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某轮2号舵机故障分析与排除

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摘要：文章介绍了某轮2号舵机故障现象及其排除经过，供有关人员参考;

关键词：舵机故障分析与排除

0 引言

舵机是船舶最重要的机械之一，是保证操纵船舶航向、船舶机动性和生命力的主要设备。舵机主要由操舵控制装置，舵机动力装置、传动机构和舵叶等组成。舵机必须保持良好的工作状况，当出现故障时，船员应及时排查解决，确保船舶操纵安全。

1 故障现象

某轮舵机采用武汉船用机械有限责任公司的产品，型号为FE21-288，自动操舵仪（简称自动舵）采用日本横河（YOKOGAWA）公司的产品，型号为PT500A-P-K2T，2019年11月10日该轮前往哥伦比亚港口的海上航行途中，2号舵机运行，处于自动舵1号系统控制，报警单元出现ACT FAIL 及EMRG ALM报警显示，自动舵面板显示EMERGENCY -12? 2 SERVO LOOP，同时舵角偏向右舵10°，转手操舵同时转换为2号系统，舵角仍保持不动。启动1号舵机，停2号舵机，操舵恢复正常，分别使用1号和2号系统手操舵均正常，转自动舵系统也正常。

2 故障发生后船员检查过程

船员启动2号舵机进行手操舵检查，发现在正舵到左舵15°或正舵到右舵15°时正常，在回舵时却出现ACT FAIL 及EMRG ALM报警显示，自动舵面板显示EMERGENCY -12? 2 SERVO LOOP，同时舵角保持不变，不能继续转舵，在转动舵轮后恢复正常。自动舵控制大角度转舵时也会出现该报警。在舵机房观察，发现报警时2号自动舵控制及电源箱上“UNLOAD? DEVICE”指示灯不亮，卸荷阀失电停止工作。

对2号自动舵控制及电源箱内KT控制板（PC134）检查，各电源指示灯均正常，测量内部电源模块输出为±15v。测量2号舵机差动变压器（LVDT）各电阻值为：DT1-DT4：28.5Ω、DT2-DT4：28.5Ω、DT3-DT4：8.8Ω，力矩马达TMA-TMB电阻值3.4Ω，又测量1号舵机差动变压器各电阻值为： DT1-DT4：29.2Ω，DT2-DT4：29.2Ω，DT3-DT4：9.1Ω，力矩马达TMA-TMB电阻值3.5Ω，两个差动变压器数值相差并不大。测量1号2号电位计电压相同约为±14.5V，同时对比操舵时两电位计电压同步变化情况，也未见明显不同。

再次启动2号舵机进行观察试验，发现在每次不超过10°手操舵时，不会出现该报警，舵机正常;每次超过10°操舵时会出现报警，卸荷阀停止工作，舵角停止转动，可转动舵轮使之恢复。另舵角指示器在左、右舵时均偏左2-3°。

3 故障原因分析

这种自动舵系统在驾控台下部有两块手动端子板（manual terminal board），分别由两个电源模块供电，公司机务主管初步分析故障现象，怀疑给2號手动端子板供电的电源模块输出电压异常，2019年11月11日机务主管要求船员测量给2号手动端子板供电的电源模块TP10-TP15、TP13-TP15、TP14-TP15之间的电压值，正常值应该分别是DC15V、DC-15V、DC5V左右，做好记录反馈，如果某电压值异常，应该是电源模块（型号：VTB04A）故障了，需要换新，船上有一块电源模块备件，不妨更换试验。

4 故障排查反馈

2019年11月11日船员反馈，测量2号手动端子板电源模块上各电压值，TP10-TP15：DC15.16V、 TP13-TP15：-15.28V、TP14-TP15： DC5V;

测量1号手动端子板电源模块上各电压值：TP10-TP15：DC15.08V 、TP13-TP15：-15.31V、TP14-TP15： DC5V;确认两个电源模块输出电压均正常。

5 故障排除经过

考虑到该轮即将抵达哥伦比亚港口，如果在抵港前不能及时排除2号舵机故障，进港靠泊机动航行期间只有1号舵机可用，存在一定的安全隐患，公司机务主管多次咨询自动舵厂家，要求厂家提供自动舵控制及电源箱说明书《PC134 Control & Power box Service manual》及指导意见，2019年11月15日，机务主管将该说明书发船，要求船员按照说明书的内容进行检查调节，2019年11月18日船员反馈，经多次检查、测量和调整，故障终于排除了，经过如下：

1）参照说明书《PC134 Control & Power box Service manual》中2.11点内容：在随动舵模式调节转舵速度（最大油泵行程）

在随动舵模式，左右转舵速度是单独调节的，在T/M控制放大器板上顺时针旋转VR10（P-SPAN）增加从右边向左边的转舵速度，顺时针旋转VR11（S-SPAN）增加从左边向右边的转舵速度;

（1）停止舵机油泵，短接控制及电源箱内部的接线排TB4的T1A和T1B接线端子（舵机油泵运行信号）

（2）将万用表置于直流电压档，接在KT控制板的CT4和CT12端子（COM）之间，测量变向变量泵的最大行程。

（3）将KT控制板的SW1（输入信号选择开关）设定在TEST模式;

（4）逆时针旋转VR4到头，使用VR10（P-SPAN）调节CT4和CT12端子（COM）之间的电压，使之达到规定的转舵速度对应的数值。

注意）：舵机转舵速度由力矩马达控制的油泵行程刻度设定。

（5）同样地，逆时针旋转VR4到头，使用VR11（S-SPAN）调节CT4和CT12端子（COM）之间的电压值，使之达到规定的转舵速度对应的数值。

（6）确认舵机转舵速度被设定在规定的数值。

对2号舵机转舵速度进行调节（原从左舵35°转至右舵30°需要36秒;从右舵35°转至左舵30°需要25秒），检查发现VR11已经被调整至顺时针最大位置，测量CT4-CT12电压为6.004V;测量VR10（P-SPAN）CT4-CT12电压为5.579V，未做任何调整。

2）按照说明书中2.5点内容：力矩马达控制的变向变量泵行程零位调节

（1）在控制和电源箱内端子板TB3上断开接线TMA、TMB，启动舵机油泵马达，确认力矩马达停在中间位置;

（2）将万用表置于直流电压档，接在KT控制电路板的CT9和CT12（COM）端子之间;

（3）调节VR24，使得CT9和CT12（COM）端子之间的电压值为0V（目标值）;

（4）将端子板TB3的接线TMA、TMB复原;

（5）当CT13-CT2（舵角偏差）是0时，确认力矩马达控制的变向变量泵行程刻度在0度;

（6）如果舵机在正舵时跑舵，将TMA、TMB接线复原后，在T/M控制放大器板上使用VR2进行调节;

对力矩马达零位检查，测量CT9-CT12电压为：-2.930V，做标记调整该电位器，发现只能调整至-1.691V，不能调0，最后调回原位置;

3）按照说明书中 2.7点内容：差动变压器量程调节

（1）将力矩马达旋钮设定在3/4的位置;

（2）将万用表置于直流电压档，接在KT控制电路板的CT9和CT12（COM）端子之间;

（3）调节VR20，使得CT9和CT12（COM）端子之间的电压为±3.75V;

将力矩马达手柄分别调节到左舵3/4和右舵3/4的位置，测量CT9-CT12电压为-0.841V、-5.707V，刻度在0时CT9-CT12电压为-2.233V。调节VR20不能使力矩马达手柄分别在左舵、右舵刻度3/4时CT9-CT12电压为±3.75V。

检查测量至此，可以判断问题出在力矩马达和差动变压器上，拆检差动变压器，发现差动变压器内的轴（如图1中第11项 SPINDLE）松出，如图2所示，重新按说明书要求的长度（89±0.2mm）将轴上紧并锁住，如图3所示。

再次按说明书2.5点内容进行检查测量，CT9-CT12电压为：0V，测量值符合要求;按说明书2.7点内容检查测量，力矩马达手柄分别在左舵、右舵刻度3/4時CT9-CT12电压为2.28V、-1.908V，调整VR20，电压分别为：4.12V、-3.76V。

启动舵机，对舵机进行测试，报警单元未出现“ACT FAIL” 及“EMRG ALM”报警，反复试验，报警均未出现，说明报警问题已解决;

2019年11月18日对2号舵机进行测试，转舵时间分别为S35-P30：30S、P35-S30：25S，停止2号舵机，转用1号舵机，对2号舵机进行再次调整，拆出差动变压器外壳，测量反馈轴长度仍为89mm，差动变压器外壳装复;按说明书2.7点内容，再次调节VR20，电压分别为：3.712V、-3.772V;又按说明书2.13点内容，对2号舵机转舵速度进行调节，对VR10（P-SPAN）进行标记后调节，CT4-CT12电压由5.579V调至5.803V;VR11（S-SPAN）未进行调整。

启动2号舵机进行试验，转舵时间分别为 S35-P30：27S，? P35-S30：25S，符合要求，故障排除了。

调节前后测量结果记录如下：

6 结束语

舵机是最重要的设备之一，必须随时保持在良好的工作状态，当舵机出现故障时，船员应及时排查并报告公司，及时取得岸基支持，争取尽快解决问题。该轮当时即将抵达哥伦比亚港口装货，如果2号舵机故障不能及时排除，对船舶操纵存在一定的安全隐患，幸运的是，在船岸双方的共同努力下，故障顺利排除了，确保了船舶进出港口的操纵安全，同时为公司节省了一笔不菲的航修费用。通过这个案例，启示我们船员应根据舵机说明书的内容定期做好维护保养工作，尽可能地减少舵机故障发生的几率。

参考文献

[1]PT500A Series Autopilot Users Manual? PT500A系列自动舵用户手册

[2]《PC134 Control & Power box Service manual》 PC134控制及电源箱使用说明书

作者简介：徐国荣（1970-），男，福建省人，中远海运散货运输有限公司船舶管理中心好望角船管部电气主管，从事船舶电气管理工作。

（中远海运散货运输有限公司? 船舶管理中心? 广州? 510220）

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