舵機液壓系統產生故障原因分析

周建平

摘要：舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規范決定，選型時主要考慮扭矩大小。船用舵機目前多用電液式，即液壓設備由電動設備進行遙控操作。本文中就針對相對常見的泵控型液壓舵機為例，對液壓系統失效原因，進行分析并對可能出現的故障點進行故障排除。

關鍵詞：舵機；大甲板機械； 故障排除

引言

舵機是船舶上的一種大甲板機械。舵機的大小由外舾裝按照船級社的規范決定，選型時主要考慮扭矩大小。船用舵機目前多用電液式，即液壓設備由電動設備進行遙控操作。有兩種類型： 一種是往復柱塞式舵機，其原理是通過高低壓油的轉換而做功產生直線運動，并通過舵柄轉換成旋轉運動。另一種是轉葉式舵機，其原理是高低壓油直接作用于轉子，體積小而高效，但成本較高。

1.舵機液壓系統產生故障原因分析

1.1液壓系統常見故障類型

根據液壓油流向變換方法的不同，液壓舵機分為泵控型液壓舵機和閥控型液壓舵機。其液壓系統都是由動力元件液壓泵、控制元件、執行元件、輔助元件、工作介質液壓油等五部分組成。液壓舵機是在海上進行使用，由于受到使用環境的限制，舵機液壓系統故障不容易進行檢測，也比較難以發現，同時出現故障的類型又呈現多樣化。因此要對舵機在使用過程中液壓系統容易出現的故障進行統計和分析，找出產生各種故障之間內在的共同因素，總結出容易出現以下比較常見的幾種故障類型。

1.1.1異常振動和響聲當液壓系統出現故障時，往往表現為產生異常的振動和響聲。當舵機運行過程中出現異常的振動和響聲，很大可能是液壓系統中某一個環節出現了故障。

圖1 舵機液壓系統示意圖

1.1.2液壓系統液壓油壓力不足或壓力波動較大液壓系統中液壓油的壓力決定了執行元件液壓缸輸出的推力的大小。液壓油壓力不足或沒有壓力都將難以驅動舵葉轉動，從而不足以產生足夠的轉船

圖2 舵機液壓系統壓力不足或壓力波動較大系統原因示意圖

1.1.3液壓油流量不穩定液壓系統中液壓油的流量決定了執行元件液壓缸移動的速度。流量不足或流量波動較大都會對舵葉轉動的時間及轉動穩定性產生影響。

1.1.4液壓系統中元件損壞舵機液壓系統是由各種的閥、泵、缸體、管件、接頭、密封裝置等組成。元件的精度較高并且數量較多，當其中的某一個液壓元件損壞或出現故障，都將引起液壓油泄漏從而影響系統運行的穩定性和準確性，甚至發生污染環境、發生火災的危險。

1.2利用故障樹對舵機液壓系統故障進行分析

故障樹方法（ fault tree analysis，FTA） 最初的時候被應用在電子行業里，后來逐漸被應用到各種工程領域。FTA 是以系統所不希望發生的一個事件（ 頂事件） 為分析的目標，通過逐層向下推測所有可能的原因，從而找出系統內可能存在的失效模式、環境影響、人為失誤以及程序處理等硬、軟件因素與頂事件的邏輯關系。現以泵控型液壓舵機的液壓系統為例，對其常見故障進行分析。

2.舵機液壓系統故障及解決措施

2.1舵機出現不能轉動故障

當出現液壓操縱系統能正常工作，但舵機出現不能轉動時故障時，應先分析一下是否是屬于電氣遙控系統出現故障，例如電路是否出現斷路等。如果電氣遙控系統檢測沒有出現故障，則應分析一下液壓傳動系統是否出現故障，例如檢測液壓控制系統中伺服油缸液壓控制信號是否出現中斷、檢測伺服油缸中的旁通閥是否關閉、溢流閥所調定的壓力是否太低了[1]、三位電磁換向閥在左位或右位有電信號的狀態下是否可以離開中位、液壓主泵是否出現變量機構卡死、主泵驅動電機是否正常起動、連鎖保護機構是否異常等異常故障，都能導致舵機不能轉動。檢測主泵是否出現故障方法可換用備用泵給系統供油加以驗證。

2.2舵機現只能單向轉舵故障

舵機出現只能朝某一方向轉舵，當向另一方向轉舵是出現舵機不轉現象時。排除方法為先改用舵機旁手動操舵系統進行操舵。如機旁手動操舵，舵機工作正常，則應先考慮電氣遙控系統線路是否出現故障，例如三位電磁換向閥某一端電磁線圈是否出現斷路等故障、檢測控制用伺服油缸是否出現嚴重的泄漏、變量泵當出現泵的變量機構是否只能單向運行，此外當液壓系統中主油路單方向不通或旁通時，都會出現單向轉舵現象。

2.3舵機轉舵時間達不到規定要求

根據《國際海上人命安全公約》的規定： 舵應在不超過60s 內從船舶的任意一舷15°轉到另外一舷的15°。如果舵機轉舵時間達不到規定，應視為舵機出現故障。如機旁操舵后，故障消失，則檢測輔泵的流量是否不足、調速閥調定的流量是否太小了、主泵流量的流量大小從而導致轉舵時間延長。此外主油路中因泄漏、安全閥或旁通閥等關閉不嚴、油缸內部密封損壞、備用泵油路鎖閉不嚴或主油路換向閥泄漏嚴重等都將導致沖舵、跑舵或滯舵等故障。

2.4舵機出現舵葉轉動滯后于操舵動作

2.4.1主油路中混有較多氣體改由機旁操舵，如滯舵現象沒有消除，可將液壓缸高壓側放氣閥打開，如有氣泡放出則很有可能是液壓系統檢修后放氣不夠徹底、油箱液壓油油位太低或補油壓力太低、液壓系統發生泄漏等原因導致空氣混入液壓系統中。

2.4.2遙控系統動作遲滯當液壓遙控系統中控制油路或伺服油缸中混入空氣，或控制系統機械傳動部件的間隙太大都將導致故障。

2.4.3主油路泄漏或旁通泵控型系統主油路泄漏或旁通嚴重將導致舵機可轉不動或轉動得很慢。

2.5舵轉到指令角后沖轉過頭

2.5.1變量機構不能及時回中變量泵的變量機構卡住，導致控制液壓油壓力變低或差動活塞油孔堵塞等所造成故障。

2.5.2遙控伺服液壓油缸的換向閥不能回中液壓換向閥閥芯在一端卡住，或液壓控制閥一端彈簧斷裂導致張力不足等造成故障。

2.5.3遙控伺服液壓油路閉鎖不嚴液壓油路發生泄漏或液壓閥旁通后，舵機由于受到浮動桿傳來的作用力，伺服活塞在到達指令舵角后，因油路鎖閉不住而繼續前移動造成沖舵。

2.5.4控制系統的反饋部分有故障如反饋系統的機械連接件松動、電氣元件損壞、觸頭臟污或斷路等。

2.5.5主油路鎖閉不嚴當主油路存在泄漏或旁通，則在舵轉動慣性大，特別是舵作用有負扭矩時，就會發生沖舵，但如果反饋機構正常，舵沖過指令舵角后仍會回到指令舵角。

2.6穩舵期間舵偏離所停舵角

當主油路鎖閉不嚴、遙控系統工作不穩定導致，兩臺泵共用一套浮動桿控制，變量泵中位調節不一致或調好后松動，在雙泵同時工作時會產生舵停不穩的現象。

2.7舵機有異常噪聲和振動

液體噪聲多是由工液壓油中產生氣穴、系統放氣不徹底或補油不足、油溫太低、油粘度太大、油泵機組異常、吸油濾器堵塞或吸油管漏氣、泵和電動機對中不良、軸承或泵內運動部件損壞、管路或其它部件固定不牢、轉舵油缸柱塞填料過緊、舵受負扭矩作用、舵桿軸承磨損或潤滑不良等原因所導致。

2.8舵不準

當舵角偏差超過土1°，需對操縱系統進行調整： 當舵輪處在零位時，操舵信號發送器輸出應調整為零； 當舵葉在零位時，反饋信號發送器的輸出應調整為零； 對于設有浮動桿機構的控制系統，應首先使遙控系統在舵機室的執行元件以及變量油泵和舵葉三者同時處于中位。

參考文獻：

[1]楊濟.淺析舵機故障分析系統設計[J].裝備制造，2009（06） .

[2]周曉波，張宏，陳奇.內河船舶液壓舵機的故障及排除[J].中國水運（下半月），2009（09）.