某型自动舵简操台随动双通道操纵振荡故障分析与排除

钟多就，关 健，申传俊

(92236部队，广东 湛江 524002)

为保持良好的技术状态，船舶一般隔一段时间就进修船厂进行检修。其修理范围依据修理级别的不同而不同，但一般包括清除船体依附的海生物、重新刷油漆，对海底阀门、主机、螺旋桨、舵、艉轴间距等项目进行检修，更换故障件、寿命件，以保证船舶使用寿命，既排除现有的故障，又具有一定的预防性。修船厂在对自动舵的液压控制系统中的舵叶、执行机构进行适当的检修时，与电气控制系统的厂家要进行必要的联调。在联调时，实际的工程界限并不明显，两家相互推诿现象时有发生。

本文的自动舵简操台随动操纵时发生振荡的故障现象，属于联调时常见典型故障。自动舵电气控制系统的厂家会认为修船厂调节液压系统的压力左右不平衡或者油路有空气等导致舵的振荡，而修船厂则会认为电气控制系统电路没有完全调整妥当导致舵的振荡。如何进一步明确工程范围，阐明两者之间关系，更进一步的认识和掌握故障发生的规律，为今后类似故障问题的解决积累相关参考和经验，显得尤为重要。

1 故障现象

自动操舵仪简操台安装在后舵房，简操台一般只具备简单操纵方式，直接馈电给液压系统中的直流电磁阀，以控制舵叶实现船舶的航向改变，作为备用操作方式使用。但设计此型自动舵的简操台时，考虑到减轻操作人员的工作强度，设计有“随动”操纵方式，不但有单通道模式还有双通道模式[1]，为调试维修带来了不小的难度。在联调时，简操台的操纵方式置于“简单”位置时，通道I+II模式下，来舵反应灵敏，无振荡；置于“随动”位置时，通道I+II模式下，系统振荡，无法停止。

2 故障定位及排除

2.1 故障树

根据故障现象，建立以“简操台双通道操纵随动系统振荡”为顶事件的故障树，其模型如图1所示。

图1 故障树模型

2.2 定位分析及排除

通过“简单”“随动”切换操纵方式，找到电气控制系统与液压系统的执行机构之间的“分水岭”是关键环节，也是减少争议点的重要步骤，能逐步缩小故障范围后准确定位到故障点。将通道置于“I+II”，启动双通道，再切换操纵方式“简单”“随动”来观察舵机的运行情况，重现故障现象。操纵方式置于“随动”时，转动舵轮给定左右10°指令舵角，舵机在10°处来回振荡，故障复现。保持双通道不变，操纵方式置于“简单”时，扳动开关馈电，舵机来舵反应十分快，但无明显的振荡现象，功能正常，此时可基本确定舵机的液压执行系统并没有器件物理性损伤的“硬故障”，但可能存在压力设置偏高或左右泵不平衡导致参数调整超出容差范围的“软故障”，且控制系统无法弥补而造成了振荡。为了进一步确认，分别停下I号通道、II号通道，保持“简单”操纵方式，发现单通道运行下，来舵反应并不一致。那么进一步可得左右通道压力欠平衡，应适当下调舵机的压力并保证左右通道相互匹配。因此，可以进行故障判定：随动控制系统故障，并且伴随着双通道下舵机压力偏高、不平衡。

根据图1，对故障进行分析定位和排除。简操台双通道随动控制系统中存在可能引起振荡故障的原因。首先，检查24 V电源供给是否平稳，通过测量电压，显示电压为23.85 V，符合技术要求-10%的要求。其次，检查反馈电机和随动电机信号是否具有一致性；经查，反馈电机和随动电机信号、绝缘值并无异常。最后，重点检查随动放大板。采用逆向排查法，逐级定位故障点。测量与直流电磁阀连接前一级的触发电路门槛电压可知，门槛电压参数需要进一步调整。在实际联调工作时，修船厂在液压系统保养检修过程中势必导致整个自动舵系统参数的变化，相应的触发电路门槛电压也应做调整，或高或低。那么故障定位可直接定位至门槛电压电位器R55与R56的调整上。通过调整随动放大板上的R55与R56的阻值，调整门槛电压至0.7～4.2 V范围内，经验证发现振荡现象消失。同时，操纵方式置于“简单”，分别进行了管道排空气和调整I通道、II通道的压力。至此，振荡故障完全排除，且自动舵系统运行的各项指标均在技术要求范围内。

3 机理分析

本次出现的双通道振荡故障，主要是由于液压系统的参数调整时，随动控制系统的参数没有同步调整导致的，同时伴随着压力调整不平衡、偏高，加剧了系统的振荡。实际调试工作中，修船厂与电气控制系统的厂家双方负责的工程相互交织，不单纯是某一方引起的系统振荡故障，从而增加了联调的难度。

在自动舵系统中，液压控制系统是一个基于舵叶位置的控制系统。输入是转舵的信号，输出是舵叶的转动角。典型的液压控制系统结构框图如图2所示。

图2 液压控制系统结构框图

液压控制系统将工作油液的液压能转换成机械能，推动舵叶的转动。对船舶自动舵系统按照现阶段工程范围分工，以电气控制系统信号的输出最终端，即直流电磁阀的输入端为最终“分水岭”，同时，重点关注执行机构中液压泵的转速和限制供油压力的溢流阀，则可事半功倍。直流电磁阀，是一种利用电信号控制液压油流通方向的开关控制元器件[2]。滑阀柱塞两端连着弹簧，当不得电时，滑阀柱塞居中，切断左、右油道和回油管道，负载即舵叶不动。当电磁阀得电时，滑阀柱塞左、右移动，接通左、右油道和回油管道，在舵机作用下，舵叶分别向左、右移动。根据直流电磁阀的机理，电气控制系统的控制信号为关键点，如果电气控制系统能提供稳定电信号，那么证明电气控制系统是完好的。此时，需着重考虑液压控制系统(执行机构)压力、油路、阀门、滤网等问题。溢流阀主要用于限制供油压力不能过大，要保持在一定压力值附近，在液压系统中起到安全保护作用，通常可通过调节顶端的螺母来进行适当调节，使多余的油经过溢流阀回流至油箱，达到限制的目的。

4 结束语

综合本故障实例排除和必要的分析和研究，可以得到以下结论和经验。

1)一个完整的自动舵系统，包括液压系统部分和电气系统控制部分。当液压系统进行调整时，电气系统部分也要进行相应的参数调整，否则会因工程界限问题产生人为故障，影响船舶修期。在系统联调阶段时，应迅速找到整个系统中电气控制部分与液压系统部分的交叉点，电气控制系统以电磁阀信号为检修节点，液压控制系统则着重关注压力、油路、阀门、滤网等问题，并相互给予配合。

2)对电气系统进行调试时，敢于创新调试手段。现自动舵系统大多数采取模块化的接插式板件，限于装置的内部空间位置，对于可调的板件部位，没有相对容易实施的测试点和调整点。因而制作相应引出的接插件，是方便系统整体调试、提升调整效率的有效技术措施，这将极大缩短调整周期。