“通力”轮液压舵机系统简析论文正文

0 引言
中交天津航道局有限公司“通力”轮是由荷兰 IHC Holland和Merwede公司制造的自航耙吸式挖泥船。

该船主机为1000r/m，12缸V型高速柴油机，双机双桨，采用调距浆。

该船舵机系统采用滚轮式转舵机构，为阀控型。

由三台型号为4AP152M-4异步电动机和三台型号为IPH3-16.101的内齿轮泵组成电动液压泵组，最大工作压力300bar。

舵机系统包括：操舵传动装置、舵机动力装置、换向机构、反馈机构以及安全装置。

该船属于工程船舶，要求能够准确的定位，因此舵机系统要求较高，要有很好的灵敏性和准确性。

舵机系统的良好运行不光关系到船舶的安全，还是保持船舶高作业效率的重要因素。

本文以“通力”轮为例，简析其工作原理，分析常见故障提出解决方案，总结出较为合理的安全检查程序。

希望能对舵机管理人员有所启迪。

1系统结构及工作原理
1.1 主油路和工况选择
“通力”轮舵机系统是定量泵阀控型，有三台内齿轮泵和三个三位四通电磁阀组成动力和换向单元，其中第三组为备用泵组。

一、二两个泵组与各自的集成阀块一起，分别与转舵油缸C1、C2、C3、C4和回油柜组成两个独立工作的开式系统。

联通阀B1、B2、B3、B4联通油缸C1、C2、C3、C4。

联通阀全开时，使C1、C3和C2、C4各成一组，分别和主泵和两个油路相通。

通常航行时单一组主泵向两组（四缸）供油转舵，其流量既能满足在28s内将舵由任一舷35°转至另一舷30°的要求，并能达到额定的转舵扭矩。

进出港或窄水道时可开双泵并联工作，扭矩不变，转舵速度可提高一倍[1]。

系统中还设有第三泵组作为备用泵组，当某一泵组出现故障时便可以通过阀ABC的开关实现备用泵组与故障泵组的切换。

泵组系统为开式系统，避免了补油问题也解决了液压油散热问题，通过各自
图2 “通力轮”轮舵机液压系统图
的回油柜进行补油散热，在回路进油柜处安有滤器过滤回油，且并联一单向阀避
免滤器堵塞引起回路油压过高引起转舵困难。

1.2 主油路锁闭
集成阀块中设有油路锁闭阀，它是由一对双联液控单向阀组成，亦称液压锁。

图2、液压锁
在主泵排油压力A、B作用下，他能自动顶开排油侧单向阀4，同时通过控制活塞2和卸荷阀3使回油侧的单向阀也开启，沟通主泵和转舵油缸之间的回路。

当舵转到指令舵角时，三位四通电磁阀回中，主泵停止供油，两侧单向阀在弹簧的作用下回中，将主泵出油口油路锁闭。

同时在回路中设有两个溢流阀，起安全的作用避免高压侧油路压力过高发生事故[2]。

2舵机系统常见故障及处理
2.1 无舵
该故障的根本原因是主泵没向转舵机构供油或转舵机构不能回油, 撞杆无往复运动。

油泵未向转舵机构供油的因素和解决方法：
1)油泵电动机电源断路, 油泵空转,主油路换向阀未换向,或转舵机构进回油路旁通。

2)操纵油路的工作油压过低或建立不起油压,油泵内泄严重或泵组损坏，远
操纵机构传动件的卡死，因换向阀不能换向而导致定向定量泵的排油直接经换向阀旁通回油箱，油箱油位太低，泵吸口进气。

3)影响操纵油压的主要因素是系统中的阀件,如溢流阀的调整压力过低或阀芯被污物硌起或节流孔堵塞等。

4)造成转舵机构不能回油的原因,主要是主油路上的液动单向阀不能开启, 或由于未引入控制油,或是控制活塞卡死[3]。

解决方案：造成无舵的主要常见原因在于系统的油泵和阀件。

油泵不能供油、及换向阀不换向,主要与操纵系统有关，要检查相应的线路阀件来处理，检查系统阀件及油泵是否有卡死漏泄，及时的修补或换向阀件或更新泵组；检查油箱油位过低需要加油、排气、消除进气检查油泵。

2.2 舵速太慢
1)转舵速度的快慢取决于撞杆移动的速度, 即供入转舵机构油缸的油量。

供油流量大, 舵速快；反之，舵速慢。

所以该故障多由主泵的排量不足引起。

若不是泵的选配不当,则可能是因电压过低,泵的转速下降；或者补给油箱油位过低、吸入滤器阻塞、吸入截止阀未开足或泵的吸入管路不严密,破坏了泵的吸入条件；或泵的有关零件磨损过甚，内漏严重; 或变量泵的最大排量限制调节
不当。

2)主油管路或液压件的外漏, 旁通阀和安全阀关闭不严,也会使转舵速度降低。

操纵油路积存空气,交通阀关闭不及时,或换向阀的换向速度调得过慢,必然会延迟主泵开始向转舵机构供油的时间,使舵来得慢[4]。

解决方案：消除漏泄，更换密封圈等；调大截流口；驱除系统内的空气；调节溢流阀压力到规定值；检修油泵或换新。

2.3 空舵
1)由于液压系统中积存空气、泄漏或发送器的交通阀开度过大所致。

若操纵系统积存有空气,开始转动舵轮时必须先压缩空气,待系统的压力上升到一定值时,受动器才动作,即受动器的动作滞后发送器一定时间,因而造成舵轮空转一定角度后才来舵。

可见,压缩空气的过程就是舵轮空转的过程,积存的空气越多, 空舵现象就越严重。

2)若发送器交通阀的开度过大,其关闭势必延后,开始转动舵轮时,压力油或
经另一交通阀旁通,或经交通阀和安全阀泄回油箱,直至交通阀关闭,受动器才动作,于是产生了空舵现象[5]。

3)主油路中旁通阀或安全阀关闭不严,也会产生空舵,管理中不可忽视。

4)系统中的空气可能因未完全驱除而积聚,也可能因发送器、受动器和转舵机构的填料泄漏而渗入。

油缸填料的密封性主要靠液压的大小,若发生泄漏,旋紧压盖往往无济于事,条件许可最好取出换新,或修整切平,使装复后能平服贴紧。

解决方案：及时排除系统漏泄；驱除系统中的空气；注意定期检验液压油质定期换油避免液压油中异物卡阻油路中阀件。

2.4 实际舵角与操舵角不符
1)对于定向定量泵电液舵机,若驾驶人员操作不熟练,易出现冲舵现象。

这是由于舵转至要求的舵角时,主油路的换向阀未及时回中,舵会因油泵供油未停而继续转动,从而造成冲舵。

解决方案：这种情况要靠操作的熟练程度才能解决。

2.5 跑舵[6]
发生跑舵现象可能的原因有：
1）三位四通阀、手动换向阀内泄严重或零位不准。

2）推舵油缸活塞内泄及管路的外泄。

3）溢流阀失灵。

解决方案：更换严重漏泄或零位不准的换向阀；定期检修更换密封圈防止漏泄；对失灵的溢流阀检查密封圈及弹簧。

2.6 系统超压
其可能原因有：
1）卸荷阀或安全阀调定压力过高
2）卸荷阀或安全阀内先导阀阀座上小孔堵死, 滑阀卡死
3）单向阀阀芯卡死。

解决方案：拆检系统阀件，清洗，重新调节系统压力。

2.7 单边舵失灵
该类故障发生的可能原因有：
1）单边安全阀失灵。

2）单边油缸内泄漏严重。

3）三位四通阀单边弹簧失效[7]。

解决方案：检查失灵边阀件是否有失灵现象及时换新，油缸及时更换密封圈。

2.8 电机发热、过载
其可能原因有：
1）机械故障，停车过早。

2）油温升高，散热不畅。

3）管路堵塞，滤油器堵塞。

解决方案：排除机械故障，调整皮带松紧度；按规定调整压力，加强通风；清洗管路，清洗滤油器。

3舵机系统安全检查
3.1 舵机间的检查[7]
1）检查舵机间的布置，工作通道是否通畅，是否设置扶手栏杆和格子板或者其他防滑地板，以保证液体泄露时仍有适宜的工作条件。

2）舵机装置的机械部分，有否机械损伤、缺陷，舵杆有否漏水现象，舵机间有否积水严重，地面是否布置。

检查舵机基座螺栓和止推块是否松动和损坏。

3）检查舵机装置有否机械舵角，是否完好，机械舵角是船舶操舵装置转舵的基准点，驾驶室的舵角显示是否准确，这和机械舵角有关，而并非和舵机室的显示器相同即可。

在检查中笔者发现一些船舶出厂时，由于机械舵角安装不够牢固，加上船舶振动较大，致使脱落；在坞修期间，又没有重新核对装妥，因此这项检查尤其重要。

检查了解有关仪表、信号、报警以及阀件工作是否正常、准确。

4）检查油泵及油管部分是否完好，零部件破损、变形情况，有否漏油现象，液压管系、阀件、推舵油缸、柱塞、柱塞销轴、油缸密封件、油箱都应拆开检验, 要求无裂纹及明显擦伤、腐蚀和变形。

对磨损严重的部件要更换, 油箱及其滤器要进行清洗、更换。

5）检查油泵用的油柜是否有足够的舵机油。

6）检查电气线路是否符合规范要求，有否乱接乱拉，线路裸露等现象。

7）检查通讯设施，进行舵机间和驾驶台通话试验，以检查通讯效果。

8）转舵试验检查：
（1）把转换开关转到指示舵机间控制位置。

（2）启动任一组电动油泵，观看其运转是否正常。

（3）在舵机间进行重复多次的左35°到右35°的操舵，检查舵角限位开关是否起作用。

3.2 驾驶室检查
驾驶室的操舵台一般都设有手轮操舵（随动）和手柄操舵（单动），两套油泵的启动开关，操舵选择开关，失电压报警，失油压报警，过载报警等，检查完操舵台设施，可以进行手轮操舵试验：
1）启动任一组油泵电动机。

2）把操舵选择开关放在手轮操舵上。

3）正舵时和舵机间人员对好舵角，机械舵角和舵机间舵角指示器（如设有时）、驾驶台舵角指示器是否同在0°上。

4）从正舵到左舵5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°操舵，均应和舵机间对好舵角是否一致（误差要求不大于± 1 °），时间为3秒、5秒、7秒、9秒、10秒、12秒、15秒。

5）从正舵到右舵5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°操舵，均应和舵机间对好舵角是否一致（误差要求不大于± 1 °），时间是否同上项。

6）操左满舵至右满舵，右满舵至左满舵检查是否达到35°的最大舵角要求，是否满足自任一舷35°转至另一舷30°的时间不超过28秒的转舵速度要求，在船舶静止的状态下检查。

7）检查失电压报警是否有效，检查失油压报警，过载报警等。

8）正舵后停止运转中的油泵，重新启动另一组油泵，此时须仔细观察检查舵角指示器是否仍在0°上。

如果此时舵角偏差较大，则说明两组随动舵电气跟踪装置不同步，需调整，如同步则可以重复做上述操舵试验。

9）操舵选择开关选到手动操舵上，做手操舵试验，检查方法大体同上[8]。

结论
本文简单的分析介绍“通力”轮液压舵机的基本结构和工作原理，该舵机系统为典型的阀控滚轮式舵机，联通阀的设置使得三个泵组可相互备用，回油箱解决了液压油的冷却和过滤补油问题。

通过分析舵机无舵、舵速太慢、空躲、实际舵角于操舵角不符、跑舵、系统超压、单边舵失灵和电机发热过载等故障原因和排除方法，供同行机务人员和维修人员参照使用, 然而,同一故障现象的原因又是多种多样的, 一定要具体问题具体分析。

通过对上述故障的分析，体会到舵机日常检查的重要性,引起舵机故障的常见原因有三点：一、系统漏泄，进空气，我们在日常维护中应定期的更换系统各密封圈防止漏泄，若发现漏泄问题及时的维修。

二、阀件的漏泄、卡阻、失灵，日常维护中药定期化验液压油质，定期换油，避免油中杂质异物卡阻磨损阀件，注意定期检查阀件的灵活性和有效性。

三、油泵故障，多是发生漏泄，一般是由于磨损或密封圈失效引起，日常管理中对油泵的定期检修时尤为重要的！
舵机设备是否运行正常，直接关系到船舶的航行安全。

而舵设备是否能运行正常，关键在于日常对舵设备的安全检查和保养。

所以为了保证船舶的航行安全，每一船舶甚至每一船公司应按规范和PSC 安全检查的要求建立一套完整的舵设备检查和保养体系制度，确保舵设备能够时刻处于良好的工作状态。

致谢语
今天我能顺利地完成毕业设计首先应该感谢的莫过于我的实习指导老师华令文师傅。

华师傅那严谨的作风、渊博的知识、缜密的思维、宽广的胸襟，深深震撼着我。

他所教育我的做事的信念，做人的道理，当是今后人生中的一大财富。

在这我还要感谢曾经帮助过我的师兄和其他师傅和老轨。

在整个毕业设计阶段，师兄总是不厌其烦地对我所犯的错误进行修正。

还有其他几位师傅，虽然不是我的当班师傅，但还是很热心的帮助我，还有老轨，每次去找他借资料，不管他多忙都会很耐心的帮我找。

还有太多太多，这里就不一一列举。

感谢所有关心我，帮助我，鼓励我，爱我的人们。

我爱你们。

参考文献
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[2]费千.船舶辅机[M].大连:大连海事大学出版社,2005.156.
[3]张俊飞.国产电动液压舵机常见故障分析[J].科苑，珠江水运,2003.
[4]谢世平,范晓飚.电动液压舵机的常见故障分析[J].交通科技，2000（1）.
[5]招定友. 浅谈船舶液压舵机的安全检查[J].船舶工业,2007.
[6]吴晓卿. 浅谈小型船舶液压舵机的保养及常见故障的排除[J].中国水运，2008（4）.
[7]黄灵勇.液压舵机常见故障分析及检验[J].科苑,1997,20(1):47～52.
[8]宋谦.液压舵机故障分析与排除[J].中国修船，1999（5）:20～21.
[9]满一新.船机维修技术[M].大连: 大连海事大学出版社，1998.
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