舵機是船舶保持和改變航線的關(guān)鍵性設(shè)備，保持舵機的正常運行對船舶的安全航行非常重要。輪機管理人員不但要熟知舵機的工作原理，還要做好舵機的日常維護保養(yǎng)，以便能迅速排查舵機故障。舵機系統(tǒng)故障有很多，例如“沖舵”，即舵葉轉(zhuǎn)到設(shè)定舵角不停止，繼續(xù)轉(zhuǎn)舵的現(xiàn)象就是操舵過程中的一種常見故障。1 故障現(xiàn)象Z輪某航次離港前試驗舵機時，發(fā)現(xiàn)No.2舵機有“沖舵”現(xiàn)象:單獨試驗No.2舵機時，操右舵10°，舵角到右舵10°不停，繼續(xù)轉(zhuǎn)動至25°才停住;操右舵20°時，會一直轉(zhuǎn)到最大舵角35°才停;左沖舵角比右沖舵角小，但也要沖過10°左右，且都不能自動回到設(shè)定舵角。單獨使用No.1舵機操舵時，轉(zhuǎn)舵正常;No.1和No.2并行時也有“沖舵”，但是相對單獨運行No.2舵機，“沖舵”角度小一些。2套遙控伺服系統(tǒng)相互更換進(jìn)行試驗，結(jié)果一樣。2 原理和故障分析該輪采用的是川崎FE21-400型舵機，最大扭矩(Max Torque) 3 920 k N·m，安全閥設(shè)定壓力(Safety Valve Set Pressure) 29.4 MPa，最大工作壓力(Max Working Pressure) 23.5 MPa，使用液壓油牌號HYSPIN AWH-68，配備LV-090型斜軸式軸向變量柱塞泵，工作時泵的偏角為23.2°，由武漢船用機械有限責(zé)任公司生產(chǎn)。該舵機液壓系統(tǒng)原理圖見圖1，屬于FM泵控型舵機液壓系統(tǒng)，遙控系統(tǒng)為伺服油缸式舵機遙控系統(tǒng)。
圖1 川崎FM21型舵機液壓系統(tǒng)原理圖 該舵機液壓系統(tǒng)由電氣遙控和液壓伺服這2部分組成。電氣遙控將駕駛臺發(fā)出的操舵信號傳遞到舵機室，液壓伺服將信號轉(zhuǎn)換成伺服油缸活塞桿的位移，然后在通過浮動桿式追隨機構(gòu)控制主油泵的變量機構(gòu)，以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操舵。主油路部分:2臺變向變量主泵P1、P2和各自的集成閥塊一起，分別與轉(zhuǎn)舵油缸C1、C2和C3、C4組成2組工作對(即C1、C2一個缸進(jìn)油，則另一個缸排油，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵;C3、C4也如此)。2個集成閥塊中共有4個連通閥V1、V2、V3、V4，通常都常開，使轉(zhuǎn)舵油缸C1、C3和C2、C4各成一組(即C1、C3缸同時進(jìn)油或同時排油，C2、C4也如此)分別于主泵的2條油路相通。正常航行時，用1臺主泵向2組油缸(共4缸)供油轉(zhuǎn)舵，其流量即能滿足在28 s內(nèi)將舵由任一舷35°轉(zhuǎn)至另一舷30°的要求，并能達(dá)到額定轉(zhuǎn)舵扭矩。進(jìn)出港或窄水道航行時可雙泵并聯(lián)工作，扭矩不變，轉(zhuǎn)舵速度可加快1倍。伺服油路部分:2套獨立的閥控型開式液壓伺服系統(tǒng)互為備用，2臺伺服油泵通過電磁換向閥均向伺服油缸供油，伺服油泵為恒壓式變量泵。伺服油缸活塞位移時，與活塞桿相連的反饋發(fā)訊器輸出反饋信號，當(dāng)活塞移動到與指令舵角相應(yīng)的位置時，Y型三位四通換向閥回中，鎖閉閥還能隔離備用的伺服油路，又不影響彼此快速切換。溢流閥在伺服油泵出口做安全閥用，平時處于常閉狀態(tài)。儲存彈簧在兩主泵的控制桿上各設(shè)1個。這種創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點是:如果某臺主泵變量機構(gòu)卡阻，在換另1臺主泵后，浮動桿仍能正常工作。如果需要應(yīng)急操舵或舵機調(diào)試，則可在手動操縱插銷孔處插入插銷，用手輪直接控制浮動桿來調(diào)整舵角。這時，雙向溢流閥的作用是使伺服油缸兩側(cè)溝通，而不至于妨礙手動操縱。導(dǎo)致沖舵的根本原因:轉(zhuǎn)到指令舵角時，主油路不能及時有效閉鎖。本船舵機的主油路油路鎖閉閥(Oil Block Valve)是一對靠主泵油壓啟閥的帶卸荷閥的雙聯(lián)液控單向閥，即液壓鎖。該閥在2種情況下能將主泵出口油路鎖閉:(1)舵轉(zhuǎn)到指令舵角，主泵停止供油時，兩側(cè)單向閥在彈簧作用下自動關(guān)閉，防止舵壓力使轉(zhuǎn)舵油缸內(nèi)的油液經(jīng)主泵泄漏而不能穩(wěn)舵;(2)鎖閉備用泵油路，防止倒流而影響轉(zhuǎn)舵。因此主泵的流量不為零時，閉鎖閥不起作用的原因有:變量泵機構(gòu)不能及時或不能回中、遙控伺服油缸的換向閥不能回中或遙控伺服油路閉鎖不嚴(yán)等?？梢詮囊韵?個方面著手查找故障點:(1)舵機的控制與反饋系統(tǒng)故障，例如舵機主油路油泵變量桿、伺服油路的控制閥件或者遙控系統(tǒng)等。(2)設(shè)備安裝及使用過程中造成的誤差導(dǎo)致的“沖舵”故障也應(yīng)該考慮。根據(jù)故障現(xiàn)象判定No.1舵機系統(tǒng)正常，故障點出在No.2舵機。接下來詳細(xì)介紹排查故障原因的過程。3 故障排查首先檢查舵機遙控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由伺服油泵、反饋機構(gòu)和自動舵組成，共有No.1和No.2這2個獨立的控制系統(tǒng)，直接將2個遙控系統(tǒng)部分調(diào)換試驗，No.1舵機運行正常，No.2舵機故障依舊存在。排除了舵機遙控系統(tǒng)出現(xiàn)問題的可能性。然后將操舵方式轉(zhuǎn)至舵機房進(jìn)行手動操作舵機試驗，No.1舵機運行正常，但是手動操作No.2舵機時，轉(zhuǎn)動手輪時比較費力，舵葉動作明顯遲緩，而且相同手輪轉(zhuǎn)數(shù)內(nèi)，No.1和No.2舵機轉(zhuǎn)動角度明顯不同，說明No.2舵機機旁操舵不正常。對系統(tǒng)進(jìn)行換油，清洗系統(tǒng)濾器并更換密封件裝復(fù)，液壓系統(tǒng)除氣后，再次進(jìn)行操舵試驗，故障依舊存在。接著對No.2舵機蓄能彈簧傳動桿進(jìn)行調(diào)節(jié):松開鎖緊片將傳動桿調(diào)短3 mm，進(jìn)行操舵試驗，沖舵現(xiàn)象加劇;將No.1和No.2蓄能器整體拆下，相互調(diào)換后裝復(fù)，試舵故障依舊，基本排除了蓄能彈簧裝置的問題。對No.2舵機主油路閥塊、伺服油路電磁換向閥進(jìn)行拆檢，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。進(jìn)一步將No.1&No.2主閥塊、電磁換向閥整體進(jìn)行調(diào)換安裝，進(jìn)行操舵試驗，沖舵故障無任何改善。排除了主閥塊和電磁換向閥的原因。最后檢查No.2舵機主油泵，打開油柜上端蓋，放掉一部分液壓油以后，可以看到油泵變量桿和油泵的連接件是一個類似撥叉的偏心桿，拉動油泵變量。檢查偏心桿的傳動連接正常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)油泵在正舵位置時不回零位。圖2為正舵時主油泵變量機構(gòu)沒有回零位，圖3所示為正常位置，此刻油泵排量為零。如果舵葉轉(zhuǎn)到設(shè)定舵角時，主泵的變量機構(gòu)不回零，則油泵還有排油，那么就會導(dǎo)致一系列故障(包括沖舵)。
根據(jù)沖舵速度較快及主油泵運行工況判斷，問題很有可能出現(xiàn)在主油泵的控制機構(gòu)上，其主要組成包括伺服油泵、舵機油泵變量桿和蓄能彈簧。再次通過蓄能器連接桿調(diào)節(jié)雙向螺紋的螺栓，將油泵強行調(diào)至中位，加油操舵試驗，沖舵更加嚴(yán)重:操右舵10°時，直接沖到右滿舵直至極限舵角的限位器起作用。檢查油柜內(nèi)部的變量桿鏈接及卡塊傳動正常，檢查位于油箱外部的L形傳動桿(見圖4，一側(cè)連接伺服油缸活塞，另一側(cè)連接主油泵變量機構(gòu))，發(fā)現(xiàn)該舵機L形傳動桿中間傳動銷軸卡阻明顯，直接導(dǎo)致舵機油泵變量機構(gòu)不能及時回中停油，也使得主油路閉鎖失效，這才是導(dǎo)致No.2舵機沖舵故障的根本原因。
4 故障解決該傳動軸結(jié)構(gòu):銷孔的外部有1個銅套，單頭傳動銷穿過銅套緊配合，傳動銷上下都有墊片，傳動銷上部有2個螺帽鎖緊，設(shè)計上無牛油嘴或注油孔，長期干磨造成傳動銷根部已有偏磨跡象，銷與銷孔形成偏心，造成卡阻。問題的根源找到后解決問題的方法也迎刃而解:首先在傳動銷處加溫，用錘子從L形傳動桿下部向上敲擊傳動銷，清除銹跡和集塵，并在銅套周圍添加機油或潤滑脂進(jìn)行潤滑(見圖5)，使之活絡(luò)。再次啟動No.2舵機大舵角操縱試驗，反復(fù)多次進(jìn)行單舵操作試驗，從一舷35°到另一舷30°，轉(zhuǎn)舵時間25.2 s，到位即停，且基本無偏差。符合海船舵機使用要求。至此，No.2舵機“沖舵”故障完全排除。
5 經(jīng)驗總結(jié)舵機“沖舵”故障，存在較大的連鎖危險隱患。幸運的是，Z輪在靠港期間試驗舵機及時發(fā)現(xiàn)故障，如果如此大角度的“沖舵”發(fā)生在船舶機動航行期間，后果將不堪設(shè)想。此次故障也造成了船舶離港計劃推遲，船期延誤。分析本次舵機故障的原因，可以總結(jié)出如下經(jīng)驗教訓(xùn):(1)此類型舵機L形傳動桿存在設(shè)計缺陷，活動鏈接部分缺少牛油嘴，無法常規(guī)注油潤滑保養(yǎng);(2)關(guān)鍵性傳動部件安裝工藝不佳，傳動銷和銅套配合偏緊，使用中偏磨導(dǎo)致卡阻;(3)主管人員對該型舵機控制機構(gòu)的細(xì)節(jié)不熟悉，對機械傳動關(guān)鍵部位的檢查和保養(yǎng)存在疏漏;(4)岸基對船舶缺乏針對性監(jiān)管和跟蹤管理。綜上所述:此類型舵機在設(shè)計上有必要進(jìn)行有針對性的、細(xì)微的改進(jìn);設(shè)備安裝上也要注意細(xì)節(jié)，尤其要考慮機械傳動部件的缺油偏磨造成卡阻;船舶主管人員更要熟悉關(guān)鍵設(shè)備的維護保養(yǎng)要求，尤其不能忽視細(xì)節(jié);岸基管理人員除加強崗前培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)外，還須對重要的機電設(shè)備維護保養(yǎng)加強監(jiān)控，并通過案例學(xué)習(xí)，舉一反三、防微杜漸。參考文獻(xiàn)： [1]孔建華,安連彤,余培文.一例船用舵機的沖舵故障解析[J].航海技術(shù),2021(04):16-18. 作者簡介： 孔建華，輪機長，廣東海洋大學(xué)安連彤，余培文，廣東海洋大學(xué)
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