某型自動(dòng)舵簡(jiǎn)操臺(tái)隨動(dòng)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(duì)，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(shí)間就進(jìn)修船廠進(jìn)行檢修。其修理范圍依據(jù)修理級(jí)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(duì)海底閥門、主機(jī)、螺旋槳、舵、艉軸間距等項(xiàng)目進(jìn)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(duì)自動(dòng)舵的液壓控制系統(tǒng)中的舵葉、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z修時(shí)，與電氣控制系統(tǒng)的廠家要進(jìn)行必要的聯(lián)調(diào)。在聯(lián)調(diào)時(shí)，實(shí)際的工程界限并不明顯，兩家相互推諉現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

本文的自動(dòng)舵簡(jiǎn)操臺(tái)隨動(dòng)操縱時(shí)發(fā)生振蕩的故障現(xiàn)象，屬于聯(lián)調(diào)時(shí)常見典型故障。自動(dòng)舵電氣控制系統(tǒng)的廠家會(huì)認(rèn)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(huì)認(rèn)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(jìn)一步明確工程范圍，闡明兩者之間關(guān)系，更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)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(yàn)，顯得尤為重要。

1 故障現(xiàn)象

自動(dòng)操舵儀簡(jiǎn)操臺(tái)安裝在后舵房，簡(jiǎn)操臺(tái)一般只具備簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)船舶的航向改變，作為備用操作方式使用。但設(shè)計(jì)此型自動(dòng)舵的簡(jiǎn)操臺(tái)時(shí)，考慮到減輕操作人員的工作強(qiáng)度，設(shè)計(jì)有“隨動(dòng)”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(lái)了不小的難度。在聯(lián)調(diào)時(shí)，簡(jiǎn)操臺(tái)的操縱方式置于“簡(jiǎn)單”位置時(shí)，通道I+II模式下，來(lái)舵反應(yīng)靈敏，無(wú)振蕩；置于“隨動(dòng)”位置時(shí)，通道I+II模式下，系統(tǒng)振蕩，無(wú)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(jiǎn)操臺(tái)雙通道操縱隨動(dòng)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(guò)“簡(jiǎn)單”“隨動(dòng)”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(jī)構(gòu)之間的“分水嶺”是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是減少爭(zhēng)議點(diǎn)的重要步驟，能逐步縮小故障范圍后準(zhǔn)確定位到故障點(diǎn)。將通道置于“I+II”，啟動(dòng)雙通道，再切換操縱方式“簡(jiǎn)單”“隨動(dòng)”來(lái)觀察舵機(jī)的運(yùn)行情況，重現(xiàn)故障現(xiàn)象。操縱方式置于“隨動(dòng)”時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)舵輪給定左右10°指令舵角，舵機(jī)在10°處來(lái)回振蕩，故障復(fù)現(xiàn)。保持雙通道不變，操縱方式置于“簡(jiǎn)單”時(shí)，扳動(dòng)開關(guān)饋電，舵機(jī)來(lái)舵反應(yīng)十分快，但無(wú)明顯的振蕩現(xiàn)象，功能正常，此時(shí)可基本確定舵機(jī)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(wú)法彌補(bǔ)而造成了振蕩。為了進(jìn)一步確認(rèn)，分別停下I號(hào)通道、II號(hào)通道，保持“簡(jiǎn)單”操縱方式，發(fā)現(xiàn)單通道運(yùn)行下，來(lái)舵反應(yīng)并不一致。那么進(jìn)一步可得左右通道壓力欠平衡，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)舵機(jī)的壓力并保證左右通道相互匹配。因此，可以進(jìn)行故障判定：隨動(dòng)控制系統(tǒng)故障，并且伴隨著雙通道下舵機(jī)壓力偏高、不平衡。

根據(jù)圖1，對(duì)故障進(jìn)行分析定位和排除。簡(jiǎn)操臺(tái)雙通道隨動(dòng)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(guò)測(cè)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(jī)和隨動(dòng)電機(jī)信號(hào)是否具有一致性；經(jīng)查，反饋電機(jī)和隨動(dòng)電機(jī)信號(hào)、絕緣值并無(wú)異常。最后，重點(diǎn)檢查隨動(dòng)放大板。采用逆向排查法，逐級(jí)定位故障點(diǎn)。測(cè)量與直流電磁閥連接前一級(jí)的觸發(fā)電路門檻電壓可知，門檻電壓參數(shù)需要進(jìn)一步調(diào)整。在實(shí)際聯(lián)調(diào)工作時(shí)，修船廠在液壓系統(tǒng)保養(yǎng)檢修過(guò)程中勢(shì)必導(dǎo)致整個(gè)自動(dòng)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(guò)調(diào)整隨動(dòng)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(yàn)證發(fā)現(xiàn)振蕩現(xiàn)象消失。同時(shí)，操縱方式置于“簡(jiǎn)單”，分別進(jìn)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(dòng)舵系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)均在技術(shù)要求范圍內(nèi)。

3 機(jī)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(shí)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)的參數(shù)沒有同步調(diào)整導(dǎo)致的，同時(shí)伴隨著壓力調(diào)整不平衡、偏高，加劇了系統(tǒng)的振蕩。實(shí)際調(diào)試工作中，修船廠與電氣控制系統(tǒng)的廠家雙方負(fù)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(dòng)舵系統(tǒng)中，液壓控制系統(tǒng)是一個(gè)基于舵葉位置的控制系統(tǒng)。輸入是轉(zhuǎn)舵的信號(hào)，輸出是舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械能，推動(dòng)舵葉的轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)船舶自動(dòng)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(hào)的輸出最終端，即直流電磁閥的輸入端為最終“分水嶺”，同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注執(zhí)行機(jī)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(hào)控制液壓油流通方向的開關(guān)控制元器件[2]。滑閥柱塞兩端連著彈簧，當(dāng)不得電時(shí)，滑閥柱塞居中，切斷左、右油道和回油管道，負(fù)載即舵葉不動(dòng)。當(dāng)電磁閥得電時(shí)，滑閥柱塞左、右移動(dòng)，接通左、右油道和回油管道，在舵機(jī)作用下，舵葉分別向左、右移動(dòng)。根據(jù)直流電磁閥的機(jī)理，電氣控制系統(tǒng)的控制信號(hào)為關(guān)鍵點(diǎn)，如果電氣控制系統(tǒng)能提供穩(wěn)定電信號(hào)，那么證明電氣控制系統(tǒng)是完好的。此時(shí)，需著重考慮液壓控制系統(tǒng)(執(zhí)行機(jī)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(guò)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(hù)作用，通常可通過(guò)調(diào)節(jié)頂端的螺母來(lái)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使多余的油經(jīng)過(guò)溢流閥回流至油箱，達(dá)到限制的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合本故障實(shí)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(yàn)。

1)一個(gè)完整的自動(dòng)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(jìn)行調(diào)整時(shí)，電氣系統(tǒng)部分也要進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整，否則會(huì)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(shí)，應(yīng)迅速找到整個(gè)系統(tǒng)中電氣控制部分與液壓系統(tǒng)部分的交叉點(diǎn)，電氣控制系統(tǒng)以電磁閥信號(hào)為檢修節(jié)點(diǎn)，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(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，敢于創(chuàng)新調(diào)試手段。現(xiàn)自動(dòng)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(duì)于可調(diào)的板件部位，沒有相對(duì)容易實(shí)施的測(cè)試點(diǎn)和調(diào)整點(diǎn)。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。