船舶舵机的工作原理及故障分析

船舶舵机的工作原理及故障分析

0液压升马机的应用根据驾驶员的意图，船舶可以根据驾驶员的意图导航，改变船舶的航向，维护指定的航向，这取决于改变安装在船舶后部的舵的位置。这方对船舶的航行有其自身的重要性。如果船舶在航行中发生变化，船幕将失去很大的影响。舵机的稳态和动态特性对于船舶的操纵性能有较大的影响,为了能方便地研究舵机系统的特性,就必须在实验室复现舵机在实际工作时所受的各种负载,液压舵机可以实现任意加载规律控制,加载精度高,频带宽,力矩大。文章对舵机工作原理和液压系统特点进行了分析,并对船舶舵机日常使用及管理做了简要的介绍,希望能对我国的船舶工业发展有所帮助。1实际模式见表8阀控型舵机的液压泵(图1)采用单向定量泵1,舵机工作时泵按既定方向连续运转,吸、排方向和排量不变,向转舵油缸供油的方向由M形三位四通电液换向阀4控制。驾驶台给出的指令舵角信号和与舵柄(或舵柱)相连接的舵角反馈发讯器8发出的实际舵角信号相比较,当两者偏离时,舵角偏差信号经放大后,根据偏差方向不同,使换向阀相应一侧的电磁线圈通电,于是阀芯从中位向一端偏移,向某侧转舵油缸供油,另侧油缸的油路则由换向阀通回泵的吸口(闭式系统),油缸中的柱塞移动,推动舵柄和舵叶转动。当舵转至反馈发讯器8送回电气控制系统的实际舵角信号与指令舵角信号相符时,换向阀电磁线圈断电,阀芯回到中位,泵的排油经换向阀卸荷,通转舵油缸的油路被封闭,舵叶停在与指令舵角相符的舵角。当指令舵角偏离实际舵角的方向相反时,换向阀的另一侧线圈通电,阀芯偏移的方向及转舵方向也就相反。1.1防浪阀的设置舵机液压系统应设安全阀,它在以下两种情况下起作用:1)转舵时,若转舵力矩过大,管路中油压高于调定值时安全阀会开启,使高压侧油液与低压侧旁通,以避免管路和液压元件承受过高压力,并防止电机过载。2)舵叶停止转动时,若受大浪或其他外力冲击,安全阀也会因油压升高而开启,允许舵叶暂时偏让而“跑舵”;当冲击舵叶的外力消失后,由于实际舵角偏离指令舵角,换向阀会自动离开中位,直至舵转回到与指令舵角相符为止,起后一种作用的安全阀亦称“防浪阀”。根据《钢质海船入级与建造规范》(2006)的要求,阀控型舵机能被换向阀隔断的前后油路,均应设置安全阀。本例的安全阀组6设在换向阀后,可作防浪阀用;而液压泵和换向阀之间的油压限制,本例是通过单向阀5由换向阀后的安全阀来兼替。1.2阀控型饼干系统闭式油路都需要解决补油问题,因为高压侧油液难免会有外漏(例如从液压泵或液压控制阀漏回工作油箱),这样低压侧油路的油压就可能会太低,可能产生气穴或吸进空气,使泵的容积效率降低,噪声增大,甚至造成泵损坏(某些斜盘泵球铰可能拉坏)。本例设在工作油箱中的液压泵的两侧油路都设有补油单向阀2,当主油路压力过低时可以从油箱补油(当舵叶在负扭矩下转得太快时,泵排出侧也可能出现低压);也有的阀控型闭式系统是通过高位油箱补油。工作油箱设有空气滤清器、油温计、低油位报警器(油位过低时会发出警报并自动切换备用的泵和系统)。闭式系统各转舵油缸偏近端部的上方设有放气阀7,以便初次充油或其他必要时候释放空气。为了解舵叶所处的实际舵角,便于舵机的调试和驾驶人员对船舶的操纵,除了转舵机构有机械舵角指示外,还设有与舵柄或舵杆相连的电动舵角指示器的发讯器9,可在驾驶台、集控室、舵机室以及轮机长、船长住舱等处显示舵角。电动舵角指示器通常是一对电路相连的自整角机,两者转子的角位移始终同步。阀控型舵机也可以采用开式系统,即换向阀的回油管通回到工作油箱,泵从工作油箱吸油。开式系统油散热较好,系统内有空气容易释放,但回油管上应设由泵排出压力远控的顺序阀,以免舵承受负扭矩时转的太快,导致泵来不及供油以至排压过低产生气穴、噪声和液压冲击。阀控型舵机采用单向定量泵,系统及控制相对简单,造价较低。其缺点是不转舵时泵仍以全流量排油,经济性稍差,油液发热要多些,适用功率比泵控型小。对于尺寸既定的转舵机构来说,液压泵的流量决定了转舵速度;泵的工作油压除很小部分用于克服管路阻力外,主要取决于推动转舵机构所需的力,即取决于转舵扭矩。舵机最大工作油压就是产生公称转舵扭矩时泵出口处的油压。泵的额定排出压力不得低于舵机最大工作压力。舵机最大工作油压选得越高,转舵机构的尺寸就越小,泵的额定流量和管路直径也相应减小,整个装置的尺寸和重量就会变小。但上述指标并非随工作油压提高以线性关系减小,过高的工作油压将对液压元件及管理水平提出更高要求,目前舵机的最大工作油压已达24.5MPa。2系统故障2.1船岸机增加了操能,造成了合理的转台问题系统密封情况不良将会造成整个操作系统液压油供应不足,并可能使得系统管道内进入空气,根据这些特点,将有可能造成以下故障:1)不转舵或转舵速度慢(1)因为舵内液压油流量小,迟迟不能供应足够压力的操控油,造成操舵反应缓慢或没有反应。引起原因可能是油箱油位较低;油箱、管路接头、阀等泄露严重。(2)舵卡阻,转动摩擦力较大,使舵不能正常运转甚至不能运转。(3)系统中的单向节流阀开度太小或者安全阀压力设置太低。维持既定舵角期间液压油泄露,所供应的持舵压力不能与水动力保持平衡造成的。3)游舵因为双泵同时工作时,换向阀设定调节不一致或调好后出现松动,从而造成舵停不稳,左右摆动。4)单边舵故障主要因为单边油缸或安全阀内泄漏严重,造成单边舵不能正常工作。5)系统压力过高(1)管路系统不够清洁或液压油粘度过高,管路阻力太大引起。(2)各节流阀或单向阀的节流作用造成功率损失过多。(3)滞舵时间过长或发生了游舵现象。7)应急反应不够灵敏因为船上的备用系统没有按规定配备,从而造成需要应急时,不能很快响应或根本不能响应。其实,各种故障并非单独存在的,有些是有一定内在联系的。像舵机温度升高,可能是因为操舵力矩不足造成的不转舵或舵速慢引起的,也可能是因为滞舵和跑舵引起。所以当遇到故障不能从一方面简单入手,要找到其关键问题所在,从而制定出合理的解决方法,能够更快地是舵系恢复操舵能力。2.2基于技术方面的安装从以上对潜在故障的分析可以发现,液压系统的故障主要由于系统密封不良;各阀组件设置不当或安装不良;主油路锁闭不严;系统中存在空气等引起的。因此,应采取以下措施进行预防:1)操舵装置应满足法规等各种规范等的要求,安装前应提供相关资料和图纸报船检部门审批,审批同意后严格按图施工。2)其安装应由具有资质的船厂负责,安装完成后应进行有关试验,试验合格并经验收后方能交付使用。3)加强巡查,严防油位过低、油温过高、泵卡阻等现象的出现。4)加强管理,平时注意对整个系统的维护保养,要适时清洗系统和更换系统油。2.3液压系统故障分析1)通信故障主要包括驾驶员发出的舵令信号不能输出至舵机,舵机也接收不到舵令。驾驶台和舵机间无法正常或不能进行通话等。这种故障在船上特别是海上航行时是一种致命的存在,极大可能会导致船舶安全事故的发生,譬如:触礁、搁浅、碰撞等。2)遥控故障(1)遥控系统响应比较慢,不能及时达到既定舵角。造成的原因可能是液压系统中混入了空气、阀件弹簧的张力过小,不能及时复位、换向阀的回油口部分堵塞或开度过小等。(2)舵不准。主要是因为舵角反馈系统调整不当等原因,使得测得信号出现了偏差。其次是两泵共用了一套浮动杆,如川崎RV舵机,当两泵变量机构中位调整不同步,两泵并联同时操舵时,舵会停在对应各泵中位的两不同舵角之间,这时两泵会产生方向不同的小流量,在两泵之间循环。3)预防措施(1)注意对整个遥控系统的检查维护,同时注意对相关组件在适当的时候进行拆检并清洗。(2)充油后或者重新安装系统组件后,要注意排放系统中的空气。(3)对系统中各阀件的调试安装一定要按着说明书的说明并结合实际情况来进行安装使用。2.4预防安全事故1)主要故障及危害电力系统的故障主要是动力电路、配电板等电力输出故障,使电动机无法正常运转。或者是备用动力系统不能正常启动。其可能造成的危害主要是导致船舶舵动力系统失效,是船舶在海上不能按照制定航向航行,并可能出现安全事故。2)预防措施电力系统维护相对来说具有较高要求,像湿度、温度等都有一定的限制。因此,在机舱那种温度和湿度都相对偏高的条件下,就要多巡查,并及时做好动力电力、配电板、电子遥控器件等设备的维护保养工作。同时,也要经常性检查并测试备用电力系统,以防因长时间的不用而不能应急启用。与此同时,平时工作值班时一定要注意观察各表的指示参数,从而避免发生不必要的安全事故。综上所述,舵机系统出现故障主要有以上三大类,根据其形成原因以及预防措施的分析,可以看出保证舵机正常运行的主要因素还是人为因素,一定要加强管理和工作时的巡查,从而避免一些不必要的故障出现。3工作要求和日常管理3.1控制装置的日常管理3.1.1机旁充油操作过程综上可以看出液压系统的清洁对整个系统的正常运行起着非常重要的作用,因此,对于一个新装舵机,首先应使用专门的清洗油(环烷基油)30℃~40℃,如洗完不易放净,油中应加防锈剂和抗氧化剂,以防设备绣化产生新的杂质。舵机安装完毕后,要充油才能正常使用,其正确地充油步骤如下:1)开启油缸上的放气阀、旁通阀,并经过滤器向油缸加油,直至放气阀处有连续的油流流出为止,关闭放气阀、旁通阀并停止加油。2)闭式系统经滤器向补油箱加油,开式系统向循环油箱加油,达到油位计指示的高位。3)在机旁用应急操舵的方法操纵主油泵,以小流量轮流向两侧转舵至30°,并反复开启油缸压力侧(柱塞伸出侧)的放气阀放气,直至柱塞运动平稳,无异常噪声为止。4)新装舵机以1.25倍设计压力进行密封性试验。充油过程中要注意及时向油箱补油。系统空气排尽前不要让油泵长时间运转,以免空气与油液搅混后难以放尽。3.1.2有明显偏差的情况舵机的测试是通过驾驶台和操控室通过对舵角来完成的,《液压舵机通用技术条件》对舵的控制、舵角指示、限位有如下要求:1)电气舵角指示器的指示舵角与实际舵角之间的偏差应≯±1°,而且正舵时须无偏差。2)采用随动方式操舵时,操舵仪的指示舵角与舵停住后的实际舵角之间的偏差应≯±1°,而且正舵时须无偏差。3)无论舵处于任何位置,均不应出现明显跑舵现象。4)采用机械或液压方式操纵的舵机,滞舵时间应不大于1s,操舵手轮的空转不得超过半转,手轮上的最大操纵力应不大于0.1kN。5)电气和机械的舵角限位必须可靠,实际限位舵角与规定值不大于30°。3.2低应加热运转1)油箱油位。应在油位计显示范围的2/3,油位增高说明进气或进水,油位降低过快说明泄漏。2)设备和液压油工作油温。适宜温度为30℃~50℃,超过55℃使用冷却器。超过55℃,每升高9℃寿命降低一半。低于10℃不宜起动,室温太低应加热;如在-10℃~10℃之间,先空载运转加热。3)工作油压。排出压力和吸入压力必须符合正常数值。压力表阀常闭,用时打开,以防损坏。4)滤器。注意前后压差,及时清洗或换新,如发现金属屑,必须查找来源。5)润滑。滑动表面浇涂适量润滑油,长期停用应涂润滑脂。6)泄漏。舵杆不应渗水,液压部件不应漏油。出现泄漏,及时检修。7)振动与噪音。舵机应运转平稳、安静,通常是机械噪音、液体噪音等。8)连轴节。起动前盘动,如发现破裂应更换。随着现在科技发展很快,人工智能化也越来越方便。多采用自动控制监控系统,以减轻工作人员的工作量,同时也能更快更方便地了解到故障所在,