悬挂式平衡舵卡舵和舵杆下沉故障原因分析

    王健

    

    摘 要：航行中舵主要受到推进器产生的水流压力和转舵扭矩的作用。舵的负载主要是水动力负载，水动力负载指转舵时作用在舵叶上的水动力对舵杆轴线所产生的力矩。与舵型，船舶航行速度，转舵角度等因素有关，是舵机的主要负载。本文通过对一例悬挂式平衡舵由于舵承内轴承损坏而引起的卡舵和舵杆下沉现象及产生原因进行分析和总结。

    关键词：舵机;舵杆;舵承;卡舵

    中图分类号：U676.6? ? ? ? ? ? 文獻标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）07-0031-02

    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。

    1故障现象

    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。

    2故障诊断

    2.1确认故障区域

    （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。

    2.2分析故障区域，确定故障单元

    （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。

    2.3 分析故障单元，确定故障元件

    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。

    2.4通过上述排查，可以排除是舵机装置区域故障的问题，问题应该出在舵系区域。

    （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。

    3故障产生原因分析

    （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。

    4 预防措施

    （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。

    5结束语

    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。

    参考文献：

    [1] 宋汝涛. 舵装置的管理[ J ].航海技术，2001

    [2] 王金祥，严忠平 .从一例舵机故障谈故障诊断思路[ J ]. 航海技术.2011.