转叶式舵机液压系统故障处理分析

李 栋，顾 含，王孝霖，苏先明，解 强

（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

0 引言

船舶在海中安全航行、停靠码头需要良好的操纵性能。船舵用于改变或维持船舶航向，是保证船舶安全航行的重要装置。舵主要由舵叶、舵杆、舵机等部分组成。船舶舵机按照驱动动力的不同可分为三类，即蒸汽舵机、电动舵机和液压舵机[1]。液压舵机具有重量轻、尺寸小、灵敏度高，工作平稳安全可靠等优点，能缓冲风浪对舵叶的冲击，运转噪音低、振动小。随着液压技术向高速、高压和大功率方向的发展，转叶式舵机以其特有的优势得到了快速的发展和广泛的应用[2]。

1 转叶式电液舵机的组成

某远洋船舶为双舵设计，配备了两台Rolls-Royce公司生产的SR743型转叶式电动液压舵机。该转叶式液压舵机主要由三部分组成：转舵机构、液压系统和操舵控制系统。转舵机构由油缸、定叶、球形转子、转叶、密封装置等部件组成，其作用是将液压能转换成机械能，进而推动舵杆和舵叶转动；液压系统由油箱、叶片泵、液压阀件、液压管路、电动机、电机启动箱等部分组成，其作用是向舵机提供足够的液压能，并设置所需的保护和控制装置；操舵控制系统由主控台、舵角反馈发讯器、舵角指示器、机旁控制箱等部分组成，其作用是传递舵角指令并控制操舵精度[3]。

2 舵机液压系统的工作原理

该舵机为阀控型液压舵机，其液压系统如图1所示。转舵机构的缸体和球形转子构成环形油缸，定叶和转叶将油缸分成了六个隔离腔室，它们通过缸体上的导油槽间隔相连，分成两组 C1、C3、C5和 C2、C4、C6，一组腔室进油时，另一组腔室回油，反之亦然。系统设有1#和2#两套独立的泵单元，实现互为备用，也可同时工作。正常航行时，由单个泵单元供油转舵，即可满足在28s内将舵由任一舷35°转至另一舷30°的要求，并能达到额定转舵扭矩；进出港或窄水道航行时，两个泵单元可并联工作，扭矩不变，转舵速度可以提高一倍。

以 1#泵单元为例，当驾驶室发出左转舵信号时，主操纵阀“左转舵”控制端的电磁导阀通电，该先导阀处于上工作位，控制油从泵出口主油路经先导阀8进入操纵阀右端，向左推动操纵阀阀芯，使得操纵阀处于右工作位，油泵输出的压力油经操纵阀和分配阀进入环形油缸，此时C1、C3、C5为进油腔，C2、C4、C6为回油腔，液压油推动导叶进而带动舵杆顺时针转动，从而实现左转舵。当驾驶室发出右转舵信号时，主操纵阀“右转舵”控制端的电磁先导阀通电，操纵阀处于左工作位，此时C2、C4、C6为进油腔，C1、C3、C5为回油腔，液压油推动导叶进而带动舵杆逆时针转动，从而实现右转舵。当电气遥控系统失灵时，可在机旁直接顶动先导阀的阀芯操舵。

图1 SR743型转叶式舵机液压原理图

3 故障现象

船舶在某次内河道航行时期，为了保证船舶的机动性，采用了双舵双泵的工况，即左、右舵机同时工作且各自均为双泵供油。舵机运行过程中，集控室监控系统突然显示“右舵机液压锁报警”，且报警一直无法消除。检修人员在舵机舱内对右舵机“液压锁报警”故障进行排查，机旁单泵模式下操舵测试时，又发现2#泵单元单独工作时，又出现了“冲舵”现象，舵转过指令角后不停。该故障给船舶安全航行带来了隐患，如何尽快解决这一“案中案”故障，成为摆在检修人员面前的迫切问题。

4 故障排查及处理

液压锁报警故障的原因一般为以下三个方面[4]：1）马达控制箱电磁驱动器故障；2）主操纵阀的电磁先导阀故障；3）操纵阀芯卡阻造成自锁。

而冲舵故障的原因常为以下几种：1）电气遥控系统故障；2）操纵阀阀芯不能及时回中；3）转舵油缸闭锁不严；4）油缸内存在较多空气，停止进油后，因高压侧气体膨胀、低压侧气体压缩而冲舵。

检修人员对两个泵单元的电气系统进行检查后未发现故障，考虑到液压锁报警和冲舵两种故障同时出现，判断故障原因更可能是电磁先导阀或操纵阀故障。

为了验证判断结果，也为了尽快解决故障，检修人员对 2#泵单元的液压阀组进行了拆检，先将“右转舵”控制端的先导阀拆下，并未发现明显杂质或污物；而检修人员将“左转舵”控制端的先导阀阀体拆下时，发现阀体进油孔内有橡胶碎片，先导阀阀芯被该碎片卡阻，已不能正常动作，同时还发现该先导阀的阀座内残留有两个金属屑，如图2所示。

图2 拆检出的杂质

在将先导阀和阀座进行仔细清洗后，将电磁先导阀安装复位，再次进行机旁操舵测试，发现单双泵模式下舵机均运行正常，液压锁报警和冲舵现象均消失。

5 故障原因分析

转叶式液压舵机内部结构较复杂，各部位的密封件较多，在舵机运行过程中易磨损、老化。产生的橡胶和金属磨屑混入液压油，随着液压油的流动进入电磁先导阀进油孔，使得电磁先导阀阀芯卡阻，舵到达指令舵角后，控制油仍可进入先导油腔，主操纵阀阀芯不能及时回中位，因此产生液压锁报警和冲舵现象。

从故障分析的结果可知，液压油品质对舵机的影响不容忽视。为了保证舵机有效运行，防止因液压油污染造成系统工作不稳定，提高液压元件寿命，在日常的维护工作中，必须做到保持油液的清洁度、保持油温恒定、防止空气混入等防护措施。

6 结束语

本文对SR743型转叶式舵机的组成进行了介绍，并对舵机液压系统的工作原理进行了分析。从舵机液压系统一起典型的“案中案”故障现象出发，对故障处理的方法和过程进行了详细介绍，并对故障原因进行了分析。液压油清洁度对舵机的影响不容忽视，加强对包括液压油在内的液压系统的检查和维护，是减少此类故障发生的关键。

[1]于洪亮.船舶动力装置[M].大连: 大连海事大学出版社, 2006.

[2]崔若松.转叶式液压舵机若干技术分析[J].上海造船, 2007(2): 27-28.

[3]吴晓卿.浅谈小型船舶液压舵机的保养及常见故障的排除[J].中国水运, 2008, 8(4): 27-28.

[4]黄志坚, 袁周.液压设备故障诊断与监测实用技术[M].北京: 机械工业出版社, 2006.