M电动液压舵机故障的分析.pdf

由 动迹 ， 舵 趱 恐 产 ； 1 2 5 t · m电动液压舵机故障的分析 上 海海运 (集 团 )公 司客轮公 司 张希文 f 一 、故障 的现象 上海海运 ( 集团 ) 公司某轮在发生海损 事故后进厂修理。经过一段时间的抢修，各 机件的校验和码头试车均正常，然而在出厂 试航时，舵机 出现不正常的工况，而该舵机 在海损事故中没受 到直接损伤。其故障的主 要表现是t 当船舶航 行 至 前 进 三 车 速 时 (1 5 0 r rai n) ，舵机液压缸的工作压 力 就 超过额定值，具 体表现在左满舵或右满舵 向 正 舵 回舵 ( 即 4 - 3 5 。 一0 ) ， 至2 0 。 一 l 8 。 左 右 时，工作液 压 油 缸 的 峰 值 已 达 l l MP a 一 1 2 MP a ， 形成转舵十分吃 力之状 。 尤 其 是 在前进三车速时( 1 8 5 r rai n ) ，舵机液 噩 缸 的工作压力大大超过额定值，在满舵回正舵 (即士3 5 一0 。 ) 至 2 0 。 一l 8 。时 甚 至 出现 “ 憋死” 现象 ，此时主油 泵出 口处 的安 垒阀 启跳，尚若将此安全问启跳压力提高，而系 统 中的溢流 阀因压力大于调 定幢而开 启，造 成难以回舵，使得船舶在前进三工况下，大 舵 角操 纵受 到 限制 。只得应 急减慢主 机车 速 后 ，才 能顺利达到所需 韵舷 角。 =、舱 机的概况 与原理 2 5 t· m舵 机的概况是 这样 的； 舵 杆 的 最大 力矩为2 5 t· m，舵的最大工作 转 角 为 士3 5 。 ，舵从一舷的3 5 。 转到另一舷的 3 O 。 ， 转舵时 间不 大于 2 8 s，液压 缸的 最 大 工 作 油 压为 I I MPa ，安全 阀调正 压力为 1 2 MP a ， 辅 泵的工作压力 为 0 7 MP a O 8 MPa， 采 用 双工 作油 缸，双桨双舵叶 ，舵 叶为悬挂 式 平衡舵 。 工作原理大致是这样的：舵机具有科套 电动机组 ， 相应有液 压元 件及推舵装置组 成 ， 运行时先起动 剐油 泵， 当 剐油 路达 羽0 7 MP a 0 8 MP a 油压时 ，通 过 力继 电器 自 动 开 启相应 的主 油泵 电动 机， 使主油泵开始工 作 ， 当一套 油泵 电动机 塑发生故障时，可 立 即调 换另一套油泵电动机组，保持船舶的正常航 行。 舵机的主油路采用定量闭式系统， 通过电 液换向阀来实现操舵动作。当电液欹向阔停 止工作时 ， 主油泵本身打循 环， 当接 电液 阀上 一 个 电磁铁的电源后， 电液 阀也 随之改 变通 路 。使 主泵出 口按通一个推舵油缸 的油腔 ， 实 现推 舵动作。当舵转到所需 角度时只要切 断 电液 阀上 电磁铁 的电源， 电澈 阔 自动恢复 到 主油打循环的位置，切断 主油泵 与推舵 油 缸 的油腔 ， 使舵停 住。 当接讴 电藏 阀上 另一端 电磁铁时，则实现 与 上述相反的推舵动怍。 主、 副泵系统 中均设 有溢流 闽，用柬调节系 统中的工作压力 。在两个 推舵 油缸 的袖腔 管 路之间还设有安全阀 箱 ，当 一 腔压力超越 MP a 时安全蠲 自动打 开； 以保 护 整 个 系 统中的原件 ( 舵机 液 压 系 统 原 理 见 图 1)。 三、初步排豫故障 的方法 在故 障发生 以后，我 们根 散障韵 表口f 现象，逐步地采取了一些措施，由易到难， 一 步一步的排除疑点。首先拆柃了两只电赦 换 向阀，清 洗闷芯 精 通平 衡孔，检查 回中 弹簧，韭对有所怀疑的回中弹簧换上备用弹 簧，此举结果仍无改观。考虑到是否是操舵 系统的电气线路有问题，但检查后也束发现 什么异常。鉴于整台舵机的输出功率大，而 全速前进对在某一点回舵十分 困难，又考虑 舵 的水下部 分是否有障 碍， 就请潜水 人员 到水下探摸舵 叶外形 ， 以及舵扦 、 舵叶 与船 体 结合部 ， 其结果 又束发 现异 常情 况。 我们在这 一 系列的检鸯探索 以后，就不得不考虑舵机 机组中机械 结构件之间的相 互不正常运行， 2 5 t · m电动液压舵机故障的分析 一张希文 维普资讯 http:/www.cqvip.com 图 i 舵机液压系统康理囤 情况下， 柱塞在油缸中运行毋不话络， 再用籀 尺到量后发现有单偷现象，液压缸轴线不正 己成事实， 由于当时的案件在取 法将整台 舵机吊出掳正底座平面， 因 得以柱塞 号 由 缸周边的一间隙一致为基拣，调整底脚垫片 的厚薄 从而达 lj 随 整液压缸轴线之耳自 g 其实这样做努属处于无奈昀情况下丽为 结 果调整最大的垫片刨蒋O 5 r r l mo 原术想牲越 这次的_修复舵机_状况应有一个明显的改观， 其结果却不然，在再次航行时仍 是 旧病 复 发，述是赋样 在百恩 得其解韵情况下， 我们多方求援，走访请教了该舵机原设计工 程师，最后受请上海海运学院的老师，专家 对此故障进行 了多次分析 与探讨。 四 探求教障的根源 。 我们 义 与上海 海运 学院的老师 一起，对 舵机的整体状况进行了系统的检查、分析， 在对舵机外部结构全面检查韭排除了一些问 题 ， 而仍束找 出故障所 在之处的情况下， 为弄 清回舵困难以 及工作液压缸工柞压力过高的 原因， 我们决定采用贴直变片的方法， 对靛机 的主要受 力元件测定其应办。从丽计算如各 处的实际负载，利用各点韵受力情祝进行分 类排除， 以达到推断出故障所在部位的 目的 我们一组人员携带仪器随船进行测试。 在船舶实际霉行中剩出了舵机工作的大量数 据，给判定故障根源提供了一手资料。 使用仪器是t yD l 5 莉套废变仪 2台 S G 光 线示波器 2台 飒 0 量点是根据舵机的受力情况 与判断故 障要求所确定的。 (应变片的布置如图 2) 一 蘑 圈 2盥变片聃片圈 根据光线示波器显示的波形线，经 _】 算 泼舵机在前进三工况下，回舵时韵受力分布 如表1 ，表2 、表3 ，衷4 所示，我们摘取了_左 航海技术 1 9 9 4 年第 l 期 维普资讯 http:/www.cqvip.com i 5 。 一0 ，右l 5 一0 。 各受九点的疽力情况， 直观的看 出舵机做功与消耗功的实际情扰。 A 号 右1 5 。 一0 箍档进程 ) - ( 平均值 ) 一 襄 1 应力 截 面 面 葶 位 置 片 号 虚 变 标 定 值 ( k g f ( c m - ) C m S ) 左柱塞 A1 0 一l 2 2 ：L 0 2 2 6 I t 6 6 3 t 一 3 4 6 0 右柱塞 A7 +8 1 4 7 +2 4 7 l 6 6 3 1 0 7 t 宝 抒 As _ H1 2 - 1 5 4 4 41 8 l 7 1 d 右 扦 As 一0 6 ：L E 4 · 一1 0 2 “ 1 8 一7 1 4 8 q - 左l 5 。 一O 。 ( 连续过程 ) ( 峰值 ) 表 2 l 匝力 概面面辊 位置 l ! f 哥 应变 标定剧 ( k g f - ( e ros ) I c m| ) 左柱塞 A 'L 0 1 9 8 +I 4 3 5 9 5 I 6 6 3 1 4 - 9 B 8 8 T 右在塞 A 7 2 1 3 1 1 1 9 7 1 6 6 3 1 一8 2 5 7 3 富杆 A5 6 2 一 t 4 3 l 86 4 4 I 8 8 2 26 右杆 A 3 6 2 一i 3 5 4 4 1 8 7 7 6 5 C 号 右l 5 一O 。 ( 分档过程 ) ( 平均值 ) 表 3 缸 置l 片号 _应 变1 I 应 力 作用 力 粝 定 倒 ( k 截 面 面积 ( k gf ) c m| ) ( c mt ) 左柱塞l A 9 一 i 2 7 6 1 9 2 1 6 B 3 i 一3 l 8 G 1 | 右柱 4 ÷8 5 9 2 B ÷1 的 1 3 1 ÷2 8 4 左 轩l A I 一0 1 6 i 3 4 t 8 、 右杆1 A 4 +2 3 t 8 1 8 +8 8 4 4 1 8 +3 8 7 9 D号 左l 5 。 一O 。( 连续过程 ) (峰值 ) 表 4 血 置 片 号 虚 变 标 定 值 1鼍 骠 左柱主 A 9 +I 8 I 1 1 4 2 0 l 1 6 6 3 1 +6 9 7 8 0 旨枉密 At 4 2 2 - 8 t 0 · 2 6 8 8 I 1 6 3 1 8 l 2 2 1 左扦 1 一 圳+4 I T 5 4 4 i 8 6 4 9 4 右杆 A 4 4 l 4 i 2 5 4 4 1 8 5 5 2 注 A 、B 号 、C 、D号为光线示 波 器 记录纸编号 。 在应变片i l置 的同时， 的工作压力如表 5所示。 k g f c m 舵机进油液压缸 衰 5 舵 角 左 1 6 。 左 1 。 。l左 5 。 。 。 油压 J 。 舵角 右 1 5 由压 经过一系列的检查和采用应变片实测应 力的结果，表明左，右舵柱处在船黼垒速前 进转舵的工况下负载情况基本正常，也就是 说转动舵叶所消耗的功是正常的。数据说明 其不会影响舵机韵回舵困难，应该巍 液压缸 所做的功，远远大于舵叶所消耗 的巩，那么 这两者之间功力差距是谁消耗了唱?悬套晕 两只液压缸问本身就傲出了大誊 的无 用 功 昵?进油液压缸工作压力蛙高原尉何在呢? 上述数据表明就是在回油液压缸处有一令翟 大的反作用力存在 ， 以致造成舵机回舵困难， 这是造成耐舵 困难最主要的原因。我们觉锝 造成反作 用力过大 的主要原 因有 如下 几点： 1 液压缸回油管道不畅通 ( 如电液网换 向不到位，有节流现象，油管中有堵塞现墩 等 )，造成液压缸回油压力过高。而在故髀 中 回油缸 压办 表无压力 值显 录， 斟此 可 以排 除回油管路不畅造成回油压办大而产生厨依 用力的可能性。 、 2 旅 压缸 婚密封压盏压紧力过犬，造 成 桂塞 与密 封填料 间的摩擦 过火 。对 此我们 已 经采取了松动紧固螺柱，但没有 明 显 的效 果 。所 以密 封压盖紧造成摩擦力 过太产生反 作 用力的可能 也可 以排除 。 3 液压缸密封填料损坏 ，嵌l八 间隙 中 ( 柱塞 缸或衬套间的间隙中 )或发益密封 被 “ 搓 现象，对予这一点，液压缸密封圉 出于 使 用过久 ，有 老化 的可能， 一般来说老 化后舶密封件，很容易产生 “ 粘贴”现象， 2 丘 t · m电动 莨 压蛇机故障的分析 一 张希文 维普资讯 http:/www.cqvip.com 阉 、 油 机 起 歙 黼 YT1 l 1 G 1 型液压 调速器失灵引起主机超速 内容 提要 YTI I I Gl型液 压 调 速 嚣在 国产 中型 柴油机上广泛使 用，这种 调 速 器的工作 原理 在有关教 科 书中有详 细的讲 解，而且也早 己为轮 机管理人 所掌握， 然 而调遣 器故障后 的解体检修，却 进 行 得 较 少，通 常都 是进 厂找 专业人 进行。 本文对 航 行中调速 器失灵的现 象，结合实船解体检 修 ，谈 7失灵的原 因厦排 除方 法。 一 、情经过 我轻是1 9 9 3 年 1月份出厂的新船，主机 为e s 2 O Z C d 2 型，不倒转，四冲程机 ， 额定转速为 2 8 r mi n ， 额定功率为l l 0 3 k W 减速齿 轮 箱 为 Gw4 2 4 5 型 ，主 机 装 有 YTl 1 l G 一1 型液压调速器 。主机启动在 机旁进行，加、减速及 、倒车离台器搽作 可在驾驶室或机旁两处进行，均 为 气 动 控 制。 1 9 9 3 年 7月2 7 日凌晨 1时5 O 分， 从香 港 返 航青 岛途 中， 驾驶室值班人员 发现 主机 转 速 自行升高，超出了本航 次 3 8 0 r ml n的设 定转速而选4 2 0 'r mi n ， 随即操作遥控台 上 的调速手柄， 降低转速， 当骅 到 3 8 0 r mi n 0 刚稳定就又 自行升高，这时值班人员又进行 减速操作，但主机转速不仅不下降反而不断 上升，直至超速报警。此时机舱值班人员在 机 旁直 接操作油 门手轮，切除 了燃油，停 止 了主机 运转 。为 了确 认主机超速原 因，又在 机旁通过人工控制油门，进行了两次启动运 转试验，发 现只要柴油机运 转起 来，调速 器 就产生加油动作，并且连续加油到最大浊量 位置 。 即油量 控制 输出轴转到最 大 加 油 角 度，因油量 总杆被手 动油 门手轮 位 置 所 限 制，结果调速器缓冲拉杆内的芯杆被拉出到 最大长度。此时一里将手动油门手轮从限制 造成噬运动过程中密封件被挤入 间隙中，产 生 反作用力，这 一点 目前我 们 尚不能排除 。 4 因船体变形引起液压缸轴线变位，造 成 衬套 与柱塞 之间发生 紧贴现象，使 摩擦力 急剧加 大。对于这 一点 我们前边 已介 绍过 校 正 过液 压缸 轴线，但那 是就 事论 事的做法 ， 很难确认这种做法的结果达到轴线校中，在 有 十字 头和中间立柱 以及各 支点的作 用下 ， 根 本不 可髓 找到液压油缸的舶 心 线，加之 以 液压油 缸密 封什雎盖 口径作为 定位 基准也是 不确 当的， 因此 也不可髓从根本 上 解 决 问 题 。 由于 当初该轮在海 上被 施救过程中， 曾 遭受两轮的夹击，这很容易造成船体变形， 从而 g I 起液压缸轴 线变位， 液压缸在轴线变 位 的情况下运 行，很可毹造成 与衬套 间 的紧 贴，由于两者 的袭 面光 洁度 均很 高，所 以该 贴紧力就很大，由此静摩擦力产生的力也就 很 高，因而造成推 动时 的工 作压力偏高，回 舵困难，这一点造成故障的可能性比较大。 由此可见 我们 认为 ，前两种 因素从故障 症 状看 我们可 以排 除，而 这后两 种因素造成 故障的可能性较大，尤其是第 4点有可船是 产生回舵困难的直接因素。 目前该轮已进行了一次进坞常规检验， 对 水下部分 进行榆套， 均未发现 有 异 常 现 象，更证 实丁我们分析的准确性。针对这次 的分析情 况， 我们将 在适当的时候 进行故障 的排 除， 使得该轮舵机 早 只恢 复正常，为船 舶的安全营运出一份力。 航海技术 1 9 9 4 年第 1期 一 Lb 维普资讯 http:/www.cqvip.com