随着我国海运市场的发展和船舶数量的增多, 船舶由于舵机不能正常操纵, 船无法控制航向, 造成险情甚至威胁船舶安全的案例也越来越多。舵机在运行当中出现卡阻和不能正常操纵现象的原因很多, 有电气方面也有机械方面。并对故障诊断的思路进行总结和整理。供同行参考。

某轮舵机是双撞杆式阀控型液压舵机, 由两台电动定向定量柱塞泵通过电磁控制液压阀操纵四路三位滑阀, 改变油管中的油流方向转动舵机。初期故障现象是随动操舵时, 从左舵位置向右回舵时有卡阻, 切换备用泵无效, 转为非随动操作也无效, 但是低速或停车时操纵正常。

(1) 舵的操纵大体可分为三个区域:一是遥控区域:从驾驶台操纵台到舵机间控制箱 (电气部分) 。二是舵机装置, 也就是指舵机间的舵机设备。三是舵系。

(2) 通常船舶有四种操舵方法:一是自动舵航行, 驾驶台控制, 航向定后, 与电罗经检测航向进行比较, 自行操舵。二是随动舵, 人工操纵, 舵叶随着舵轮转动。三是非随动操纵方式, 此种操纵, 电缆直通舵机间电磁阀, 旁通了前两种操舵的电控系统。第四种操舵方式是舵机间应急操舵, 在电气故障引起驾驶台操纵失灵时, 在舵机间手动按压电磁阀或手动控制油泵, 通过电话接收驾驶台指令操纵, 或根据舵机间的罗经控制航向。

(3) 舵机出现卡阻现象的原因可能是电气方面, 也可能是机械方面。通过上述故障现象分析, 当转为非随动操纵时, 卡阻现象依然存在, 那就排除了驾驶台电控系统区域故障的原因。应该是舵机装置即舵机动力/操控系统区域 (包括动力泵和操控用阀门) 或舵系区域方面。

(1) 既然排除了驾驶台电控区域方面故障的原因, 下面来分析下舵机装置。该船舵机装置有两套独立的系统。 (1) 每套动力系统来自一台电动的定向定量液压泵组。 (2) 操控系统包括:a.与两个撞缸连接的四个截止阀。b.带四个单向阀的安全阀组。c.电液控三位四通换向阀 (弹簧对中型) 一台, 由一个电控三位四通换向阀 (先导阀) 和一个液控三位四通换向阀 (主阀) 组成。d.平衡阀一台。

(2) 机旁检查试验: (1) 动力油泵进口滤器拆下, 解体清洁, 装复。液压油泵出口压力正常, 可排除动力油泵故障的可能。 (2) 在机旁控制箱上操纵转舵手柄, 控制电磁阀动作, 控制电压正常, 可排除控制电磁阀电磁线圈故障的可能, 怀疑故障单元是控制阀组。

要知道具体的故障元件, 需了解故障单元 (控制阀组) 的组成和工作原理。

(1) 动力/操控系统的控制阀组的组成包括:主阀, 先导阀, 带四个单向阀的安全阀组, 平衡阀和溢流阀等组成。 (1) 主阀是M型液动三位四通阀, 不同的工作位决定动力油进入不同的撞缸 (另一侧撞缸回油) 或不进入撞缸, 从而决定转舵方向或不转舵。 (2) 先导阀是Y型电磁三位四通阀, 不同的工作位决定主阀的工作位置。 (3) 带四个单向阀的安全阀组和溢流阀, 保证系统安全。 (4) 平衡阀通过调节撞缸两侧压力的相对平衡, 来确保舵角稳定。

(2) 动力/操控系统控制阀组的工作原理: (1) 操舵机构不发出转舵指令, 先导阀阀芯和主阀阀芯都位于中位, 舵机不转动。 (2) 操舵机构给出左舵或右舵指令, 先导阀移至左位或右位, 使主阀移至右位或左位, 动力油通入右或左撞缸, 舵机向左或右转舵。

(3) 故障时, 操舵机构给出向右转舵指令时, 舵不动。故障元件可能有三: (1) 先导阀故障, 阀芯卡阻在左位或左侧复位弹簧断裂, 复位弹力不足。 (2) 主阀故障, 阀芯卡阻在右位或右侧复位弹簧断裂或失去弹性。 (3) 安全阀或溢流阀有卡阻或关闭不严。

(4) 拆检: (1) 拆除先导阀两侧电磁线圈, 取出先导阀阀芯和两侧复位弹簧检查, 见其移动和复位都正常, 排除了先导阀故障的可能。 (2) 打开主阀两侧端盖, 取出主阀阀芯和两侧复位弹簧检查, 其移动和复位都正常, 排除了主阀故障的可能。 (3) 拆检安全阀组和溢流阀, 打开和关闭正常。排除了安全阀组和溢流阀故障的可能。

(1) 在机旁控制箱上用操纵手柄操纵舵机, 在舵转动过程中, 发现在上舵承处有轻微异响, 仔细检查, 发现舵杆有轻微下沉。 (2) 打开舵杆上舵承压盖, 检查, 发现舵杆推力滚动轴承内部有滚子碎裂。

(1) 要知道具体的故障原因, 确定故障零件, 须先了解舵系统的主要组成部分和功能。 (1) 舵系的组成, 包括:固定件-舵杆舵承 (上、下舵承) , 舵销轴承, 舵轴等。运动件-舵杆, 舵叶和舵销等。 (2) 如图1所示舵杆由上, 下舵承所支撑。 (3) 上舵承内有一个调心双列滚子轴承20, 轴承外圆坐在舵承上, 轴承外圈有环状油槽和3个油孔 (牛油由此进入润滑轴承) 。轴承内圆与舵杆过盈配合。 (4) 轴承内圆上面是由2个半圆钢组成的承压环21, 承压环一部分镶嵌在舵杆的卡槽内, 一部分压在轴承内圆上, 以此承起舵杆和舵叶的重量。 (5) 在上舵承下部有3道密封19。第一道和2、3道之间有一挡圈, 起到定位和防止杂物进入。2、3道封之间注满牛油 (舵承外面有加油孔) 。如果安装错误或轴封处缺少牛油, 就会使轴封唇边加剧磨损而损坏, 从而引起海水进入, 引起轴承锈蚀, 加剧磨损 (如图1) 。 (6) 下舵承由舵承座13和下舵承座外衬套12和内衬套11 (多为铜套) 等组成。舵杆与下舵承内衬套接触部分是与舵杆过盈配合的白钢套10。 (7) 舵承下部有两道骨架轴封防止泥沙和杂物进入。 (8) 这也就是说舵杆和舵叶的重量全部由上舵承内的滚子轴承承担。如果轴承损坏, 内部的滚子和支架破损, 就会引起舵杆卡阻或下沉 (船低速或锚泊时, 水下舵叶转动阻力矩减少, 舵卡阻现象减弱或消失) 。

(2) 轴承损坏的原因。轴承损坏通常有以下几个原因: (1) 轴承缺油, 润滑不良, 造成异常磨损。 (2) 由于舵销或衬套异常磨损, 间隙过大, 进海水, 使轴承腐蚀, 锈蚀加剧。 (3) 先天性轴线不直或衬套异常磨损, 转舵时舵叶与舵杆摆动, 造成推力轴承周面承受轴向推力不均, 局部受力过大而损坏了滚子。 (4) 轴承质量不好或超出使用年限。

(1) 平时要注意定期给舵承注油。上舵承共有3个注油孔, 最上面的是润滑承压环21和上压盖, 中间的是润滑推力轴承20, 下面的是润滑密封19, 阻挡海水和杂物进入的。

(2) 定期打开上舵承压盖检查轴承情况。

(3) 每次坞修注意检查记录舵承, 舵销间隙, 间隙超过规定时, 要进行修复或换新。

(4) 使用正规厂家的轴承, 定期换新轴承, 正确安装轴承。

 航行中 (特别是大风浪天气和使用大舵角时) 要加强值班, 时刻注意观察舵机的使用情况, 包括有无异常的声音, 舵承处是否有海水泄露, 舵杆是否下沉, 各阀件的使用情况是否正常等等。利用坞修时机, 对其进行全面检修和保养。消除已发现的隐患和故障, 以保证船舶安全营运。同时也避免因临时上坞而给公司造成经济损失。