液压舵机跑舵故障分析.docx

1、液压舵机跑舵故障分析大连海事大学毕 业 论 文 二一三年八月 液压舵机跑舵故障分析专业班级： 姓 名： 杨浩 指导教师： 王宝军 继续教育学院摘 要 众所周知，船舵的作用是用来改变船舶方向和保持航向的，它的好坏直接影响 着整个船舶的航行，所以对船舶舵机的安全检查是轮机人员的经常性进行的最重要的工 作之一。本文希望通过对船舶舵机技术规范的介绍以及船舶舵机容易出现的故障分析和 对船舶舵机进行安全检查的重点的论述，以及对一些典型案例的介绍分析，使大家对舵 机的故障分析和检修提供一些借鉴的经验，使轮机人员在进行舵机安检工作时能够有目 标，有针对性的检查。这样既可以节省检查的时间，又可以全面的对舵机进行

2、检查，提 高工作效率。这样可以有效的减少甚至避免海事事故的发生，船舶故障大部分原因是认 为造成的，只有提高轮机人员的技术水平，才能有效的避免因船舶故障引起的海事事故。 关键词 船舶；液压舵机；故障分析 AbstractAs we all know, steering gear is used to change direction and maintain the course, it will have a direct impact on the entire ships voyage, the ships steering gear is a safety inspection of t

3、he turbines for the regular staff of the most important work . This article hope that the steering gear through the technical specifications of the ship and the ships steering gear easy on the failure of the ship steering gear and carry out safety inspection of the focus of the exposition, and some

4、typical cases on the analysis so that everyone on the steering gear failure analysis Maintenance and provide some useful experience and make turbines security personnel working in the steering gear to have goals, targeted inspections. This can save time for inspections, but also a comprehensive insp

5、ection of the steering gear, raise work efficiency. This can effectively reduce or even avoid the occurrence of maritime accidents, ship most of the reasons for failure is that the only improve the technological level of turbines, can effectively prevent the failure of the ship caused by maritime ac

6、cidents. Key words Ship；Hydraulic steering；Failure analysis 第一章 绪论船舶能够在水中按照驾驶员的意图航行,使船舶改变航向或维持指定 航向,使依靠改变安装在船舶尾部的船舵的位置来实现的。舵对于船舶的重要性是不言 而喻的，当船舶航行时船舵发生故障对船舶安全的影响是巨大的。对于舵机日常比较容 易出现故障的情况，主要分为两大部分。一是属于硬件类故障，二是属于软件类故障。 舵机的硬件类的故障是指与舵机相关的机器，设备发生了功能性的障碍，使得舵机不能 正常工作发挥作用，常见故障有：1 通信类故障，2 电力系统故障，3 液压系统故障。 软件类的故

7、障是指与舵机运行有关的管理制度，船员对舵机的操作存在问题。通常主要 是船员对应急舵的操作不熟悉，在需要的时候无法启动应急舵。因此加强对舵机的日常 维护与保养对工作的可靠性和延长舵机的无故障寿命至关重要，轮机员必须依照使用说 明书的要求严格执行，不可因为舵机工作正常而放松对其的维护管理。 1液压舵机概述 船舶能够在水中按照驾驶者的意图航行，使船舶改变航向或维持指定航向，是依靠 改变安装在船舶尾部的船舵的位置来实现的。正如鱼儿能够在水中游动自如，是靠摆动 它的尾巴一样。可以说船舵就是起着鱼尾的功用。舵对于船舶航行的重要性是不言而喻 的，当船舶航行时船舵发生故障，对船舶安全的影响是巨大的。第二章舵机

8、的型式与要求2.1 型式舵机的类型按动力来源分，舵机有人力机械操纵舵机，手动液压舵机(动力为人力，利用油液传递动力)、蒸汽舵机、电动舵机和电动液压舵机(油泵机组将电动机电能转化为液压能，并依靠液压能进行转舵，简称液压舵机)等五种。人力机械操纵舵机用于小船上，在较大的船上有时用作备用操舵装置。 手动液压舵机用手动方式产生油压进行转舵工作。它通常采用活塞式压力泵，安装在操舵器内。舵轮旋转时，驱动压力泵，并通过油管将压力传递到执行油缸，再推动舵柄，使舵叶转动。输出力矩较小，一般只用于转舵力矩为2.510kNm的小型船舶上。蒸汽舵机将蒸汽压力引入汽缸中产生推力，调节蒸汽最可以控制转舵速度。蒸汽舵机工作

9、可靠耐用，但是热效率低、声响大、管路长、安装麻烦，现代船舶上已很少采用。电动舵机利用电动机作动力，通过减速传动装置将力矩传送到扇形齿弧上。扇形齿弧直接与舵柱连接，两者一起转动。电动舵机运转平稳，电能靠电线传输，较蒸汽管路安装方便，能量损失少。曾在中，小型船舶上使用，转舵力矩一般不大于160kNm。中间采用蜗杆蜗轮减速传动机构。 电动机械式舵机用一个大齿圈代替扇形齿弧，使舵能够左右转动更大的角度，用于主动舵。 舵柱可左右转动90(即2X 90)。电动机通过齿轮传动两对蜗杆蜗轮，并由两个对称的小齿轮同时将转舵力矩传递到与舵柱直接连接的大齿圈上。传递力矩的机件受力小均衡。船舶的大型化和高速化，转舵力

10、矩不断提高，最大已超过15000kNm。采用蒸汽动力或电动动力已很难满足推舵工作的需要。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应用。电动液压舵机简称为液压舵机。电动液压舵机按转舵机构型式分类如下1往复柱塞式(撞杆式)2、转叶油缸式3、双作用油缸式（摆动油缸式）4、圆弧形柱塞式5、螺旋转舵油缸 .2.2 要求是保持或改变船舶航向，保证安全的重要设备一旦失灵，船会失去控制，甚至事故因此，我国钢质海船人级与建造规)根据国际海上人命安全公约(SOLAS公约)的规定，对舵机提出了明确的要求基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速度并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速

11、采取替代措施，以确保操舵能力基本技术要求如下；(1)必须具有一套主操舵装置和一套辅操舵装置，或主操舵装置有两套以上的动力设备。当其中之一失效时，另一套应能迅速投入工作。主操舵装置应具有足够的强度能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷35转至另一舷的35 自一舷的35 转至另一舷的30所需的时间不超过28s在船以最大速度后退时应不致损坏辅操舵装置应具有足够的强度能在最深航海吃水，并以最大营运航速的一半但不小于7kn前进时，能在不超过60s内将舵自任一舷的15 转至另一舷的15 在主操舵装置有两台以上相同动力设备符合下列条件时，也可不设辅操舵装置当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔

12、离，以使操舵能力能够保持或迅速恢复客船，当任一台动力设备不工作时货船，当所有动力设备都工作时，应能满足对主操舵装置的要求(2)主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器当主操舵装置设置两台动力设备时，应设有两套独立的控制系统，且均能在驾驶室控制如果采用液压遥控系统，除1万Gt以上的油轮(包括化学品船、液化气船，下同)外，不必设置第二套独立的控制系统(3)对舵柄处舵杆直径大于230mm的船应设有能在45s内向操舵装置提供的替代动力源这种动力源应为应急电源（独立动力源），其容量至少应能向一台动力设备及其控制系统和舵角指示器提供足够的能源此独立动力源只准专用于上述目的对1万Gt以上的船舶，它应至少可供

13、工作30min，对其它船舶为10min。(4)操舵装置应设有有效的舵角限位器应设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住(5)对1万Gt以上的油船、化学品船、LPG船尚有如下附加要求：当发生单项故障而丧失操舵能力时，应能在45s内重新获得操舵能力为此舵机可由两个均能满足主操舵装置要求的独立的动力转舵系统组成或至少有两个相同的动力转舵系统其中任一系统中液压流体丧失时应能被发现，有缺陷的系统应能自动隔离，使其余动力转舵系统安全运行（6)能被隔断的、由于动力源或外力作用能产生压力的液压系统任何部分均应设置安全阀安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压力安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的

14、110在此情况下，压力的升高不应超过开启压力的10，且不应超过设计压力值（7）工作可靠，生命力强舵机的结构强度足以承受巨浪冲击。它应备有两套操舵装置，可以互相换用，并有备用动力和应急装置。当船舶半速但不小于7kn前进时，备用动力应能使舵在60s内自一舷15 转至另一舷15 。电动舵机或电动液压舵机的操舵装置，设有两套电动机和油泵机组。每套都从主配电板独立引出电源.主操舵装置和备用操舵装置应能迅速简便地互相换用。操舵装置应有舵角限制器。舵机工作应平稳，无撞击。 （8）、操纵灵活、轻便、正确在任何情况下，舵叶都能及时准确地转到要求的舵角位置。操舵角与实际舵角间的误差小，不自动跑舵。应设舵角指示器显

15、示出实际舵角。 （9） 结构紧凑，占空间地位小。（10）、维护管理方便。第三章舵机液压系统3.1 液压舵机工作原理大型船舶几乎全部采用液压舵机电动舵机仅用于一些小型船舶上液压舵机是利用液体的不可压缩性及流量、流向的可控性来达到操舵目的的根据液压油流向变换方法的不同, 有两类：泵控型阀控型3.1.1泵控型液压舵机原理泵控型液压舵机原理 3.1.2阀控制液压舵机使用单向定量油泵，转舵靠驾驶台遥控换向阀实现，油泵排油回泵的进口或回油箱。特点：系统简单，造价低；冲击大，可靠性差，油液发热量大，油泵一直工作经济性差。总之，液压舵机主要由转舵机构、液压系统和操纵系统构成。第四章.跑舵故障现象 综合多艘驱逐

16、舰的舵机跑舵故障现象，其主要有以下表现（单泵或双泵 4缸工况操舵）。 1）转舵时间超过要求，固定舵角压舵时跑舵，时左时右偏舵，有时达5/i.rna。2）转舵是跑舵，方向外掰，至最大舵角。3）固定舵角亚舵跑舵，方向向舵角减小方向第五章故障原因分析与排除舰船跑舵故障现象简单 ，但故障原因并不易立即找 出 ，需要对 液压 系统及 其 中的各 个液压 元件 的结构和性能进行仔细的分析和研究 ，才能逐步找出发生故障的部位，从而进行排除。5.1跑舵 故 障排 除实例）液控单 向阀、安全旁通阀关闭不严。多艘舰 曾出现 过在 固定 舵 角时压 不住 舵 ，时 左时右跑 舵 ，一 般跑舵 速 度和 幅度 都较

17、小 ，个别 能 达到 ，同时转舵 时 间超 过要 求 。 分析是系统的压力油路 和溢流 回路 （回油路 ）短 接或 有严 重 泄露 ，造 成压力 不 足 。可能 性较 大是液控单 向阀、安全旁通阀关闭不严。经拆检 ，有数例跑舵原因是液控单向阀阀口关闭不严 ，导 致 系统 不 能 及 时 自锁 或 自锁 功 能 失 灵而使油泵处于卸载回路状态。虽然安全旁通阀阻塞关 闭不 严产 生偏 漏造 成 同样故 障表现 ，但 并没 有发现过 ，应该是安全旁通阀 防浪阀开启机会少而阀口密性状态保持较好的原因。2）电液伺服阀操 舵零位与追随反馈零位不一致在某 舰 小修 过程 中 ，出现 转舵 时跑 舵 ，方 向

18、外掰 ，直 至最 大舵 角 。由于是 在增 加舵 角转 舵时 突然 出现 ，经分析 应该是 电液伺服阀堵塞因油脏使滤油器 、节流小孑 和喷嘴堵塞。经检测电液伺服 阀零位 ，确认其 回不到零 位。这样该 阀就不能与 一 轴向变量泵伺服执行机构零位重合 。再将其拆检 ，用航空汽油清洗伺服阀内的过滤器 、节流小孔和喷嘴 ，发现少许橡胶渣粒状物。分析跑舵机理为 ，喷嘴两端的橡胶密封圈老化被油腐蚀 ，随油进人喷嘴，造成喷嘴或其与挡大舵 角 。将伺服 阀清洗、更换密封 ，装复后经调试 ，故障消 除 。）液压 油 缸泄漏。某舰在修前试航 中，出现 固定 舵角压舵跑舵 ，方 向 向舵 角 减小： ，可 达到

19、约 。疗向 由于先 检测过 液控 单 向 阀的 自锁 功能 正常 ，分析 可能性 最 大应该 是 柱塞 泵 内部件 或油缸 内活 塞 与缸套的配合间 隙超 标 造成 内部 泄漏 ，在舵 力作 用下出现小幅返舵 现象 。经拆 检 液压 缸部 件 ，发 现 油缸 内缸套底 部存 在许多小的麻点，形 圈和 支持 环磨损 严 重 。分析 跑舵 机 理 为 ，液 压 油 内含 微 量 水 等 杂 质 ，在停航期间，沉淀 到 下部 ，轻微 腐蚀 了油 缸缸套 底部，长年 累 月 的叠 加 ，由轻 微 的腐蚀 点扩 成很 多细小麻点。形 密封 圈 和支持 环在 使用 过一 段 时 间磨损后，就 达不 到 密

20、封要 求而 引起 油缸 内部 高低压 油腔短 接 ，造成 跑 舵 ，至舵角 反馈 修正 为止 ，就表 现为小幅返舵。在按 照 海 军 某 型 驱 逐 舰 修理技术标准第 部分规定要求 ，修复了液压缸缸套，更换了 形圈和支持环后 ，经码 头调试 和航行 试验 ，转 舵 时 间明显 缩短在 规定 范 围 内 ，跑舵故障排除。4）主 油 泵 配 油 盘 与 缸 体 间 隙 超 标 ，产 生 泄漏。某 艘 舰在 修前 试航 中 ，出现 固定 舵 角压舵 跑舵 ，方 向 向舵 角 减 小方 向 。舵 角 越 大 跑舵 越 严重。油盘 、柱塞缸体、柱塞和滑块等主要零部件均严重磨损 。另 艘舰 ，主油泵内配

21、油盘与缸体 间拉毛 ，与缸体间配油槽漏油严重 ，难以保证主泵的正常吸排油 。跑舵 机理 为 ，当舵停 在某舵 角 时 ，在航 行 中水流压 力作 用下 ，进 、 回油 油缸 之 间存 在油 压差 。此时变量柱塞泵虽处中位 ，但泵内泄漏严重 ，使闭式主油 路 闭锁不严 ，舵 停稍 久就 因泄露 而跑 舵 。将配油盘 、缸体 、柱塞和滑块等主要零部件修理、换新 ，达到 及专用工艺要求后组装 ，并确保配油盘与缸体紧紧相贴 。装复后经调试 ，跑舵故障消除，转舵时间符合要求 。5.2跑 舵 原 因汇 总通过某型各舰舵机跑舵故障分析与排除，我们发现 ，某型驱逐舰出现的一些跑舵原因并未全包含在行业 标准 船

22、 用往 复式 液压 舵 机修 理 技术 要 求（ ） 中 条 所 列 跑舵原因之内，为此 ，针 对 某 型 舰 舵 机 液 压 系统 的组 成 和原理，结合多艘舰跑舵故障排除的实例 ，特将某舰液压舵机跑舵原 因汇 总如下 ：液控单 向阀关 闭不严，系统不能及时液压 自锁；安全防浪阀关 闭不严，造成压力油路与回油路短接 ；操舵零位与追随反馈零位不 同步 ；液压缸内部件磨损、腐蚀 ，造成内漏短路 ；柱塞变量泵内部件磨损严重 ，造成 内漏 ； 主油 路有 其它 泄漏 。第六章 总结从某型数艘驱逐舰舵机跑舵故障分析和排除的过程不难看出 ，由于该型舰建造年代较早 ，目前老龄 化 严重 ，舵机 液压 系统

23、柱 塞泵 、油缸 内部 主要 零件 长期 磨 损 积 累 ，这 一 现 状 增 加 了跑 舵 故 障 的 隐患 。对此 ，建议该 型 舰舵机 液压 系统管 理 中应重 点注意日常运 行维护 保养 、周 期性 检 修及 管 路设 计 方面，以保 证后续 使用 。6.1日常运行维护保养。须严格按照舰上体系合理使用、按各舰具体情况进一步加强维护和保养 ；加强预防性检查 ，系统油温不应 低 于 ，运 行 时不 应 高 于 ；如果发现漏油现象 ，要及 时更换失效 的密封件和漏油 阀、附件 ；应有详实的使用管理记录 ，以备舵机故障出现时，有利于根据其表征特点进行故障诊断和排除；日常对 滤油 器加强 管理

24、，这样 可保 障整 个液压系统少 出故障 ；液压油定期取样抽检 ，油箱中的油应根 据 工 作 情 况 定 期 更 换 ，防止 油 液 用 久 变质 ，影 响性 能 ，换 油时应 同时更换 滤器 的滤芯 。6.2周 期性 检修 。修前试航、调试检查任何细小 的不正常工作现象都应受到高度重视 ；严格按照修理计划 ，勘验 、修理 ，其过程应做到 “细工 出精活”；对液压设备的密封橡胶圈和填料、液压管路密封垫片每次 换新应 彻底 ； 各元件 装配 前应用 煤油 洗刷 ，禁止用带纤维的织物擦拭 ；确认油泵发生故障而拆检油泵时，务必注意清洁，使用的拆装工具及一切用具和场地应干净 ；舵机液压设备装复后必须清

25、洗液压管路，并在作密性试验合格后 ，对整套舵机液压系统进行 串油 ，经取样 分 析油样 品质合 格 后换投新油 ，再经码头调试转舵功能正常后方可进行修后航行试验。按照某舰舵机液压系统 的特点 ，新油需经过滤精度为 一 滤 网精滤，这与 求不 同 。要求6.3管路设 计。加装 只单 向阀与补油 系统 粉末 冶金滤 油 器并联 。单向阀开启压力略高 于滤器进 出 口的最大压差 。由于补油滤器安装在齿轮泵出口端 ，虽然能直接保护泵 以外的所有液压元件 ，但由于滤器本身在较高压力 中工作 ，当滤芯淤塞时易被击穿。同时，在 滤油器 进 出 口两 端 装 两个压力计或1压差计，个以便及时了解滤油器淤塞程度

26、 。结论通过以上的叙述，我们对该船的舵机系统有了比较全面的了解.现代船舶海事的发生原因绝大多数是人为造成的,本文希望通过对舵机的故障分析、安检要求,能够为船员日常工作和提高技能有所帮助；特别是对减少舵机故障率、保证船舶安全航行、减少甚至杜绝海事的发生有所帮助。参考文献1王永顺，张庆信.船舶轮机问答（船舶柴油机分册）M.北京：人民交通出版社，1975.45572中国船级社.钢质海船入级与建造规范Z.1996.32393李成玉，船舶辅机M，大连：大连海事学院出版社，2000.1351674王卫兵,高俊山等.可编程序控制器原理及应用M.北京:机械工业出版社,2002.49585郑士君，船舶液压系统故

27、障诊断与维修技术M.上海：上海人民交通出版社，1999.68876王福根船舶轴舵系装置M大连：大连海事学院出版社，2003.71817杨忠良.航海技术M.大连:人民交通出版社，2004.1121348杨立平.空调制冷设备安装与维修M北京：中国轻工业出版社，1999.87899费千.船舶辅机M.大连：大连海事学院出版社，2005.13816710朱湘.黄晓明,邓学钧.交通科技J.交通科技报.2000.(01).212711李华文船舶综合液压推进系统设计J.液压气动与密封，2008（1）：252813YangEr-zhuang，chinesehydraulicsC.TribologyLetters

28、，2007，27(1)：2124.14HydraulicandElectric-HydraulicControlSystemsM.SecondEnlargedEdition,R.B.Walters,KuwerAcademicPublisher,Dordrecht/Boston/London,1991，22(3)：221225.致 谢感谢大连海事大学的各位老师，在学业上给予了我极大地鼓励和帮助，在生活上给与了我亲切热情的关怀。感谢轮机工程学院的老师教授我专业知识，为我即将参加的工作奠定了坚实基础。感谢家人和朋友对我的支持和鼓励，使我精神饱满、幸福快乐地度过大学时光。感谢王宝军老师对我毕业论文的辛勤指导，王宝军老师谦逊谨慎的治学作风、尽职尽责的工作态度将使我终身受益。在此，我向你们表示崇高的敬意和衷心的感谢！