某船DTF-60型舵機(jī)卡舵故障分析與解決

李吉君，東李鈞，汪魯騰

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

某船DTF-60型舵機(jī)卡舵故障分析與解決

李吉君，東李鈞，汪魯騰

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

本文通過介紹某船DTF-60型舵機(jī)工作原理，結(jié)合某39000DWT散貨船發(fā)生的舵機(jī)卡舵事故，主要從主泵供油、主油路堵塞及可能混有氣體、遙控系統(tǒng)失靈和DD馬達(dá)等方面對舵機(jī)出現(xiàn)卡舵故障進(jìn)行分析，找出出現(xiàn)故障的原因，并提出相應(yīng)的對策。為以后出現(xiàn)此類故障提供可借鑒的應(yīng)對辦法，有助于完善日常舵機(jī)管理，保證舵機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，為船舶安全提供強(qiáng)有力的保障。

DTF-60型舵機(jī)；卡舵；分析；解決

0 引言

舵機(jī)是用來控制和維持船舶航向的一種重要的甲板機(jī)械。在近代大型船舶上，電動液壓舵機(jī)取代了各種舵機(jī)，在各類船舶上獲得了廣泛的應(yīng)用。舵機(jī)的功用是保證船舶按要求迅速可靠地將舵葉轉(zhuǎn)到并保持在指定的舵角，以使船舶航行在給定的航線上，舵機(jī)作為船舶控制航向的設(shè)備，對保證船舶的海上航行安全起著至關(guān)重要的作用。

1 事件概述

某船在某次航行中出現(xiàn)NO.1舵機(jī)卡舵現(xiàn)象，隨后出現(xiàn)轉(zhuǎn)舵慢、NO.1和NO.2舵機(jī)分別發(fā)生卡舵及舵效應(yīng)差等現(xiàn)象，導(dǎo)致因?yàn)椴荒芸刂拼枷虿⒉铧c(diǎn)發(fā)生沖向岸堤事故而停靠澳洲港。該故障影響了整個航運(yùn)計劃，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，并且對于船舶安全是一個極大的隱患，如何盡快查明故障原因并排除顯得尤為重要。

2 該船的舵機(jī)控制系統(tǒng)介紹

本舵機(jī)分別有兩套獨(dú)立的動力單元和控制單元，實(shí)現(xiàn)互為備用，也可以同時工作。相互獨(dú)立的管路和閥系統(tǒng)，允許任何單一故障的發(fā)生，當(dāng)故障發(fā)生時，每個閥組包括換向閥，作為備用泵的逆向循環(huán)鎖定，可保證一臺泵組出現(xiàn)故障后，迅速自動隔離，另一臺泵組能正常工作。

表1 該DTF-60型舵機(jī)詳細(xì)參數(shù)

該船DTF-60型舵機(jī)由轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和操舵控制系統(tǒng)等部分組成，為閥控型液壓舵機(jī)，根據(jù)液體的不可壓縮性及其流量、壓力和流向的可控性來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵目的[1]。同時該船配備自動舵系統(tǒng)，自動舵是船舶系統(tǒng)中的一個不可缺少的重要設(shè)備，用來控制船舶航向的設(shè)備，能夠使船舶在預(yù)定的航向上運(yùn)行。當(dāng)給定航向后，利用電羅經(jīng)檢測船舶實(shí)際航向，然后與給定航向作比較，兩者的差值作為操舵裝置的輸入信號，使操舵裝置動作，改變偏舵角。在舵角的作用下，船舶逐漸回到正航上，舵葉則不再偏轉(zhuǎn)[2]。

該船閥控型舵機(jī)采用定量油泵為主油泵，舵機(jī)在工作時該定量油泵按選定方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其吸、排方向和排量保持不變，三位四通換向閥則控制油泵向轉(zhuǎn)舵油缸供油的方向。由駕駛臺給出指定的舵角信號，通過與實(shí)際反饋的舵角信號相比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏離的情況時，駕駛臺給出的舵角信號經(jīng)放大后，根據(jù)兩者偏差的方向的不同，偏差相應(yīng)的一側(cè)線圈通電，泵就向偏差相應(yīng)的一側(cè)液壓油泵供油，同時對側(cè)油缸的液壓油通過閉式系統(tǒng)流回泵的吸口，促使柱塞移動，接著推動舵柄轉(zhuǎn)向和舵葉轉(zhuǎn)動[3]。而當(dāng)給出的舵角信號與實(shí)際反饋舵角信號無偏差時，換向閥的電磁線圈失電，閥芯在中位停止，此時泵組卸掉負(fù)荷，不需執(zhí)行轉(zhuǎn)舵操作。圖1所示為該舵機(jī)油壓回路圖。

圖1 舵機(jī)油壓回路圖

3 故障分析和解決

3.1 主泵故障排查

首先要排除的是主泵是否故障，從舵機(jī)油壓回路圖可以看出，主泵在整個回路中起著至關(guān)重要的作用，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓油都需通過主泵的工作來帶動，如果發(fā)生主泵不供油的故障，例如由于泵組自身損壞或者轉(zhuǎn)動受阻，導(dǎo)致不能對整個油壓回路進(jìn)行正常供油，進(jìn)而整個油壓回路無法建立，那么就會發(fā)生卡舵故障。船上人員首先將故障原因定位在左右主泵上，對1、2號主泵進(jìn)行詳細(xì)的拆檢，檢查發(fā)現(xiàn)該兩泵可以正常啟動，并且啟動后油壓正常，滿足使用要求。故排除由于主泵故障導(dǎo)致卡舵的可能。

3.2 舵機(jī)油路不暢排查

接下來重點(diǎn)檢查整個舵機(jī)油壓回路，如果主油路中混有較多氣體，例如充液或者檢修后放氣不徹底，工作油箱液位過低或者補(bǔ)油壓力過低，或從未關(guān)嚴(yán)的旁通閥和安全閥處泄露，以及油缸密封不嚴(yán)處吸入空氣等都有可能導(dǎo)致主油壓回路中混入過多的氣體，進(jìn)而導(dǎo)致開始轉(zhuǎn)動舵輪時必須先要壓縮多余的空氣，等整個油壓回路的壓力上升到一定值時，受動器才會動作[2]。又或者主油路回油濾網(wǎng)臟堵，造成主油路堵塞，導(dǎo)致操舵時油壓變化不正常，無法正確的執(zhí)行操舵指令，也是有可能造成卡舵故障。在經(jīng)過系統(tǒng)放氣處理以及更換主油路回油濾網(wǎng)之后，并檢查工作油箱油位正常，但在試驗(yàn)舵機(jī)運(yùn)行一段時間后，油壓檢測正常，但還是出現(xiàn)了卡舵故障，故排除主油路相關(guān)問題可能導(dǎo)致的卡舵。

3.3 控制系統(tǒng)排查

舵機(jī)的遙控系統(tǒng)失靈，也會直接導(dǎo)致駕控臺操舵指令無法準(zhǔn)確及時地發(fā)送到舵機(jī)控制箱，舵機(jī)無法準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行操舵指令，導(dǎo)致出現(xiàn)卡舵現(xiàn)象。圖2為自動舵系統(tǒng)圖。

圖2 自動舵系統(tǒng)圖

圖2中的AP11、AP12為自動舵與舵機(jī)控制箱之間的連線，首先需檢測該線的絕緣是否良好，兩端的接線端子觸頭是否可靠，以及從駕駛室到舵機(jī)艙該線的電壓降是否滿足規(guī)范要求。經(jīng)船員檢測相關(guān)設(shè)備的電流和電壓，結(jié)果顯示舵機(jī)遙控系統(tǒng)正?？煽?，同樣排除了遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致卡舵現(xiàn)象發(fā)生的可能。

3.4 DD馬達(dá)故障排查

在自動控制系統(tǒng)中，舵機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即DD馬達(dá)作為執(zhí)行元件，把收到的操舵電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。在以上可能的故障點(diǎn)一一排除后，還是不能解決卡舵故障，基本判斷是DD馬達(dá)在執(zhí)行舵令時出了問題。在船東要求船廠對DD馬達(dá)下驅(qū)部分進(jìn)行換新，并將NO.1舵機(jī)自動舵控制箱的部分電路板換新，后試驗(yàn)無異常，卡舵故障消失。

然而在該船開航后發(fā)現(xiàn)NO.1舵機(jī)手輪操作時，偶爾還會出現(xiàn)輕度卡舵或停頓現(xiàn)象，由此得出此船舵機(jī)卡舵故障的主要原因已經(jīng)找到并解決，但還有其它次要原因或新的問題尚未發(fā)現(xiàn)和解決。于是船廠繼續(xù)對可能最大的故障發(fā)生點(diǎn)DD馬達(dá)檢查。

3.5 故障解決

該船的自動舵給出操舵信號，控制DD馬達(dá)，舵機(jī)通過DD馬達(dá)的動作信號執(zhí)行轉(zhuǎn)舵指令，而給出動作信號則是DD馬達(dá)連桿通過萬向節(jié)及固定螺栓與機(jī)械連桿連接，具體如圖4所示。DD馬達(dá)的輸出桿、連接桿、伺服控制桿的平行度、高度差、中心距離都有著嚴(yán)格地要求，最為重要的是DD輸出桿、連接桿和伺服控制桿構(gòu)成的四邊形是否為平行四邊形，若不是平行四邊形，在運(yùn)動中就會發(fā)生卡阻現(xiàn)象[4]。如何驗(yàn)證是否為平行四邊形需從如下兩點(diǎn)入手：1）這三個桿在同一水平面上且沒有高度差；2）在輸出桿和伺服控制桿之間取兩個點(diǎn)，手動操作應(yīng)急手柄，如果這兩個點(diǎn)之間的間隙在運(yùn)動中保持不變，則可以認(rèn)為構(gòu)成了平行四邊形，這也就保證了不發(fā)生卡阻的可能。在根據(jù)以上要求進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：1）連接桿的長度達(dá)不到要求的130mm；2）伺服控制桿萬向節(jié)的連接螺栓非標(biāo)準(zhǔn)件；3）DD馬達(dá)的輸出桿與伺服控制桿存在一定的高度差。以上幾點(diǎn)存在的問題直接導(dǎo)致了DD馬達(dá)輸出桿和伺服控制桿在運(yùn)行過程中存在瞬間卡阻的可能。事實(shí)情況是該船舵機(jī)安裝過程中發(fā)現(xiàn)部分連接構(gòu)件遺失，于是自行加工了缺失的零件并完成安裝。在發(fā)現(xiàn)可能存在的病因后，對癥下藥，更換滿足要求的連接件，以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的萬向節(jié)連接螺栓，同時調(diào)節(jié)輸出桿與伺服控制桿的安裝位置，使得兩者在同一水平線且沒有高度差，運(yùn)行起來呈平行四邊形無卡阻。

圖3 DD馬達(dá)控制連桿裝配圖

在經(jīng)過一系列的排查及有關(guān)設(shè)備換新后，再次對舵機(jī)進(jìn)行調(diào)試，設(shè)備運(yùn)行恢復(fù)正常。在船舶重新投入運(yùn)營后，舵機(jī)也是一直工況良好，之前卡舵故障得以解決。

4 結(jié)論與建議

針對以上幾點(diǎn)原因的分析，為有效避免舵機(jī)出現(xiàn)類似故障，確保海上航行期間舵機(jī)設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，在以后的舵機(jī)使用管理中應(yīng)注意以下幾個方面。

首先是嚴(yán)格按照舵機(jī)使用說明書要求，對舵機(jī)，尤其是DD馬達(dá)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，重點(diǎn)關(guān)注其工作狀態(tài)。

其次是DD馬達(dá)的連桿等構(gòu)件要盡可能使用原裝件，若迫不得已需要自行加工配件，必須確保尺寸、材料和安裝滿足要求。

舵機(jī)作為船舶控制航向的設(shè)備，對保證船舶的海上航行安全起著至關(guān)重要的作用，本文通過排除可能故障點(diǎn)解決該船的舵機(jī)卡舵問題，找出解決問題的關(guān)鍵所在，其中所用到的分析方法和排除處理步驟對今后解決類似故障有著很好的借鑒意義。

[1]宋謙.液壓舵機(jī)故障分析與排除[J].中國修船,1999(5).

[2]黃靈勇.液壓舵機(jī)常見故障分析及檢驗(yàn)[J].珠江水運(yùn),1998(3).

[3]張希文.25t·m電動液壓舵機(jī)故障的分析[J].航海技術(shù),1994(1).

[4]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范[S].北京人民交通出版社,1996.

Failure Analysis and Countermeasure of Type DTF-60 Rudder Actuator

Li Ji-jun,Dong Li-jun,Wang Lu-teng

(Zhoushan Changhong International Shipyard Co.,Ltd.,Zhejiang Zhoushan 316052,China)

This paper introduces the working principle of DFT-60 type rudder actuator.It is analyzed a case of 39000DWT rudder actuator whose failure accident is mainly from the following points containing main pump supply,main circuit plug and possible mixed gas,remote control system failure and DD motor.The reason of the failure is found and the corresponding countermeasures are put forward.The analysis provides a reference for the future of such failure.It is helpful for improving the daily management of the steering gear to ensure the stability and reliability of steering gear,and to provide a strong guarantee for the safety of the ship.

DTF-60 type rudder; actuator; analysis; countermeasure

為：U676

A

10.14141/j.31-1981.2015.06.016

李吉君（1965-），男，工程師，研究方向：船舶機(jī)電。