用故障树分析法研究中小型船舶液压舵机的故障

卢运娇 麦冬玲 王贵

摘 要：液压舵机作为中小型船舶最重要的辅机之一，它的质量与性能好坏直接关系到船舶安全航行。该文利用故障树分析法原理对液压舵机的故障进行了分析，绘制了液压舵机的故障树。给设计和应用维修提供参考依据，也为进一步实现自动操舵系统开发提供条件。

关键词：液压舵机 故障 故障树分析法 故障树

中图分类号：U664.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-02

液压舵机作为中小型船舶最重要的辅机之一，其具有体积紧凑、惯性小、运转平稳等优点，目前已被广泛应用[1]。据笔者不完全统计，北部湾地区拥有中小型船舶2～3万艘，约有八成船舶安装了液压舵机。液压舵机的质量与性能好坏直接关系到船舶安全航行，据相关资料分析，相当大比例的海损事故是与液压舵机的故障有关，因此，如何准确、快速地查找出其故障发生的原因至关重要。液压舵机融合了机械结构、液压系统和电气控制系统，故障原因繁多，该文选用故障树分析法对液压舵机的故障进行分析。在故障发生的前期做出及时、准确的判断，判明故障发生的薄弱环节，找出故障原因和排除方法，这样可大大减少修理的盲目性，提高经济性和安全性。

1 故障树分析法

故障树分析法简称FTA（Fault Tree Analysis）是一种将系统故障形成的原因作为总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法，它可以围绕一个或一些特定的故障模式，进行层层追踪，从而在清晰的故障树下，表达了系统故障事件的内在联系，并提出了单元故障之间的逻辑关系，有利于找出系统的薄弱环节[2]。在该文中应用故障树理论对液压舵机的故障进行分析研究，绘出故障树图，从而可以看出事件的成因与形成过程，能发现潜在的问题，有利于液压舵机整个系统故障的预防、预测和控制[3]。

2 液压舵机常见故障分析

2.1 液压舵机常见故障分类

对于液压舵机日常比较容易出现的故障主要分为两大部分：一是软件类故障，亦即是与舵机运行有关的管理制度和船员对舵机的操作存在的问题。二是硬件类故障，是指与舵机相关的机器、设备发生了功能性的障碍。

2.2 液压舵机硬件故障分析

硬件类故障是舵机故障的主要原因，根据故障导致的结果分为以下8小类：

2.2.1 舵不能转动导致舵不能转动的原因主要有：1）舵令信号输出，常见原因是电控线路故障和机械杠杆故障；2）主泵不能正常供液，变量机构故障、储能弹簧太软、辅泵连锁故障等都会导致到主泵不能正常供液；3）主油路故障，备用油泵反转、控制阀调整不当、接口处不密封导致的严重泄露都会形成旁通导致主油路无油；4）液压缸油路不通，检查液压缸阀、泵阀、锁舵阀是否没开，或者安全阀机械故障

2.2.2 单向舵，不回舵导致单向舵和不能回舵的原因主要有：1）一侧电磁阀磁铁故障或伺服液压缸一侧泄露导致只有单向舵令信号；2）主泵只能单向供液；3）换向阀故障；4）主油路单向不通或旁通。

2.2.3 转舵过慢1）转舵速度的快慢取决于供入转舵油缸的油量，所以故障多由主泵流量不足引起；2）主油路有旁通泄露，旁通阀和安全阀关闭不严，也会使转舵速度下降；3）舵令输出滞后也会影响转舵的速度。

2.2.4 滞舵滞舵是指舵的转动明显滞后于操舵动作，其主要原因有：1）主油路空气过多；2）舵令输出滞后，电液式系统内有空气、机械杠杆间隙过大、激磁电流不足或反馈信号过强；3）主油路泄露严重或有旁通现象。

2.2.5 冲舵造成冲舵的原因有：1）换向阀不能及时回中；2）反馈机构故障，比如机械杠杆连续松动、反馈电路故障等；3）泵变量机构不能及时回中；4）主油路锁闭不严。

2.2.6 跑舵跑舵是指在没有发出操舵动作的情况下自动转舵，导致的原因主要有：1）主油路泄露；2）双泵工作时中位不一致。

2.2.7 空舵空舵即舵轮空转一定角度后才来舵，主要原因是油路中有空气，转动舵轮时必须先压缩空气，带系统压力上升到一定值时才能推动舵。另一个原因是主油路泄露、旁通阀或安全阀关闭不严，也会产生空舵，管理中不可忽视。

2.2.8 异常噪声与振动异常噪声分两种：一是液体噪声，主要是油位过低、吸入管漏气和换向冲击过大引起。二是机械噪声，由于联轴器不对中、管路固定差和运动件润滑不好都会产生噪声。

3 液压舵机故障树的建立

液压舵机故障树的建立按如下步骤

进行。

（1）收集资料

广泛收集液压舵机产品设计、运行、维修等技术资料。通过分析故障实例，整理出液压舵机尽可能多的故障以及故障原因。

（2）选择和确定顶事件

顶事件是系统最不希望发生的事件，就液压舵机而言最不希望的事情就是“舵机故障”，因此文中把它定为顶事件。

（3）分析顶事件

液压舵机的构成涉及到机械结构、液压系统和电气控制系统，出现故障的范围广泛，任何一部分工作不良或相互配合不协调均能产生故障，故障与症状的关系并非一一对应，多数情况下有并发症出现。寻找导致液压舵机故障发生的直接的必要和充分原因，并将它们置为顶事件的输入事件，由于成因后果的多层次性，从而形成一连串的因果链[3]。

（4）分析输入事件

像分析顶事件一样，把能继续分解的输入事件作为下一级的顶事件进行处理。

（5）建树

在故障树建立过程中，首先将顶事件作为第一行；所有导致顶事件发生的原因为第二行，重复以上步骤，逐级向下分解，直到所有导致舵机故障的原因不能再分解或不必要再分解为止。这样即建成了一棵倒置的故障树，如图1所示。

4 结语

通过建立液压舵机故障的故障树，不仅能够说明液压舵机故障形成的原因、诸原因之间的层次和因果关系，还能够进一步说明诸原因之间的逻辑关系。故障树分析理论还可以进一步将常规的诊断方法、专家的经验知识和计算机技术有机地结合在一起，形成专家诊断系统。

参考文献

[1] 郑士君，孙永明.船舶辅机教程[M].大连：大连海事大学出版社，2003.

[2] 屈梁生，何正嘉.机械故障诊断学[M].上海科技出版社，1986.

[3] 卢运娇，冯定.用故障树分析法研究潜油电机的故障[J].机械，2005（2）.