自動(dòng)舵故障分析及解決方案

劉彬

摘要：船舶自動(dòng)操舵儀又稱自動(dòng)舵，用來保持船舶在給定航向或航跡上航行，是船舶航行的關(guān)鍵設(shè)備，它的性能直接影響到船舶航行的操縱性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。自動(dòng)舵的種類很多，現(xiàn)代化程度高，電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，出現(xiàn)故障難以下手。船舶處于航行狀態(tài)，尤其是在惡劣海況下，自動(dòng)舵故障對(duì)船舶的正常航行帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響，高效地解決其故障顯得至關(guān)重要。

本文闡述了自動(dòng)舵系統(tǒng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪配備的AP2000型自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)等方面的知識(shí);對(duì)常見自動(dòng)舵關(guān)于應(yīng)急操舵系統(tǒng)、隨動(dòng)操舵系統(tǒng)、自動(dòng)操舵系統(tǒng)以及舵機(jī)系統(tǒng)的故障進(jìn)行合理化分析，并以所在實(shí)習(xí)船自動(dòng)舵系統(tǒng)的故障為例，說明自動(dòng)舵故障分析和解決方案的個(gè)例。

本著高效處理自動(dòng)舵突發(fā)故障的目的，為船員實(shí)船處理自動(dòng)舵系統(tǒng)故障提供了一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)舵;故障;舵機(jī)

1引言

船舶航行時(shí)自動(dòng)舵發(fā)生故障將會(huì)嚴(yán)重影響船舶安全航行[8]。因此，了解和掌握常規(guī)自動(dòng)舵常見故障的檢查與排除對(duì)于船舶航行至關(guān)重要。一般來說，從安全航行角度出發(fā)，常規(guī)自動(dòng)舵從控制系統(tǒng)到動(dòng)力裝置，都設(shè)有兩套獨(dú)立系統(tǒng)，并且要求在駕駛臺(tái)和舵機(jī)房設(shè)有應(yīng)急操舵，甚至有的船舶還設(shè)有人力操舵。但是當(dāng)自動(dòng)舵發(fā)生故障時(shí)，還是希望盡快排除故障，恢復(fù)自動(dòng)舵運(yùn)行，以確保船舶安全航行。

本章在閱讀學(xué)習(xí)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)舵系統(tǒng)常見故障進(jìn)行了簡要概括，并針對(duì)于教學(xué)實(shí)習(xí)船舶“育鯤”輪在航期間，自動(dòng)舵系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行了說明、分析。

2操舵系統(tǒng)故障分析

船舶自動(dòng)舵系統(tǒng)故障有多種類型，需要理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，才能快速準(zhǔn)確排查故障，確保船舶安全航行。

本章基于“育鯤”輪自動(dòng)舵系統(tǒng)，經(jīng)過一定時(shí)間的學(xué)習(xí)記錄，對(duì)其常見故障進(jìn)行了匯總分析，以應(yīng)急操舵系統(tǒng)、隨動(dòng)操舵系統(tǒng)、自動(dòng)操舵系統(tǒng)以及舵機(jī)系統(tǒng)等系統(tǒng)的故障為著眼點(diǎn)，從軟件和硬件兩方面對(duì)故障的解決提出了較為合理化的建議，以解決日后船舶工作中自動(dòng)舵系統(tǒng)出現(xiàn)的諸類問題，僅供參考。

2.1應(yīng)急操舵系統(tǒng)故障分析

應(yīng)急操舵裝置有兩套，一套在駕駛臺(tái)，一套在舵機(jī)房。它是一種線路簡單的操舵裝置，應(yīng)急手柄直接連接在電磁閥線圈開關(guān)上，只需通過應(yīng)急手柄左右扳動(dòng)，可直接控制電磁閥線圈電源的接通和斷開，進(jìn)而控制舵葉的偏轉(zhuǎn)。若應(yīng)急操舵失靈，應(yīng)檢查電磁閥線圈的供電線路，檢查部位主要包括：手柄開關(guān)觸點(diǎn)、電磁閥線圈、電纜和電源等部分有無異常[9]。

有時(shí)油路管路故障以及機(jī)械裝置的異常情況，也會(huì)導(dǎo)致舵葉偏轉(zhuǎn)故障，故同時(shí)也應(yīng)檢查舵機(jī)的機(jī)械管路系統(tǒng)[10]。

2.2隨動(dòng)操舵系統(tǒng)故障分析

1. 手輪在零位，舵葉偏離零位

反饋裝置松動(dòng)使零位不準(zhǔn)確;相敏線路有故障，元件參數(shù)發(fā)生變化，使電路不平衡;控制系統(tǒng)靈敏度過低也會(huì)發(fā)生舵位不準(zhǔn)的現(xiàn)象。同時(shí)應(yīng)檢查舵機(jī)的機(jī)械部分工作是否正常。

2. 左右偏舵速度相差過大

檢查左右電磁閥或者執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的工作有無異常;油路是否堵塞，檢查是動(dòng)作受阻或是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不正常。

3. 左右舵角不對(duì)稱

相敏電路輸出信號(hào)不對(duì)稱;放大電路三極管參數(shù)或特性變化。若操舵時(shí)舵葉不停，一直跑滿舵，可能無舵角反饋信號(hào)，這時(shí)檢查反饋回路是否斷路或有其他故障[11]。

4. 隨動(dòng)操舵時(shí)只能單向來舵

相敏電路橋臂有斷路、放大器或可控硅某元件損壞或斷路;執(zhí)行電動(dòng)機(jī)或電磁閥有損壞或不動(dòng)作;電路中有虛焊，或造成電路不通等[12]。

2.3自動(dòng)操舵系統(tǒng)故障分析

1. 船舶出現(xiàn)單側(cè)偏航情況

可能的原因可能是舵角比例和微分調(diào)節(jié)過大或積分環(huán)節(jié)失靈;這時(shí)可以調(diào)整比例微分舵，若故障未排除，再檢查積分環(huán)節(jié)電路，是否有開路或短路情況。

2. 自動(dòng)操舵時(shí)，舵機(jī)動(dòng)作過于頻繁或給舵遲緩，船舶保航能力下降

天氣調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)失靈。不管在任何天氣調(diào)節(jié)情況下，操舵靈敏度不變，導(dǎo)致自動(dòng)舵故障現(xiàn)象。檢查天氣調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)電路，是否有開路或短路情況。

3. 舵角從左滿舵至右滿舵（俗稱跑舵）且周而復(fù)始

故障致使船舶左右大角度偏航，通常偏航±10°時(shí)，會(huì)有偏航報(bào)警，駕駛員會(huì)停止自動(dòng)操舵。故障原因可能在于舵角反饋信號(hào)開路，致使船舶只在航向閉環(huán)下航行，導(dǎo)致船舶左右大角度偏航;檢查舵角反饋回路，如相敏整流電路、接線端子、舵角反饋裝置及其機(jī)械連接等部件，若有損壞則及時(shí)修復(fù)。

3舵機(jī)系統(tǒng)

針對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)故障做了較為詳細(xì)的研究，下面就舵機(jī)系統(tǒng)故障分析和舵機(jī)報(bào)警原因做分析，以更加清晰得認(rèn)識(shí)“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)的故障檢查，更好地應(yīng)對(duì)舵機(jī)的突發(fā)故障。

3.1舵機(jī)系統(tǒng)故障分析

1. 當(dāng)給一舵令時(shí)，舵機(jī)不能作出應(yīng)答

舵機(jī)的應(yīng)答環(huán)節(jié)出了故障，主要是其中間傳輸環(huán)節(jié)出了問題，其故障原因可以歸結(jié)為如下幾個(gè)方面，放大器板卡故障、選擇器板卡故障或者泵控制板卡故障，若經(jīng)檢查，此三塊板卡均正常，需對(duì)控制系統(tǒng)和電機(jī)控制器或控制面板之間的接線進(jìn)行檢查。

2. 舵的運(yùn)動(dòng)與左舷或右舷的運(yùn)動(dòng)不一致

此故障出現(xiàn)在信號(hào)傳遞環(huán)節(jié)，由于發(fā)送與接收信號(hào)的不一致性，在故障排除過程中，需對(duì)反饋電位器和隨動(dòng)電位器進(jìn)行檢查，極有可能由于某個(gè)電位器未能夠正確校準(zhǔn)，導(dǎo)致了故障的產(chǎn)生。

3. 舵只能單邊運(yùn)行

首先對(duì)控制系統(tǒng)和電機(jī)控制器或控制面板之間的接線進(jìn)行檢查，若接線沒有問題，則可能的故障發(fā)生在反饋系統(tǒng)的限位開關(guān)或者應(yīng)急操舵開關(guān)的微控開關(guān)處，需逐一對(duì)這兩個(gè)開關(guān)部件進(jìn)行查驗(yàn)，排除故障。

根據(jù)說明書，總結(jié)“育鯤”輪舵機(jī)系統(tǒng)故障的現(xiàn)象、原因及修復(fù)措施如表3.1所示。

3.3.2舵機(jī)系統(tǒng)故障報(bào)警設(shè)置

通過閱讀船裝舵機(jī)說明書，現(xiàn)將說明書自帶故障報(bào)警設(shè)置進(jìn)行匯總說明，如表3.2所示。

4“育鯤”輪的自動(dòng)舵故障分析實(shí)例

“育鯤”輪AP 2000型自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵有兩個(gè)控制站，分別在駕駛臺(tái)和舵機(jī)房，控制站之間有轉(zhuǎn)換開關(guān)，以防同時(shí)操作。駕駛臺(tái)的主操縱站裝有自動(dòng)操縱系統(tǒng)、隨動(dòng)操縱系統(tǒng)和應(yīng)急操縱系統(tǒng)三種操縱裝置。自動(dòng)舵一旦出現(xiàn)了故障，作為維修人員，首先從應(yīng)急操縱系統(tǒng)查起，再查隨動(dòng)操縱系統(tǒng)，最后查自動(dòng)操縱系統(tǒng)[7]。下面，對(duì)“育鯤”輪航行期間突發(fā)的故障以及針對(duì)性的檢查方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

4.1系統(tǒng)隨動(dòng)操作“FU”故障情形

1. 故障情形：

**年**月**日**時(shí)**分，在駕駛室主控臺(tái)隨動(dòng)操作“FU”情形下，操舵系統(tǒng)突然失靈，舵角指示為左3度附近，旋轉(zhuǎn)主令舵機(jī)不受控，航向迅速偏離。值班駕駛員立即轉(zhuǎn)換主控臺(tái)應(yīng)急操舵“NFU”模式，采取發(fā)船舶失控信號(hào)等應(yīng)變措施。

此時(shí)，因海況復(fù)雜船多，主控臺(tái)隨動(dòng)操作“FU”已使用1小時(shí)左右，雙舵機(jī)運(yùn)行。操舵失靈發(fā)生時(shí)，沒有報(bào)警提示，未留意“In command FU”按鍵指示燈狀態(tài)是否點(diǎn)亮。

現(xiàn)場檢查時(shí)，“NFU”操舵方式下，“In command FU”指示燈為熄滅狀態(tài)，打開控制系統(tǒng)（CS）控制箱，兩個(gè)選擇板卡的6個(gè)指示紅燈為熄滅狀態(tài)，放大器板卡未見異常。因海況不允許，未嘗試做應(yīng)急“NFU”/隨動(dòng)“FU”操作方式切換動(dòng)作。

0600時(shí)左右海況條件允許，試驗(yàn)由應(yīng)急“NFU”切換至主控隨動(dòng)“FU”未成功，隨后由應(yīng)急“NFU”切換左駕駛臺(tái)隨動(dòng)“FU”成功，操舵正常。后嘗試由應(yīng)急“NFU”切換至主控隨動(dòng)“FU”成功，操舵正常。（考慮第一次切換失敗原因可能是忙中忘記將應(yīng)急操舵釋放）

2. 故障檢查：

靠港后，對(duì)操舵系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性檢查。

a）檢查主控主令電位器及連接端子、配線，檢查臺(tái)內(nèi)端子-X50及配線39，檢查CS箱內(nèi)端子-U11（23/24/25），以上未見斷線、松動(dòng)異常。外觀檢查放大器U41未見異常。

b）檢查主控“In command FU”按鍵及端子配線，檢查臺(tái)內(nèi)端子-X60及配線38B，檢查CS箱內(nèi)端子-U11（16/17/18/19） ，以上未見斷線、松動(dòng)異常。

考慮“選擇板卡”因素，已將兩塊板卡U42，U43調(diào)換，跳線改動(dòng)，并反復(fù)切換試驗(yàn)操作無誤后，待航行中使用觀察，后經(jīng)航行檢測(cè)，故障消除。

4.2系統(tǒng)自動(dòng)操舵“Auto Pilot”故障情形

1. 故障情形：

自動(dòng)操舵方式偶爾會(huì)發(fā)生航向偏離情形，此時(shí)舵角為任意角度，航向液晶顯示（設(shè)定）窗口航向度數(shù)無變化，故障現(xiàn)象類似計(jì)算機(jī)死機(jī)，無報(bào)警，在控制單元AP200014面板上操作關(guān)閉系統(tǒng)，后重啟動(dòng)會(huì)恢復(fù)正常。

2. 故障檢查：

有的故障發(fā)生時(shí)會(huì)報(bào)“通信故障”警及偏航報(bào)警，舵角為零，故障發(fā)生時(shí)，打開Main computer信號(hào)接口箱，觀察TB8端口綠色指示燈閃爍，但亮度有些降低。咨詢KONGSBERG服務(wù)商，檢查Main computer TB8端口的1和2添加的232ohm電阻無異常，在檢查Control unit J4端口的3和4 232ohm的電阻時(shí)，因開AP2000箱困難未進(jìn)行確認(rèn)。

結(jié)論

船舶在航行狀態(tài)下，自動(dòng)舵會(huì)由于惡劣海況、元器件的使用壽命、誤操作等諸多方面的原因突發(fā)故障，掌握故障的分析及解決方法對(duì)于船員來說是一項(xiàng)必須掌握的基本技能。

在船實(shí)習(xí)期間，對(duì)自動(dòng)舵使用、維修情況做了為期三個(gè)月的跟蹤記錄工作。本文介紹了自動(dòng)舵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展，針對(duì)所在教學(xué)實(shí)習(xí)船“育鯤”輪自動(dòng)導(dǎo)航航跡舵系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)其常見故障進(jìn)行了針對(duì)性的分析。關(guān)于自動(dòng)舵故障的分析，總結(jié)如下幾點(diǎn)，僅供參考。

1. 在航狀態(tài)下，尤其惡劣海況條件下，船舶長期的搖擺，會(huì)導(dǎo)致駕駛臺(tái)操舵儀接線松動(dòng)、電線老化、接線頭虛接觸等方面的問題出現(xiàn)，在自動(dòng)舵系統(tǒng)故障的解除中，需首先檢查此類問題;

2. 舵機(jī)艙溫度高、震動(dòng)大，導(dǎo)致接線松脫，監(jiān)測(cè)、反饋、執(zhí)行微動(dòng)作元件潤滑油脂干涸、不暢，是直接對(duì)相關(guān)控制元件造成故障的最大誘因;

3. 舵機(jī)系統(tǒng)故障最常見于控制系統(tǒng)和電機(jī)控制器（或控制面板）之間的接線故障，因此在舵機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，如果難以立刻發(fā)現(xiàn)故障所在，可首先對(duì)控制系統(tǒng)和電機(jī)控制器（或控制面板）之間的接線進(jìn)行檢查;

4. 控制電磁閥的功放元件，液壓閥件臟堵導(dǎo)致電磁閥芯不動(dòng)作或動(dòng)作不靈敏，把它們作為檢查重點(diǎn)，可快速而準(zhǔn)確的判斷自動(dòng)舵控制系統(tǒng)故障，縮短修理時(shí)間，更好地保證船舶安全航行，對(duì)提高生產(chǎn)效率有重要作用。

本文有待改進(jìn)之處在于以下幾點(diǎn)：

1. 實(shí)習(xí)時(shí)間有限，對(duì)于“育鯤”輪自動(dòng)舵系統(tǒng)的了解內(nèi)容十分有限，出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)也很少，難以全面掌握自動(dòng)舵故障分析及應(yīng)對(duì)突發(fā)故障的方法;

2. 由于船舶環(huán)境因素，可利用資源受到一定的限制，不能夠閱覽大量文獻(xiàn)資料，進(jìn)而對(duì)于全面、系統(tǒng)的分析自動(dòng)舵故障存在困難。

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