(zhǔn)確地查找故障點是保障減搖鰭持續(xù)正常工作的首要條件，本文通過分析排查，總結(jié)了JQB－4型減搖鰭出現(xiàn)的復(fù)零壓力過低和補油壓力高以及跑鰭故障的原因及排除方法，特別是針對復(fù)零壓力過低故障，查找出液壓系統(tǒng)閥件延時動作有誤差的隱性故障，為參與此型減搖鰭修理的人員提供參考，也為該艦遠(yuǎn)航執(zhí)行任務(wù)提供了可靠保障。

Failure causes and elimination methods are expounded for the low zero pressure，the high compensating oil pressure and the angle instability of stabilizer indicator which presented in Type JQB-4 stabilizer of some vessel，especially aiming at the failure of the low zero pressure.By analysis and elimination，the auther finds out the hidden failure of the delay action errors on hydraulic valves，which is very valuable for the persons participating in stabilizer repair of this type.

stabilizer;zero pressure;compensating oil pressure;angle instability of stabilizer indicator;failure;analysis and elimination

U672

C

1001－8328(2013)05－0018－04

趙利家 (1971-)，男，遼寧大連人，工程師，大學(xué)本科，主要從事艦船動力裝置修造工作。

2013－05－10