某船DTF-60型舵机卡舵故障分析与解决

李吉君，东李钧，汪鲁腾

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

某船DTF-60型舵机卡舵故障分析与解决

李吉君，东李钧，汪鲁腾

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

本文通过介绍某船DTF-60型舵机工作原理，结合某39000DWT散货船发生的舵机卡舵事故，主要从主泵供油、主油路堵塞及可能混有气体、遥控系统失灵和DD马达等方面对舵机出现卡舵故障进行分析，找出出现故障的原因，并提出相应的对策。为以后出现此类故障提供可借鉴的应对办法，有助于完善日常舵机管理，保证舵机设备的稳定可靠运行，为船舶安全提供强有力的保障。

DTF-60型舵机；卡舵；分析；解决

0 引言

舵机是用来控制和维持船舶航向的一种重要的甲板机械。在近代大型船舶上，电动液压舵机取代了各种舵机，在各类船舶上获得了广泛的应用。舵机的功用是保证船舶按要求迅速可靠地将舵叶转到并保持在指定的舵角，以使船舶航行在给定的航线上，舵机作为船舶控制航向的设备，对保证船舶的海上航行安全起着至关重要的作用。

1 事件概述

某船在某次航行中出现NO.1舵机卡舵现象，随后出现转舵慢、NO.1和NO.2舵机分别发生卡舵及舵效应差等现象，导致因为不能控制船艏向并差点发生冲向岸堤事故而停靠澳洲港。该故障影响了整个航运计划，造成不必要的经济损失，并且对于船舶安全是一个极大的隐患，如何尽快查明故障原因并排除显得尤为重要。

2 该船的舵机控制系统介绍

本舵机分别有两套独立的动力单元和控制单元，实现互为备用，也可以同时工作。相互独立的管路和阀系统，允许任何单一故障的发生，当故障发生时，每个阀组包括换向阀，作为备用泵的逆向循环锁定，可保证一台泵组出现故障后，迅速自动隔离，另一台泵组能正常工作。

表1 该DTF-60型舵机详细参数

该船DTF-60型舵机由转舵机构、液压系统和操舵控制系统等部分组成，为阀控型液压舵机，根据液体的不可压缩性及其流量、压力和流向的可控性来实现转舵目的[1]。同时该船配备自动舵系统，自动舵是船舶系统中的一个不可缺少的重要设备，用来控制船舶航向的设备，能够使船舶在预定的航向上运行。当给定航向后，利用电罗经检测船舶实际航向，然后与给定航向作比较，两者的差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航上，舵叶则不再偏转[2]。

该船阀控型舵机采用定量油泵为主油泵，舵机在工作时该定量油泵按选定方向连续运转，其吸、排方向和排量保持不变，三位四通换向阀则控制油泵向转舵油缸供油的方向。由驾驶台给出指定的舵角信号，通过与实际反馈的舵角信号相比较，当两者出现偏离的情况时，驾驶台给出的舵角信号经放大后，根据两者偏差的方向的不同，偏差相应的一侧线圈通电，泵就向偏差相应的一侧液压油泵供油，同时对侧油缸的液压油通过闭式系统流回泵的吸口，促使柱塞移动，接着推动舵柄转向和舵叶转动[3]。而当给出的舵角信号与实际反馈舵角信号无偏差时，换向阀的电磁线圈失电，阀芯在中位停止，此时泵组卸掉负荷，不需执行转舵操作。图1所示为该舵机油压回路图。

图1 舵机油压回路图

3 故障分析和解决

3.1 主泵故障排查

首先要排除的是主泵是否故障，从舵机油压回路图可以看出，主泵在整个回路中起着至关重要的作用，所有执行机构的液压油都需通过主泵的工作来带动，如果发生主泵不供油的故障，例如由于泵组自身损坏或者转动受阻，导致不能对整个油压回路进行正常供油，进而整个油压回路无法建立，那么就会发生卡舵故障。船上人员首先将故障原因定位在左右主泵上，对1、2号主泵进行详细的拆检，检查发现该两泵可以正常启动，并且启动后油压正常，满足使用要求。故排除由于主泵故障导致卡舵的可能。

3.2 舵机油路不畅排查

接下来重点检查整个舵机油压回路，如果主油路中混有较多气体，例如充液或者检修后放气不彻底，工作油箱液位过低或者补油压力过低，或从未关严的旁通阀和安全阀处泄露，以及油缸密封不严处吸入空气等都有可能导致主油压回路中混入过多的气体，进而导致开始转动舵轮时必须先要压缩多余的空气，等整个油压回路的压力上升到一定值时，受动器才会动作[2]。又或者主油路回油滤网脏堵，造成主油路堵塞，导致操舵时油压变化不正常，无法正确的执行操舵指令，也是有可能造成卡舵故障。在经过系统放气处理以及更换主油路回油滤网之后，并检查工作油箱油位正常，但在试验舵机运行一段时间后，油压检测正常，但还是出现了卡舵故障，故排除主油路相关问题可能导致的卡舵。

3.3 控制系统排查

舵机的遥控系统失灵，也会直接导致驾控台操舵指令无法准确及时地发送到舵机控制箱，舵机无法准确无误的执行操舵指令，导致出现卡舵现象。图2为自动舵系统图。

图2 自动舵系统图

图2中的AP11、AP12为自动舵与舵机控制箱之间的连线，首先需检测该线的绝缘是否良好，两端的接线端子触头是否可靠，以及从驾驶室到舵机舱该线的电压降是否满足规范要求。经船员检测相关设备的电流和电压，结果显示舵机遥控系统正常可靠，同样排除了遥控系统出现故障导致卡舵现象发生的可能。

3.4 DD马达故障排查

在自动控制系统中，舵机执行机构即DD马达作为执行元件，把收到的操舵电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。在以上可能的故障点一一排除后，还是不能解决卡舵故障，基本判断是DD马达在执行舵令时出了问题。在船东要求船厂对DD马达下驱部分进行换新，并将NO.1舵机自动舵控制箱的部分电路板换新，后试验无异常，卡舵故障消失。

然而在该船开航后发现NO.1舵机手轮操作时，偶尔还会出现轻度卡舵或停顿现象，由此得出此船舵机卡舵故障的主要原因已经找到并解决，但还有其它次要原因或新的问题尚未发现和解决。于是船厂继续对可能最大的故障发生点DD马达检查。

3.5 故障解决

该船的自动舵给出操舵信号，控制DD马达，舵机通过DD马达的动作信号执行转舵指令，而给出动作信号则是DD马达连杆通过万向节及固定螺栓与机械连杆连接，具体如图4所示。DD马达的输出杆、连接杆、伺服控制杆的平行度、高度差、中心距离都有着严格地要求，最为重要的是DD输出杆、连接杆和伺服控制杆构成的四边形是否为平行四边形，若不是平行四边形，在运动中就会发生卡阻现象[4]。如何验证是否为平行四边形需从如下两点入手：1）这三个杆在同一水平面上且没有高度差；2）在输出杆和伺服控制杆之间取两个点，手动操作应急手柄，如果这两个点之间的间隙在运动中保持不变，则可以认为构成了平行四边形，这也就保证了不发生卡阻的可能。在根据以上要求进行检查后，发现存在以下问题：1）连接杆的长度达不到要求的130mm；2）伺服控制杆万向节的连接螺栓非标准件；3）DD马达的输出杆与伺服控制杆存在一定的高度差。以上几点存在的问题直接导致了DD马达输出杆和伺服控制杆在运行过程中存在瞬间卡阻的可能。事实情况是该船舵机安装过程中发现部分连接构件遗失，于是自行加工了缺失的零件并完成安装。在发现可能存在的病因后，对症下药，更换满足要求的连接件，以及标准规格的万向节连接螺栓，同时调节输出杆与伺服控制杆的安装位置，使得两者在同一水平线且没有高度差，运行起来呈平行四边形无卡阻。

图3 DD马达控制连杆装配图

在经过一系列的排查及有关设备换新后，再次对舵机进行调试，设备运行恢复正常。在船舶重新投入运营后，舵机也是一直工况良好，之前卡舵故障得以解决。

4 结论与建议

针对以上几点原因的分析，为有效避免舵机出现类似故障，确保海上航行期间舵机设备稳定可靠运行，在以后的舵机使用管理中应注意以下几个方面。

首先是严格按照舵机使用说明书要求，对舵机，尤其是DD马达进行维护和保养，重点关注其工作状态。

其次是DD马达的连杆等构件要尽可能使用原装件，若迫不得已需要自行加工配件，必须确保尺寸、材料和安装满足要求。

舵机作为船舶控制航向的设备，对保证船舶的海上航行安全起着至关重要的作用，本文通过排除可能故障点解决该船的舵机卡舵问题，找出解决问题的关键所在，其中所用到的分析方法和排除处理步骤对今后解决类似故障有着很好的借鉴意义。

[1]宋谦.液压舵机故障分析与排除[J].中国修船,1999(5).

[2]黄灵勇.液压舵机常见故障分析及检验[J].珠江水运,1998(3).

[3]张希文.25t·m电动液压舵机故障的分析[J].航海技术,1994(1).

[4]中国船级社.钢质海船入级与建造规范[S].北京人民交通出版社,1996.

Failure Analysis and Countermeasure of Type DTF-60 Rudder Actuator

Li Ji-jun,Dong Li-jun,Wang Lu-teng

(Zhoushan Changhong International Shipyard Co.,Ltd.,Zhejiang Zhoushan 316052,China)

This paper introduces the working principle of DFT-60 type rudder actuator.It is analyzed a case of 39000DWT rudder actuator whose failure accident is mainly from the following points containing main pump supply,main circuit plug and possible mixed gas,remote control system failure and DD motor.The reason of the failure is found and the corresponding countermeasures are put forward.The analysis provides a reference for the future of such failure.It is helpful for improving the daily management of the steering gear to ensure the stability and reliability of steering gear,and to provide a strong guarantee for the safety of the ship.

DTF-60 type rudder; actuator; analysis; countermeasure

为：U676

A

10.14141/j.31-1981.2015.06.016

李吉君（1965-），男，工程师，研究方向：船舶机电。