某型自動舵簡操臺隨動雙通道操縱振蕩故障分析與排除

鐘多就，關(guān) 健，申傳俊

(92236部隊，廣東 湛江 524002)

為保持良好的技術(shù)狀態(tài)，船舶一般隔一段時間就進修船廠進行檢修。其修理范圍依據(jù)修理級別的不同而不同，但一般包括清除船體依附的海生物、重新刷油漆，對海底閥門、主機、螺旋槳、舵、艉軸間距等項目進行檢修，更換故障件、壽命件，以保證船舶使用壽命，既排除現(xiàn)有的故障，又具有一定的預(yù)防性。修船廠在對自動舵的液壓控制系統(tǒng)中的舵葉、執(zhí)行機構(gòu)進行適當(dāng)?shù)臋z修時，與電氣控制系統(tǒng)的廠家要進行必要的聯(lián)調(diào)。在聯(lián)調(diào)時，實際的工程界限并不明顯，兩家相互推諉現(xiàn)象時有發(fā)生。

本文的自動舵簡操臺隨動操縱時發(fā)生振蕩的故障現(xiàn)象，屬于聯(lián)調(diào)時常見典型故障。自動舵電氣控制系統(tǒng)的廠家會認為修船廠調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力左右不平衡或者油路有空氣等導(dǎo)致舵的振蕩，而修船廠則會認為電氣控制系統(tǒng)電路沒有完全調(diào)整妥當(dāng)導(dǎo)致舵的振蕩。如何進一步明確工程范圍，闡明兩者之間關(guān)系，更進一步的認識和掌握故障發(fā)生的規(guī)律，為今后類似故障問題的解決積累相關(guān)參考和經(jīng)驗，顯得尤為重要。

1 故障現(xiàn)象

自動操舵儀簡操臺安裝在后舵房，簡操臺一般只具備簡單操縱方式，直接饋電給液壓系統(tǒng)中的直流電磁閥，以控制舵葉實現(xiàn)船舶的航向改變，作為備用操作方式使用。但設(shè)計此型自動舵的簡操臺時，考慮到減輕操作人員的工作強度，設(shè)計有“隨動”操縱方式，不但有單通道模式還有雙通道模式[1]，為調(diào)試維修帶來了不小的難度。在聯(lián)調(diào)時，簡操臺的操縱方式置于“簡單”位置時，通道I+II模式下，來舵反應(yīng)靈敏，無振蕩；置于“隨動”位置時，通道I+II模式下，系統(tǒng)振蕩，無法停止。

2 故障定位及排除

2.1 故障樹

根據(jù)故障現(xiàn)象，建立以“簡操臺雙通道操縱隨動系統(tǒng)振蕩”為頂事件的故障樹，其模型如圖1所示。

圖1 故障樹模型

2.2 定位分析及排除

通過“簡單”“隨動”切換操縱方式，找到電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)之間的“分水嶺”是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是減少爭議點的重要步驟，能逐步縮小故障范圍后準確定位到故障點。將通道置于“I+II”，啟動雙通道，再切換操縱方式“簡單”“隨動”來觀察舵機的運行情況，重現(xiàn)故障現(xiàn)象。操縱方式置于“隨動”時，轉(zhuǎn)動舵輪給定左右10°指令舵角，舵機在10°處來回振蕩，故障復(fù)現(xiàn)。保持雙通道不變，操縱方式置于“簡單”時，扳動開關(guān)饋電，舵機來舵反應(yīng)十分快，但無明顯的振蕩現(xiàn)象，功能正常，此時可基本確定舵機的液壓執(zhí)行系統(tǒng)并沒有器件物理性損傷的“硬故障”，但可能存在壓力設(shè)置偏高或左右泵不平衡導(dǎo)致參數(shù)調(diào)整超出容差范圍的“軟故障”，且控制系統(tǒng)無法彌補而造成了振蕩。為了進一步確認，分別停下I號通道、II號通道，保持“簡單”操縱方式，發(fā)現(xiàn)單通道運行下，來舵反應(yīng)并不一致。那么進一步可得左右通道壓力欠平衡，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)舵機的壓力并保證左右通道相互匹配。因此，可以進行故障判定：隨動控制系統(tǒng)故障，并且伴隨著雙通道下舵機壓力偏高、不平衡。

根據(jù)圖1，對故障進行分析定位和排除。簡操臺雙通道隨動控制系統(tǒng)中存在可能引起振蕩故障的原因。首先，檢查24 V電源供給是否平穩(wěn)，通過測量電壓，顯示電壓為23.85 V，符合技術(shù)要求-10%的要求。其次，檢查反饋電機和隨動電機信號是否具有一致性；經(jīng)查，反饋電機和隨動電機信號、絕緣值并無異常。最后，重點檢查隨動放大板。采用逆向排查法，逐級定位故障點。測量與直流電磁閥連接前一級的觸發(fā)電路門檻電壓可知，門檻電壓參數(shù)需要進一步調(diào)整。在實際聯(lián)調(diào)工作時，修船廠在液壓系統(tǒng)保養(yǎng)檢修過程中勢必導(dǎo)致整個自動舵系統(tǒng)參數(shù)的變化，相應(yīng)的觸發(fā)電路門檻電壓也應(yīng)做調(diào)整，或高或低。那么故障定位可直接定位至門檻電壓電位器R55與R56的調(diào)整上。通過調(diào)整隨動放大板上的R55與R56的阻值，調(diào)整門檻電壓至0.7～4.2 V范圍內(nèi)，經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)振蕩現(xiàn)象消失。同時，操縱方式置于“簡單”，分別進行了管道排空氣和調(diào)整I通道、II通道的壓力。至此，振蕩故障完全排除，且自動舵系統(tǒng)運行的各項指標均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

3 機理分析

本次出現(xiàn)的雙通道振蕩故障，主要是由于液壓系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整時，隨動控制系統(tǒng)的參數(shù)沒有同步調(diào)整導(dǎo)致的，同時伴隨著壓力調(diào)整不平衡、偏高，加劇了系統(tǒng)的振蕩。實際調(diào)試工作中，修船廠與電氣控制系統(tǒng)的廠家雙方負責(zé)的工程相互交織，不單純是某一方引起的系統(tǒng)振蕩故障，從而增加了聯(lián)調(diào)的難度。

在自動舵系統(tǒng)中，液壓控制系統(tǒng)是一個基于舵葉位置的控制系統(tǒng)。輸入是轉(zhuǎn)舵的信號，輸出是舵葉的轉(zhuǎn)動角。典型的液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

液壓控制系統(tǒng)將工作油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，推動舵葉的轉(zhuǎn)動。對船舶自動舵系統(tǒng)按照現(xiàn)階段工程范圍分工，以電氣控制系統(tǒng)信號的輸出最終端，即直流電磁閥的輸入端為最終“分水嶺”，同時，重點關(guān)注執(zhí)行機構(gòu)中液壓泵的轉(zhuǎn)速和限制供油壓力的溢流閥，則可事半功倍。直流電磁閥，是一種利用電信號控制液壓油流通方向的開關(guān)控制元器件[2]?；y柱塞兩端連著彈簧，當(dāng)不得電時，滑閥柱塞居中，切斷左、右油道和回油管道，負載即舵葉不動。當(dāng)電磁閥得電時，滑閥柱塞左、右移動，接通左、右油道和回油管道，在舵機作用下，舵葉分別向左、右移動。根據(jù)直流電磁閥的機理，電氣控制系統(tǒng)的控制信號為關(guān)鍵點，如果電氣控制系統(tǒng)能提供穩(wěn)定電信號，那么證明電氣控制系統(tǒng)是完好的。此時，需著重考慮液壓控制系統(tǒng)(執(zhí)行機構(gòu))壓力、油路、閥門、濾網(wǎng)等問題。溢流閥主要用于限制供油壓力不能過大，要保持在一定壓力值附近，在液壓系統(tǒng)中起到安全保護作用，通?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)頂端的螺母來進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使多余的油經(jīng)過溢流閥回流至油箱，達到限制的目的。

4 結(jié)束語

綜合本故障實例排除和必要的分析和研究，可以得到以下結(jié)論和經(jīng)驗。

1)一個完整的自動舵系統(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)部分和電氣系統(tǒng)控制部分。當(dāng)液壓系統(tǒng)進行調(diào)整時，電氣系統(tǒng)部分也要進行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整，否則會因工程界限問題產(chǎn)生人為故障，影響船舶修期。在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段時，應(yīng)迅速找到整個系統(tǒng)中電氣控制部分與液壓系統(tǒng)部分的交叉點，電氣控制系統(tǒng)以電磁閥信號為檢修節(jié)點，液壓控制系統(tǒng)則著重關(guān)注壓力、油路、閥門、濾網(wǎng)等問題，并相互給予配合。

2)對電氣系統(tǒng)進行調(diào)試時，敢于創(chuàng)新調(diào)試手段?，F(xiàn)自動舵系統(tǒng)大多數(shù)采取模塊化的接插式板件，限于裝置的內(nèi)部空間位置，對于可調(diào)的板件部位，沒有相對容易實施的測試點和調(diào)整點。因而制作相應(yīng)引出的接插件，是方便系統(tǒng)整體調(diào)試、提升調(diào)整效率的有效技術(shù)措施，這將極大縮短調(diào)整周期。