某型自動舵簡操臺隨動雙通道操縱振蕩故障分析與排除

鐘多就，關 健，申傳俊

(92236部隊，廣東 湛江 524002)

為保持良好的技術狀態，船舶一般隔一段時間就進修船廠進行檢修。其修理范圍依據修理級別的不同而不同，但一般包括清除船體依附的海生物、重新刷油漆，對海底閥門、主機、螺旋槳、舵、艉軸間距等項目進行檢修，更換故障件、壽命件，以保證船舶使用壽命，既排除現有的故障，又具有一定的預防性。修船廠在對自動舵的液壓控制系統中的舵葉、執行機構進行適當的檢修時，與電氣控制系統的廠家要進行必要的聯調。在聯調時，實際的工程界限并不明顯，兩家相互推諉現象時有發生。

本文的自動舵簡操臺隨動操縱時發生振蕩的故障現象，屬于聯調時常見典型故障。自動舵電氣控制系統的廠家會認為修船廠調節液壓系統的壓力左右不平衡或者油路有空氣等導致舵的振蕩，而修船廠則會認為電氣控制系統電路沒有完全調整妥當導致舵的振蕩。如何進一步明確工程范圍，闡明兩者之間關系，更進一步的認識和掌握故障發生的規律，為今后類似故障問題的解決積累相關參考和經驗，顯得尤為重要。

1 故障現象

自動操舵儀簡操臺安裝在后舵房，簡操臺一般只具備簡單操縱方式，直接饋電給液壓系統中的直流電磁閥，以控制舵葉實現船舶的航向改變，作為備用操作方式使用。但設計此型自動舵的簡操臺時，考慮到減輕操作人員的工作強度，設計有“隨動”操縱方式，不但有單通道模式還有雙通道模式[1]，為調試維修帶來了不小的難度。在聯調時，簡操臺的操縱方式置于“簡單”位置時，通道I+II模式下，來舵反應靈敏，無振蕩；置于“隨動”位置時，通道I+II模式下，系統振蕩，無法停止。

2 故障定位及排除

2.1 故障樹

根據故障現象，建立以“簡操臺雙通道操縱隨動系統振蕩”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“簡單”“隨動”切換操縱方式，找到電氣控制系統與液壓系統的執行機構之間的“分水嶺”是關鍵環節，也是減少爭議點的重要步驟，能逐步縮小故障范圍后準確定位到故障點。將通道置于“I+II”，啟動雙通道，再切換操縱方式“簡單”“隨動”來觀察舵機的運行情況，重現故障現象。操縱方式置于“隨動”時，轉動舵輪給定左右10°指令舵角，舵機在10°處來回振蕩，故障復現。保持雙通道不變，操縱方式置于“簡單”時，扳動開關饋電，舵機來舵反應十分快，但無明顯的振蕩現象，功能正常，此時可基本確定舵機的液壓執行系統并沒有器件物理性損傷的“硬故障”，但可能存在壓力設置偏高或左右泵不平衡導致參數調整超出容差范圍的“軟故障”，且控制系統無法彌補而造成了振蕩。為了進一步確認，分別停下I號通道、II號通道，保持“簡單”操縱方式，發現單通道運行下，來舵反應并不一致。那么進一步可得左右通道壓力欠平衡，應適當下調舵機的壓力并保證左右通道相互匹配。因此，可以進行故障判定：隨動控制系統故障，并且伴隨著雙通道下舵機壓力偏高、不平衡。

根據圖1，對故障進行分析定位和排除。簡操臺雙通道隨動控制系統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，通過測量電壓，顯示電壓為23.85 V，符合技術要求-10%的要求。其次，檢查反饋電機和隨動電機信號是否具有一致性；經查，反饋電機和隨動電機信號、絕緣值并無異常。最后，重點檢查隨動放大板。采用逆向排查法，逐級定位故障點。測量與直流電磁閥連接前一級的觸發電路門檻電壓可知，門檻電壓參數需要進一步調整。在實際聯調工作時，修船廠在液壓系統保養檢修過程中勢必導致整個自動舵系統參數的變化，相應的觸發電路門檻電壓也應做調整，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的調整上。通過調整隨動放大板上的R55與R56的阻值，調整門檻電壓至0.7～4.2 V范圍內，經驗證發現振蕩現象消失。同時，操縱方式置于“簡單”，分別進行了管道排空氣和調整I通道、II通道的壓力。至此，振蕩故障完全排除，且自動舵系統運行的各項指標均在技術要求范圍內。

3 機理分析

本次出現的雙通道振蕩故障，主要是由于液壓系統的參數調整時，隨動控制系統的參數沒有同步調整導致的，同時伴隨著壓力調整不平衡、偏高，加劇了系統的振蕩。實際調試工作中，修船廠與電氣控制系統的廠家雙方負責的工程相互交織，不單純是某一方引起的系統振蕩故障，從而增加了聯調的難度。

在自動舵系統中，液壓控制系統是一個基于舵葉位置的控制系統。輸入是轉舵的信號，輸出是舵葉的轉動角。典型的液壓控制系統結構框圖如圖2所示。

圖2 液壓控制系統結構框圖

液壓控制系統將工作油液的液壓能轉換成機械能，推動舵葉的轉動。對船舶自動舵系統按照現階段工程范圍分工，以電氣控制系統信號的輸出最終端，即直流電磁閥的輸入端為最終“分水嶺”，同時，重點關注執行機構中液壓泵的轉速和限制供油壓力的溢流閥，則可事半功倍。直流電磁閥，是一種利用電信號控制液壓油流通方向的開關控制元器件[2]?；y柱塞兩端連著彈簧，當不得電時，滑閥柱塞居中，切斷左、右油道和回油管道，負載即舵葉不動。當電磁閥得電時，滑閥柱塞左、右移動，接通左、右油道和回油管道，在舵機作用下，舵葉分別向左、右移動。根據直流電磁閥的機理，電氣控制系統的控制信號為關鍵點，如果電氣控制系統能提供穩定電信號，那么證明電氣控制系統是完好的。此時，需著重考慮液壓控制系統(執行機構)壓力、油路、閥門、濾網等問題。溢流閥主要用于限制供油壓力不能過大，要保持在一定壓力值附近，在液壓系統中起到安全保護作用，通常可通過調節頂端的螺母來進行適當調節，使多余的油經過溢流閥回流至油箱，達到限制的目的。

4 結束語

綜合本故障實例排除和必要的分析和研究，可以得到以下結論和經驗。

1)一個完整的自動舵系統，包括液壓系統部分和電氣系統控制部分。當液壓系統進行調整時，電氣系統部分也要進行相應的參數調整，否則會因工程界限問題產生人為故障，影響船舶修期。在系統聯調階段時，應迅速找到整個系統中電氣控制部分與液壓系統部分的交叉點，電氣控制系統以電磁閥信號為檢修節點，液壓控制系統則著重關注壓力、油路、閥門、濾網等問題，并相互給予配合。

2)對電氣系統進行調試時，敢于創新調試手段?，F自動舵系統大多數采取模塊化的接插式板件，限于裝置的內部空間位置，對于可調的板件部位，沒有相對容易實施的測試點和調整點。因而制作相應引出的接插件，是方便系統整體調試、提升調整效率的有效技術措施，這將極大縮短調整周期。