舵機液壓系統(tǒng)產生故障原因分析

周建平

摘要：舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規(guī)范決定，選型時主要考慮扭矩大小。船用舵機目前多用電液式，即液壓設備由電動設備進行遙控操作。本文中就針對相對常見的泵控型液壓舵機為例，對液壓系統(tǒng)失效原因，進行分析并對可能出現(xiàn)的故障點進行故障排除。

關鍵詞：舵機；大甲板機械； 故障排除

引言

舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規(guī)范決定，選型時主要考慮扭矩大小。船用舵機目前多用電液式，即液壓設備由電動設備進行遙控操作。有兩種類型： 一種是往復柱塞式舵機，其原理是通過高低壓油的轉換而做功產生直線運動，并通過舵柄轉換成旋轉運動。另一種是轉葉式舵機，其原理是高低壓油直接作用于轉子，體積小而高效，但成本較高。

1.舵機液壓系統(tǒng)產生故障原因分析

1.1液壓系統(tǒng)常見故障類型

根據(jù)液壓油流向變換方法的不同，液壓舵機分為泵控型液壓舵機和閥控型液壓舵機。其液壓系統(tǒng)都是由動力元件液壓泵、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、工作介質液壓油等五部分組成。液壓舵機是在海上進行使用，由于受到使用環(huán)境的限制，舵機液壓系統(tǒng)故障不容易進行檢測，也比較難以發(fā)現(xiàn)，同時出現(xiàn)故障的類型又呈現(xiàn)多樣化。因此要對舵機在使用過程中液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)的故障進行統(tǒng)計和分析，找出產生各種故障之間內在的共同因素，總結出容易出現(xiàn)以下比較常見的幾種故障類型。

1.1.1異常振動和響聲當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，往往表現(xiàn)為產生異常的振動和響聲。當舵機運行過程中出現(xiàn)異常的振動和響聲，很大可能是液壓系統(tǒng)中某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了故障。

圖1 舵機液壓系統(tǒng)示意圖

1.1.2液壓系統(tǒng)液壓油壓力不足或壓力波動較大液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力決定了執(zhí)行元件液壓缸輸出的推力的大小。液壓油壓力不足或沒有壓力都將難以驅動舵葉轉動，從而不足以產生足夠的轉船

圖2 舵機液壓系統(tǒng)壓力不足或壓力波動較大系統(tǒng)原因示意圖

1.1.3液壓油流量不穩(wěn)定液壓系統(tǒng)中液壓油的流量決定了執(zhí)行元件液壓缸移動的速度。流量不足或流量波動較大都會對舵葉轉動的時間及轉動穩(wěn)定性產生影響。

1.1.4液壓系統(tǒng)中元件損壞舵機液壓系統(tǒng)是由各種的閥、泵、缸體、管件、接頭、密封裝置等組成。元件的精度較高并且數(shù)量較多，當其中的某一個液壓元件損壞或出現(xiàn)故障，都將引起液壓油泄漏從而影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和準確性，甚至發(fā)生污染環(huán)境、發(fā)生火災的危險。

1.2利用故障樹對舵機液壓系統(tǒng)故障進行分析

故障樹方法（ fault tree analysis，F(xiàn)TA） 最初的時候被應用在電子行業(yè)里，后來逐漸被應用到各種工程領域。FTA 是以系統(tǒng)所不希望發(fā)生的一個事件（ 頂事件） 為分析的目標，通過逐層向下推測所有可能的原因，從而找出系統(tǒng)內可能存在的失效模式、環(huán)境影響、人為失誤以及程序處理等硬、軟件因素與頂事件的邏輯關系?，F(xiàn)以泵控型液壓舵機的液壓系統(tǒng)為例，對其常見故障進行分析。

2.舵機液壓系統(tǒng)故障及解決措施

2.1舵機出現(xiàn)不能轉動故障

當出現(xiàn)液壓操縱系統(tǒng)能正常工作，但舵機出現(xiàn)不能轉動時故障時，應先分析一下是否是屬于電氣遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，例如電路是否出現(xiàn)斷路等。如果電氣遙控系統(tǒng)檢測沒有出現(xiàn)故障，則應分析一下液壓傳動系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，例如檢測液壓控制系統(tǒng)中伺服油缸液壓控制信號是否出現(xiàn)中斷、檢測伺服油缸中的旁通閥是否關閉、溢流閥所調定的壓力是否太低了[1]、三位電磁換向閥在左位或右位有電信號的狀態(tài)下是否可以離開中位、液壓主泵是否出現(xiàn)變量機構卡死、主泵驅動電機是否正常起動、連鎖保護機構是否異常等異常故障，都能導致舵機不能轉動。檢測主泵是否出現(xiàn)故障方法可換用備用泵給系統(tǒng)供油加以驗證。

2.2舵機現(xiàn)只能單向轉舵故障

舵機出現(xiàn)只能朝某一方向轉舵，當向另一方向轉舵是出現(xiàn)舵機不轉現(xiàn)象時。排除方法為先改用舵機旁手動操舵系統(tǒng)進行操舵。如機旁手動操舵，舵機工作正常，則應先考慮電氣遙控系統(tǒng)線路是否出現(xiàn)故障，例如三位電磁換向閥某一端電磁線圈是否出現(xiàn)斷路等故障、檢測控制用伺服油缸是否出現(xiàn)嚴重的泄漏、變量泵當出現(xiàn)泵的變量機構是否只能單向運行，此外當液壓系統(tǒng)中主油路單方向不通或旁通時，都會出現(xiàn)單向轉舵現(xiàn)象。

2.3舵機轉舵時間達不到規(guī)定要求

根據(jù)《國際海上人命安全公約》的規(guī)定： 舵應在不超過60s 內從船舶的任意一舷15°轉到另外一舷的15°。如果舵機轉舵時間達不到規(guī)定，應視為舵機出現(xiàn)故障。如機旁操舵后，故障消失，則檢測輔泵的流量是否不足、調速閥調定的流量是否太小了、主泵流量的流量大小從而導致轉舵時間延長。此外主油路中因泄漏、安全閥或旁通閥等關閉不嚴、油缸內部密封損壞、備用泵油路鎖閉不嚴或主油路換向閥泄漏嚴重等都將導致沖舵、跑舵或滯舵等故障。

2.4舵機出現(xiàn)舵葉轉動滯后于操舵動作

2.4.1主油路中混有較多氣體改由機旁操舵，如滯舵現(xiàn)象沒有消除，可將液壓缸高壓側放氣閥打開，如有氣泡放出則很有可能是液壓系統(tǒng)檢修后放氣不夠徹底、油箱液壓油油位太低或補油壓力太低、液壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏等原因導致空氣混入液壓系統(tǒng)中。

2.4.2遙控系統(tǒng)動作遲滯當液壓遙控系統(tǒng)中控制油路或伺服油缸中混入空氣，或控制系統(tǒng)機械傳動部件的間隙太大都將導致故障。

2.4.3主油路泄漏或旁通泵控型系統(tǒng)主油路泄漏或旁通嚴重將導致舵機可轉不動或轉動得很慢。

2.5舵轉到指令角后沖轉過頭

2.5.1變量機構不能及時回中變量泵的變量機構卡住，導致控制液壓油壓力變低或差動活塞油孔堵塞等所造成故障。

2.5.2遙控伺服液壓油缸的換向閥不能回中液壓換向閥閥芯在一端卡住，或液壓控制閥一端彈簧斷裂導致張力不足等造成故障。

2.5.3遙控伺服液壓油路閉鎖不嚴液壓油路發(fā)生泄漏或液壓閥旁通后，舵機由于受到浮動桿傳來的作用力，伺服活塞在到達指令舵角后，因油路鎖閉不住而繼續(xù)前移動造成沖舵。

2.5.4控制系統(tǒng)的反饋部分有故障如反饋系統(tǒng)的機械連接件松動、電氣元件損壞、觸頭臟污或斷路等。

2.5.5主油路鎖閉不嚴當主油路存在泄漏或旁通，則在舵轉動慣性大，特別是舵作用有負扭矩時，就會發(fā)生沖舵，但如果反饋機構正常，舵沖過指令舵角后仍會回到指令舵角。

2.6穩(wěn)舵期間舵偏離所停舵角

當主油路鎖閉不嚴、遙控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定導致，兩臺泵共用一套浮動桿控制，變量泵中位調節(jié)不一致或調好后松動，在雙泵同時工作時會產生舵停不穩(wěn)的現(xiàn)象。

2.7舵機有異常噪聲和振動

液體噪聲多是由工液壓油中產生氣穴、系統(tǒng)放氣不徹底或補油不足、油溫太低、油粘度太大、油泵機組異常、吸油濾器堵塞或吸油管漏氣、泵和電動機對中不良、軸承或泵內運動部件損壞、管路或其它部件固定不牢、轉舵油缸柱塞填料過緊、舵受負扭矩作用、舵桿軸承磨損或潤滑不良等原因所導致。

2.8舵不準

當舵角偏差超過土1°，需對操縱系統(tǒng)進行調整： 當舵輪處在零位時，操舵信號發(fā)送器輸出應調整為零； 當舵葉在零位時，反饋信號發(fā)送器的輸出應調整為零； 對于設有浮動桿機構的控制系統(tǒng)，應首先使遙控系統(tǒng)在舵機室的執(zhí)行元件以及變量油泵和舵葉三者同時處于中位。

參考文獻：

[1]楊濟.淺析舵機故障分析系統(tǒng)設計[J].裝備制造，2009（06） .

[2]周曉波，張宏，陳奇.內河船舶液壓舵機的故障及排除[J].中國水運（下半月），2009（09）.