轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)液壓系統(tǒng)故障處理分析

李 棟，顧 含，王孝霖，蘇先明，解 強(qiáng)

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

船舶在海中安全航行、?？看a頭需要良好的操縱性能。船舵用于改變或維持船舶航向，是保證船舶安全航行的重要裝置。舵主要由舵葉、舵桿、舵機(jī)等部分組成。船舶舵機(jī)按照驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的不同可分為三類，即蒸汽舵機(jī)、電動(dòng)舵機(jī)和液壓舵機(jī)[1]。液壓舵機(jī)具有重量輕、尺寸小、靈敏度高，工作平穩(wěn)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能緩沖風(fēng)浪對(duì)舵葉的沖擊，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、振動(dòng)小。隨著液壓技術(shù)向高速、高壓和大功率方向的發(fā)展，轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)以其特有的優(yōu)勢(shì)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[2]。

1 轉(zhuǎn)葉式電液舵機(jī)的組成

某遠(yuǎn)洋船舶為雙舵設(shè)計(jì)，配備了兩臺(tái)Rolls-Royce公司生產(chǎn)的SR743型轉(zhuǎn)葉式電動(dòng)液壓舵機(jī)。該轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)主要由三部分組成：轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)由油缸、定葉、球形轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)葉、密封裝置等部件組成，其作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，進(jìn)而推動(dòng)舵桿和舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)；液壓系統(tǒng)由油箱、葉片泵、液壓閥件、液壓管路、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)啟動(dòng)箱等部分組成，其作用是向舵機(jī)提供足夠的液壓能，并設(shè)置所需的保護(hù)和控制裝置；操舵控制系統(tǒng)由主控臺(tái)、舵角反饋發(fā)訊器、舵角指示器、機(jī)旁控制箱等部分組成，其作用是傳遞舵角指令并控制操舵精度[3]。

2 舵機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理

該舵機(jī)為閥控型液壓舵機(jī)，其液壓系統(tǒng)如圖1所示。轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)的缸體和球形轉(zhuǎn)子構(gòu)成環(huán)形油缸，定葉和轉(zhuǎn)葉將油缸分成了六個(gè)隔離腔室，它們通過(guò)缸體上的導(dǎo)油槽間隔相連，分成兩組 C1、C3、C5和 C2、C4、C6，一組腔室進(jìn)油時(shí)，另一組腔室回油，反之亦然。系統(tǒng)設(shè)有1#和2#兩套獨(dú)立的泵單元，實(shí)現(xiàn)互為備用，也可同時(shí)工作。正常航行時(shí)，由單個(gè)泵單元供油轉(zhuǎn)舵，即可滿足在28s內(nèi)將舵由任一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷30°的要求，并能達(dá)到額定轉(zhuǎn)舵扭矩；進(jìn)出港或窄水道航行時(shí)，兩個(gè)泵單元可并聯(lián)工作，扭矩不變，轉(zhuǎn)舵速度可以提高一倍。

以 1#泵單元為例，當(dāng)駕駛室發(fā)出左轉(zhuǎn)舵信號(hào)時(shí)，主操縱閥“左轉(zhuǎn)舵”控制端的電磁導(dǎo)閥通電，該先導(dǎo)閥處于上工作位，控制油從泵出口主油路經(jīng)先導(dǎo)閥8進(jìn)入操縱閥右端，向左推動(dòng)操縱閥閥芯，使得操縱閥處于右工作位，油泵輸出的壓力油經(jīng)操縱閥和分配閥進(jìn)入環(huán)形油缸，此時(shí)C1、C3、C5為進(jìn)油腔，C2、C4、C6為回油腔，液壓油推動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)而帶動(dòng)舵桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)舵。當(dāng)駕駛室發(fā)出右轉(zhuǎn)舵信號(hào)時(shí)，主操縱閥“右轉(zhuǎn)舵”控制端的電磁先導(dǎo)閥通電，操縱閥處于左工作位，此時(shí)C2、C4、C6為進(jìn)油腔，C1、C3、C5為回油腔，液壓油推動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)而帶動(dòng)舵桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)舵。當(dāng)電氣遙控系統(tǒng)失靈時(shí)，可在機(jī)旁直接頂動(dòng)先導(dǎo)閥的閥芯操舵。

圖1 SR743型轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)液壓原理圖

3 故障現(xiàn)象

船舶在某次內(nèi)河道航行時(shí)期，為了保證船舶的機(jī)動(dòng)性，采用了雙舵雙泵的工況，即左、右舵機(jī)同時(shí)工作且各自均為雙泵供油。舵機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，集控室監(jiān)控系統(tǒng)突然顯示“右舵機(jī)液壓鎖報(bào)警”，且報(bào)警一直無(wú)法消除。檢修人員在舵機(jī)艙內(nèi)對(duì)右舵機(jī)“液壓鎖報(bào)警”故障進(jìn)行排查，機(jī)旁單泵模式下操舵測(cè)試時(shí)，又發(fā)現(xiàn)2#泵單元單獨(dú)工作時(shí)，又出現(xiàn)了“沖舵”現(xiàn)象，舵轉(zhuǎn)過(guò)指令角后不停。該故障給船舶安全航行帶來(lái)了隱患，如何盡快解決這一“案中案”故障，成為擺在檢修人員面前的迫切問(wèn)題。

4 故障排查及處理

液壓鎖報(bào)警故障的原因一般為以下三個(gè)方面[4]：1）馬達(dá)控制箱電磁驅(qū)動(dòng)器故障；2）主操縱閥的電磁先導(dǎo)閥故障；3）操縱閥芯卡阻造成自鎖。

而沖舵故障的原因常為以下幾種：1）電氣遙控系統(tǒng)故障；2）操縱閥閥芯不能及時(shí)回中；3）轉(zhuǎn)舵油缸閉鎖不嚴(yán)；4）油缸內(nèi)存在較多空氣，停止進(jìn)油后，因高壓側(cè)氣體膨脹、低壓側(cè)氣體壓縮而沖舵。

檢修人員對(duì)兩個(gè)泵單元的電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查后未發(fā)現(xiàn)故障，考慮到液壓鎖報(bào)警和沖舵兩種故障同時(shí)出現(xiàn)，判斷故障原因更可能是電磁先導(dǎo)閥或操縱閥故障。

為了驗(yàn)證判斷結(jié)果，也為了盡快解決故障，檢修人員對(duì) 2#泵單元的液壓閥組進(jìn)行了拆檢，先將“右轉(zhuǎn)舵”控制端的先導(dǎo)閥拆下，并未發(fā)現(xiàn)明顯雜質(zhì)或污物；而檢修人員將“左轉(zhuǎn)舵”控制端的先導(dǎo)閥閥體拆下時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥體進(jìn)油孔內(nèi)有橡膠碎片，先導(dǎo)閥閥芯被該碎片卡阻，已不能正常動(dòng)作，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)該先導(dǎo)閥的閥座內(nèi)殘留有兩個(gè)金屬屑，如圖2所示。

圖2 拆檢出的雜質(zhì)

在將先導(dǎo)閥和閥座進(jìn)行仔細(xì)清洗后，將電磁先導(dǎo)閥安裝復(fù)位，再次進(jìn)行機(jī)旁操舵測(cè)試，發(fā)現(xiàn)單雙泵模式下舵機(jī)均運(yùn)行正常，液壓鎖報(bào)警和沖舵現(xiàn)象均消失。

5 故障原因分析

轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各部位的密封件較多，在舵機(jī)運(yùn)行過(guò)程中易磨損、老化。產(chǎn)生的橡膠和金屬磨屑混入液壓油，隨著液壓油的流動(dòng)進(jìn)入電磁先導(dǎo)閥進(jìn)油孔，使得電磁先導(dǎo)閥閥芯卡阻，舵到達(dá)指令舵角后，控制油仍可進(jìn)入先導(dǎo)油腔，主操縱閥閥芯不能及時(shí)回中位，因此產(chǎn)生液壓鎖報(bào)警和沖舵現(xiàn)象。

從故障分析的結(jié)果可知，液壓油品質(zhì)對(duì)舵機(jī)的影響不容忽視。為了保證舵機(jī)有效運(yùn)行，防止因液壓油污染造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，提高液壓元件壽命，在日常的維護(hù)工作中，必須做到保持油液的清潔度、保持油溫恒定、防止空氣混入等防護(hù)措施。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)SR743型轉(zhuǎn)葉式舵機(jī)的組成進(jìn)行了介紹，并對(duì)舵機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了分析。從舵機(jī)液壓系統(tǒng)一起典型的“案中案”故障現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)故障處理的方法和過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)故障原因進(jìn)行了分析。液壓油清潔度對(duì)舵機(jī)的影響不容忽視，加強(qiáng)對(duì)包括液壓油在內(nèi)的液壓系統(tǒng)的檢查和維護(hù)，是減少此類故障發(fā)生的關(guān)鍵。

[1]于洪亮.船舶動(dòng)力裝置[M].大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2006.

[2]崔若松.轉(zhuǎn)葉式液壓舵機(jī)若干技術(shù)分析[J].上海造船, 2007(2): 27-28.

[3]吳曉卿.淺談小型船舶液壓舵機(jī)的保養(yǎng)及常見故障的排除[J].中國(guó)水運(yùn), 2008, 8(4): 27-28.

[4]黃志堅(jiān), 袁周.液壓設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)實(shí)用技術(shù)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.