船舶舵機控制系統故障分析及其改造

徐穎聰 王韜

摘要：船舶舵機控制系統故障問題人們關注的重點，本文主要針對某個具體案例進行分析，探討船舶舵機控制系統故障問題，并結合控制系統的故障情況制定具體改造措施，目的是進一步優化船舶舵機控制系統的功能。

關鍵詞：船舶舵機;控制系統;故障分析;改造措施

航海運輸在不斷發展的過程中，帶動了我國國民經濟的顯著提升。高速發展的航海運輸業對船舶舵機的控制系統要求更高，為了提高控制系統的穩定性，就需要強化對船舶舵機控制系統的故障分析，在全面了解故障問題的基礎下，制定針對性的改造措施，優化船舶舵機控制系統的功能。

一、案例分析

本文所選案例為“勝利222”輪船，該輪船上裝配的舵機裝置有兩套、控制箱兩個、舵機油泵兩個，且兩個舵機油泵可以同時運轉，也可以獨立運轉。但是不管是兩臺舵機油泵中的那一臺，他們均可以實現對左右舵機的轉舵的控制。其中操舵系統具有多種不同類型的操舵控制方式，包括駕駛臺操舵方式、舵機房應急操舵方式等。其中駕駛臺操舵方式既可以在后臺操作，也可以在前臺操作。并且不管是前臺操作，還是后臺操作均可以實現隨動控制、手動操作控制，且手動操作控制和隨動控制既可以是單動控制又可以是聯動控制[1]。集成電子原件控制和繼電器分立控制是目前舵機控制系統采用的主要控制方式。舵機控制系統中設置了四塊電子電路板，這四塊電子電路板是操舵控制系統中最為核心的原件。舵角偏差信號在隨動操舵控制時可以被自整角機檢測出來，并將舵角偏差信號上傳到電子電路板上進行處理，隨后可以將轉舵控制信號輸出，轉舵電磁閥可以在控制箱中繼電器控制下實現通斷電。

二、船舶舵機自激震蕩分析

實際工程項目中為了改善電路的性能需要將適當的負反饋引入到放大電路中。不同類型的負反饋改善放大電路的側重點是不一樣的，因此需要根據工程實際需求來選擇最佳組態，在開環放大倍數提高的情況下可以得到精度更高的運算放大器，但是針對超過三級的大電路，將負反饋引入之后則會產生高頻率的自激震蕩。旁路電容和耦合電路在放大電路中的等級越高，負反饋引入后低頻自激震蕩產生也就越容易。如果組成的電路在不合理單位情況下，會加重反饋深度，阻礙了放大電路中自激震蕩的產生，影響了控制系統的正常運作[2]。

三、原舵機系統故障分析和改造措施

一繼電控制系統故障分析，該系統在電弧灼傷。接頭熔焊或者接觸不良的情況下容易引發故障，導致繼電控制系統失去邏輯控制。解決該故障需要將原有的觸電控制方式廢除，在邏輯控制中借助微機，并用微機中的定時器來替代時間繼電器。二制動裝置故障分析，針對制動裝置系統中維護困難、動作遲緩等問題，需要創新原有的制動控制方式，可以采用反接制動方式，完成制動控制任務。三主接觸器故障分析，主接觸器在控制環節失控和紊亂的情況下，下觸頭會產生磨損，針對此種問題可以將仁接觸器設計成沒有觸點的電力電子開關，解決該故障。四電機故障分析，強大電流沖擊熱繼電器會導致其外觀變形，加上電機在長時間不清洗的情況下，熱繼電器的動作會變得非常遲緩，最終導致電機損壞。針對該故障可選擇JLJ-HD25/6型號的電機[3]。

四、自動操舵系統故障分析和改造措施

（一）自動舵修理不準確改造

該故障需要檢查內容如下，舵葉機械零位正確與否、分羅經跟隨主羅經正確與否。接收機機械轉動情況，確保其接收機機械轉動的阻力不能超過O.O1NM。其中如果使用自整角機來完成舵訊的發送、接收、反饋工作時，需要全面檢查自整角機。自整角機的檢查步驟如下，校零自整角機，機械零件進一步明確，將自整角機外殼固定件松開，使用萬能表對自整角機的輸出電壓進行測量，轉動自整角機外殼，確保接線之間的電壓達到最小值，此時為穩定零點。自整角機穩定零點找不到的情況下，可檢查激磁繞組，觀察有無斷電，在整步繞組檢查無故障后方可校零。隨后檢查相敏整流電路，檢查輸出是否平衡，所謂平衡就是在相敏整流電路輸入為零的情況下，其輸出的電壓最大為0.02V，若輸出的電壓超過0.02V則需要對相敏整流電路進行調整。其次對電源變壓器進行檢查，觀察付邊電壓是否對稱。最后檢查四個橋臂的二級管特性和電阻是不是一樣的。在以上檢查內容沒有異常的情況下，可以對四個橋臂電阻和輸出電阻進行調整，使得輸出維持在平衡狀態。此外還要檢查放大電路，觀察運算方法電路上的各個結點是否準確，各個部位的元件功能是否正常，并對自動舵執行結構和傳動結構進行檢查，觀察兩者運行情況是否靈敏[4]。

（二）自動舵不工作改造

該故障需要檢查以下內容，首先執行裝置系統檢查內容如下，一對主變壓器、主電源和機組進行檢查;二舵機房手柄操舵期間對電源進行檢查，看起是否正常工作;三駕駛室手柄操舵期間對電源進行檢查，看起是否正常工作;四對機械傳動、液壓源和電動機電磁閥進行檢查。再者隨動自動操舵系統檢查內容如下，一檢查變壓器次級繞組輸出電壓正常與否;二檢查主變壓器初級繞組供電正常與否;三檢查線路段電壓正常與否;四若發現上述檢查內容出現異常，要及時維修處理，更壞受損原件。五檢查自動舵指令發訊部分工作正常與否;六檢查開關電路和放大電路;七檢查齒輪嚙合狀態和機械傳動部分;八檢查運算放大器電路;九檢查繼電開關和可控硅電路[5]。

五、結語

綜上所述，造成船舶舵機控制系統故障的原因多樣，以上就是本文分析的船舶舵機控制系統故障的幾種常見原因，并制定了針對性的改造措施，希望對解決船舶舵機控制系統故障問題有一定幫助。

參考文獻：

[1]張桂臣，何文雪.船舶舵機控制系統故障分析及其改造[J].船舶工程，2006，28（5）：78-81

[2]徐林.船舶液壓舵機控制系統的仿真研究[J]中國水運（下半月），2018，18（9）：82-83+85

[3]陳黎，魯濤.液壓武船舶舵機控制系統設計與仿真[J]艦船科學技術，2014，36（12）：78-81

[4]成若義，豐少偉，李軍華.船舶PID舵控制系統機理研究及典型故障排查[J].機電設備，2013 （4）：24-27

[5]慕香永，裴潤，劉志林，等用于船舶舵機的電液負載模擬器之控制系統[J].控制理論與應用，2008，25 （3）：564-568+573