懸掛式平衡舵卡舵和舵桿下沉故障原因分析

王健

摘 要：航行中舵主要受到推進器產生的水流壓力和轉舵扭矩的作用。舵的負載主要是水動力負載，水動力負載指轉舵時作用在舵葉上的水動力對舵桿軸線所產生的力矩。與舵型，船舶航行速度，轉舵角度等因素有關，是舵機的主要負載。本文通過對一例懸掛式平衡舵由于舵承內軸承損壞而引起的卡舵和舵桿下沉現(xiàn)象及產生原因進行分析和總結。

關鍵詞：舵機;舵桿;舵承;卡舵

中圖分類號：U676.6? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）07-0031-02

隨著我國海運市場的發(fā)展和船舶數(shù)量的增多，船舶由于舵機不能正常操縱，船無法控制航向，造成險情甚至威脅船舶安全的案例也越來越多。舵機在運行當中出現(xiàn)卡阻和不能正常操縱現(xiàn)象的原因很多，有電氣方面也有機械方面。并對故障診斷的思路進行總結和整理。供同行參考。

1故障現(xiàn)象

某輪舵機是雙撞桿式閥控型液壓舵機，由兩臺電動定向定量柱塞泵通過電磁控制液壓閥操縱四路三位滑閥，改變油管中的油流方向轉動舵機。初期故障現(xiàn)象是隨動操舵時，從左舵位置向右回舵時有卡阻，切換備用泵無效，轉為非隨動操作也無效，但是低速或停車時操縱正常。

2故障診斷

2.1確認故障區(qū)域

（1）舵的操縱大體可分為三個區(qū)域：一是遙控區(qū)域：從駕駛臺操縱臺到舵機間控制箱（電氣部分）。二是舵機裝置，也就是指舵機間的舵機設備。三是舵系。

（2）通常船舶有四種操舵方法：一是自動舵航行，駕駛臺控制，航向定后，與電羅經檢測航向進行比較，自行操舵。二是隨動舵，人工操縱，舵葉隨著舵輪轉動。三是非隨動操縱方式，此種操縱，電纜直通舵機間電磁閥，旁通了前兩種操舵的電控系統(tǒng)。第四種操舵方式是舵機間應急操舵，在電氣故障引起駕駛臺操縱失靈時，在舵機間手動按壓電磁閥或手動控制油泵，通過電話接收駕駛臺指令操縱，或根據(jù)舵機間的羅經控制航向。

（3）舵機出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象的原因可能是電氣方面，也可能是機械方面。通過上述故障現(xiàn)象分析，當轉為非隨動操縱時，卡阻現(xiàn)象依然存在，那就排除了駕駛臺電控系統(tǒng)區(qū)域故障的原因。應該是舵機裝置即舵機動力/操控系統(tǒng)區(qū)域（包括動力泵和操控用閥門）或舵系區(qū)域方面。

2.2分析故障區(qū)域，確定故障單元

（1）既然排除了駕駛臺電控區(qū)域方面故障的原因，下面來分析下舵機裝置。 該船舵機裝置有兩套獨立的系統(tǒng)。①每套動力系統(tǒng)來自一臺電動的定向定量液壓泵組。②操控系統(tǒng)包括：a.與兩個撞缸連接的四個截止閥。b.帶四個單向閥的安全閥組。c.電液控三位四通換向閥（彈簧對中型）一臺，由一個電控三位四通換向閥（先導閥）和一個液控三位四通換向閥（主閥）組成。d.平衡閥一臺。

（2）機旁檢查試驗：①動力油泵進口濾器拆下，解體清潔，裝復。液壓油泵出口壓力正常，可排除動力油泵故障的可能。②在機旁控制箱上操縱轉舵手柄，控制電磁閥動作，控制電壓正常，可排除控制電磁閥電磁線圈故障的可能，懷疑故障單元是控制閥組。

2.3 分析故障單元，確定故障元件

要知道具體的故障元件，需了解故障單元（控制閥組）的組成和工作原理。

（1）動力/操控系統(tǒng)的控制閥組的組成包括：主閥，先導閥，帶四個單向閥的安全閥組，平衡閥和溢流閥等組成。①主閥是M型液動三位四通閥，不同的工作位決定動力油進入不同的撞缸（另一側撞缸回油）或不進入撞缸，從而決定轉舵方向或不轉舵。②先導閥是Y型電磁三位四通閥，不同的工作位決定主閥的工作位置。③帶四個單向閥的安全閥組和溢流閥，保證系統(tǒng)安全。④平衡閥通過調節(jié)撞缸兩側壓力的相對平衡，來確保舵角穩(wěn)定。

（2）動力/操控系統(tǒng)控制閥組的工作原理：①操舵機構不發(fā)出轉舵指令，先導閥閥芯和主閥閥芯都位于中位，舵機不轉動。②操舵機構給出左舵或右舵指令，先導閥移至左位或右位，使主閥移至右位或左位，動力油通入右或左撞缸，舵機向左或右轉舵。

（3）故障時，操舵機構給出向右轉舵指令時，舵不動。故障元件可能有三：①先導閥故障，閥芯卡阻在左位或左側復位彈簧斷裂，復位彈力不足。②主閥故障，閥芯卡阻在右位或右側復位彈簧斷裂或失去彈性。③安全閥或溢流閥有卡阻或關閉不嚴。

（4）拆檢：①拆除先導閥兩側電磁線圈，取出先導閥閥芯和兩側復位彈簧檢查，見其移動和復位都正常，排除了先導閥故障的可能。②打開主閥兩側端蓋，取出主閥閥芯和兩側復位彈簧檢查，其移動和復位都正常，排除了主閥故障的可能。③拆檢安全閥組和溢流閥，打開和關閉正常。排除了安全閥組和溢流閥故障的可能。

2.4通過上述排查，可以排除是舵機裝置區(qū)域故障的問題，問題應該出在舵系區(qū)域。

（1）在機旁控制箱上用操縱手柄操縱舵機，在舵轉動過程中，發(fā)現(xiàn)在上舵承處有輕微異響，仔細檢查，發(fā)現(xiàn)舵桿有輕微下沉。（2）打開舵桿上舵承壓蓋，檢查，發(fā)現(xiàn)舵桿推力滾動軸承內部有滾子碎裂。

3故障產生原因分析

（1） 要知道具體的故障原因，確定故障零件，須先了解舵系統(tǒng)的主要組成部分和功能。①舵系的組成，包括：固定件-舵桿舵承（上、下舵承），舵銷軸承，舵軸等。運動件-舵桿，舵葉和舵銷等。②如圖1所示舵桿由上，下舵承所支撐。③上舵承內有一個調心雙列滾子軸承20，軸承外圓坐在舵承上，軸承外圈有環(huán)狀油槽和3個油孔（牛油由此進入潤滑軸承）。軸承內圓與舵桿過盈配合。④軸承內圓上面是由2個半圓鋼組成的承壓環(huán)21，承壓環(huán)一部分鑲嵌在舵桿的卡槽內，一部分壓在軸承內圓上，以此承起舵桿和舵葉的重量。⑤在上舵承下部有3道密封19。第一道和2、3道之間有一擋圈，起到定位和防止雜物進入。2、3道封之間注滿牛油（舵承外面有加油孔）。如果安裝錯誤或軸封處缺少牛油，就會使軸封唇邊加劇磨損而損壞，從而引起海水進入，引起軸承銹蝕，加劇磨損（如圖1）。⑥下舵承由舵承座13和下舵承座外襯套12和內襯套11（多為銅套）等組成。舵桿與下舵承內襯套接觸部分是與舵桿過盈配合的白鋼套10。⑦舵承下部有兩道骨架軸封防止泥沙和雜物進入。⑧這也就是說舵桿和舵葉的重量全部由上舵承內的滾子軸承承擔。如果軸承損壞，內部的滾子和支架破損，就會引起舵桿卡阻或下沉（船低速或錨泊時，水下舵葉轉動阻力矩減少，舵卡阻現(xiàn)象減弱或消失）。

（2） 軸承損壞的原因。軸承損壞通常有以下幾個原因：①軸承缺油，潤滑不良，造成異常磨損。②由于舵銷或襯套異常磨損，間隙過大，進海水，使軸承腐蝕，銹蝕加劇。③先天性軸線不直或襯套異常磨損，轉舵時舵葉與舵桿擺動，造成推力軸承周面承受軸向推力不均，局部受力過大而損壞了滾子。④軸承質量不好或超出使用年限。

4 預防措施

（1）平時要注意定期給舵承注油。上舵承共有3個注油孔，最上面的是潤滑承壓環(huán)21和上壓蓋，中間的是潤滑推力軸承20，下面的是潤滑密封19，阻擋海水和雜物進入的。

（2）定期打開上舵承壓蓋檢查軸承情況。

（3）每次塢修注意檢查記錄舵承，舵銷間隙，間隙超過規(guī)定時，要進行修復或換新。

（4）使用正規(guī)廠家的軸承，定期換新軸承，正確安裝軸承。

5結束語

航行中（特別是大風浪天氣和使用大舵角時）要加強值班，時刻注意觀察舵機的使用情況，包括有無異常的聲音，舵承處是否有海水泄露，舵桿是否下沉，各閥件的使用情況是否正常等等。利用塢修時機，對其進行全面檢修和保養(yǎng)。消除已發(fā)現(xiàn)的隱患和故障，以保證船舶安全營運。同時也避免因臨時上塢而給公司造成經濟損失。

參考文獻：

[1] 宋汝濤. 舵裝置的管理[ J ].航海技術，2001

[2] 王金祥，嚴忠平 .從一例舵機故障談故障診斷思路[ J ]. 航海技術.2011.