某型電動舵機反饋檢查異常故障分析

呂誼鵬

摘要：反饋檢查是某型舵機性能測試中的關(guān)鍵指標，直接決定著舵機能否正常工作。本文從故障現(xiàn)象、原因分析及故障排除等方面進行了深度剖析，為此類故障的快速診斷提供了可行方案。

關(guān)鍵詞：電動舵機；反饋檢查；原理分析

Keywords：electric actuator；feedback check；principle analysis

1 故障現(xiàn)象

舵機是某型裝備控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，其工作狀況直接決定裝備的命中精度。該舵機由專用自動化測試設(shè)備進行通電檢測，合格工作狀態(tài)應(yīng)在零位狀態(tài)。某舵機在接收到激勵信號時，電信號顯示反饋檢查異常，且轉(zhuǎn)動軸直接偏轉(zhuǎn)到極限位置。

2 艙機工作原理

圖1所示為舵機工作原理框圖，由控制放大組合提供28.5V直流電壓驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，電機通過機械傳動帶動磁粉離合器主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動?？刂品糯蠼M合接收到綜合控制計算機信號后，向磁粉離合器發(fā)送激勵信號，磁粉離合器中的激磁線圈接收到激勵信號后帶動從動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。從動轉(zhuǎn)子通過齒輪使偏心軸組件轉(zhuǎn)動，偏心軸組件使轉(zhuǎn)動軸帶動舵翼轉(zhuǎn)動，偏心軸組件轉(zhuǎn)動的同時帶動測速機與電位器轉(zhuǎn)動。測速機與電位器向控制放大組合反饋速度信號和位置信號，控制放大組合根據(jù)接收到的速度信號和位置信號對磁粉離合器的激勵信號進行修正，從而使舵機形成閉環(huán)控制。

3 故障原因分析

舵機反饋檢查異常對舵機的工作有著決定性的影響。通過分析舵機的工作原理及連接關(guān)系可知，反饋檢查異常不能正常工作，主要涉及磁粉離合器、電機、電位器、機械組件。按照故障樹分析方法，以“反饋檢查異常，不能正常工作”為頂事件建立故障樹（見圖2），對各種可能的故障分支和底事件進行分析。

3.1 磁粉離合器故障

磁粉離合器由主動轉(zhuǎn)子、從動轉(zhuǎn)子、激磁線圈、工作腔組成，主、從動轉(zhuǎn)子之間的工作腔填有高導(dǎo)磁性磁粉。當激磁線圈無電流通過時，工作腔內(nèi)的磁粉呈松散狀態(tài)，主、從動轉(zhuǎn)子之間無力的相互作用，磁粉離合器處于分離狀態(tài)，沒有轉(zhuǎn)矩傳遞；當激磁線圈有電流通過時，工作腔內(nèi)產(chǎn)生磁通，磁粉沿磁通方向呈鏈狀連接起來形成磁粉鏈，磁粉離合器就處于結(jié)合狀態(tài)，靠磁粉與磁粉、磁粉與工作面間的摩擦力和磁粉鏈間的抗剪力傳遞轉(zhuǎn)矩。磁粉離合器的作用是根據(jù)控制放大組合不同的激勵信號輸出轉(zhuǎn)矩給機械組件，從而帶動輸出軸套組件轉(zhuǎn)動舵翼。

分解舵機后，使用直流電源模擬控制放大組合對磁粉離合器進行加電，磁粉離合器運行正常，因此可排除磁粉離合器故障的可能。

3.2 電機故障

電機由定子、轉(zhuǎn)子組成。電機的作用是接收控制放大組合輸出的28.5V電壓，通過傳動軸帶動磁粉離合器主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

分解舵機后，使用直流電源模擬控制放大組合對電機進行加電，電機運行正常，因此可排除電機故障的可能。

3.3 電位器故障

電位器包括固定電阻體、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，由三個觸點構(gòu)成，其中兩個觸點為固定觸點（Pin1、Pin3），一個觸點為在動觸點（Pin2）。固定觸點的電阻值固定不變，通過改變在動觸點在電阻體上的位置來改變在動觸點與固定觸點之間的阻值。電位器的作用是從在動觸點通過機械組件與舵翼轉(zhuǎn)動軸連接，向控制放大組合反饋舵翼的位置信號，使舵機形成閉環(huán)控制。

無法排除電位器故障的可能，需對電位器進行細致分析。

3.4 機械組件故障

機械組件作用時將磁粉離合器、電機、電位器等機動部件串聯(lián)在一起。

分解舵機后，目視檢查各機械組件均無異常，因此可排除機械組件故障的可能。

4 失效分析

檢查電位器外觀良好，無明顯損傷（見圖3），排除因外部損傷造成器件失效。

利用X射線檢查電位器封裝內(nèi)的缺陷、損傷。經(jīng)檢查，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常及多余物（見圖4）。

對電位器進行電阻測量，得到三個觸點之間阻值，如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知，Pin2和Pin3之間的電阻值隨在動觸點的電阻值呈線性變化，Pin1與其他兩只引腳之間的電阻值明顯增大，不同狀態(tài)下的電阻值都已經(jīng)超過標稱值要求，由此可確認電位器故障。

分解電位器，內(nèi)部檢查三個引腳的固定螺釘，Pin1引腳螺釘處螺釘螺帽可見機械磨損形貌（見圖5），存在滑絲特征，且螺釘孔處有裂紋（見圖6）。Pin2引腳無此特征。

再對內(nèi)部電阻體（圖5方框部位）作金相切片檢查，Pin1引腳螺釘孔位與電阻體可見貫穿性裂紋（見圖7～圖10），電阻體已斷開。

綜上所述，電位器失效原因為電位器在制造時，在動觸點Pin1的螺絲孔位端，在裝配時螺釘受到較大的應(yīng)力導(dǎo)致固定電阻體斷裂引起阻值增大而失效。

5 故障排除

裝備檢測時，合格狀態(tài)下控制放大組合通過閉環(huán)控制使電動舵機驅(qū)動舵翼達到零位狀態(tài)，即舵反饋檢查為0V。當電位器故障時，控制放大組合接收不到舵機傳遞的位置反饋信號，無法形成閉環(huán)控制，于是持續(xù)向磁粉離合器釋放激勵信號，導(dǎo)致磁粉離合器從動轉(zhuǎn)子只能持續(xù)轉(zhuǎn)動，使偏心軸組件帶動轉(zhuǎn)動軸持續(xù)偏轉(zhuǎn)，舵翼持續(xù)偏轉(zhuǎn)直到底，即反饋檢查信號達到最大值-10V。

更換合格的電位器后，對舵機進行測試，各項指標均符合技術(shù)指標要求，故障排除。

6 結(jié)束語

舵機系統(tǒng)作為某裝備控制與導(dǎo)航系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，對裝備的命中率起著決定性的作用。舵機相比其他部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有電子電路也有機械傳動結(jié)構(gòu)，在排故過程中除需觀察電信號外還要觀察機械傳動結(jié)構(gòu)表現(xiàn)，以便更加清晰準確地判斷故障部位。