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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

Abstract

Asweallknow,steeringgearisusedtochangedirectionandmaintainthecourse,itwillhaveadirectimpactontheentireship'svoyage,theship'ssteeringgearisasafetyinspectionoftheturbinesfortheregularstaffofthemostimportantwork.Thisarticlehopethatthesteeringgearthroughthetechnicalspecificationsoftheshipandtheship'ssteeringgeareasyonthefailureoftheshipsteeringgearandcarryoutsafetyinspectionofthefocusoftheexposition,andsometypicalcasesontheanalysissothateveryoneonthesteeringgearfailureanalysisMaintenanceandprovidesomeusefulexperienceandmaketurbinessecuritypersonnelworkinginthesteeringgeartohavegoals,targetedinspections.Thiscansavetimeforinspections,butalsoacomprehensiveinspectionofthesteeringgear,raiseworkefficiency.Thiscaneffectivelyreduceorevenavoidtheoccurrenceofmaritimeaccidents,shipmostofthereasonsforfailureisthattheonlyimprovethetechnologicallevelofturbines,caneffectivelypreventthefailureoftheshipcausedbymaritimeaccidents.[Keywords]Ship；Hydraulicsteering；Failureanalysis

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2.5—10kN·m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160kN·m。

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2X90）。

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，转舵力矩不断提高，最大已超过15000kN·m。

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

Ø基本精神要求舵机必须具有足够的转舵扭距和转舵速度

Ø并且在某一部分万一发生故障时，应能迅速采取替代措施，以确保操舵能力

Ø基本技术要求如下；

Ø

（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。

Ø主操舵装置应具有足够的强度

Ø能在最深吃水并以最大营运航速前进时将舵自一舷35º转至另一舷的35º

Ø自一舷的35º转至另一舷的30‘所需的时间不超过28s

Ø在船以最大速度后退时应不致损坏

Ø辅操舵装置应具有足够的强度

Ø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15º转至另一舷的15º

Ø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

Ø当管系或一台动力设备发生单项故障时应能将缺陷隔离，以使操舵能力能够保持或迅速恢复

Ø客船，当任一台动力设备不工作时

Ø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

Ø

（2）主操舵装置应在驾驶台和舵机室都设有控制器

Ø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

Ø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

Ø（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

Ø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

Ø此独立动力源只准专用于上述目的

Ø对1万Gt以上的船舶，它应至少可供工作30min，对其它船舶为10min。

Ø（4）操舵装置应设有有效的舵角限位器

Ø应设限位开关或类似设备，使舵在到达舵角限位器前停住

Ø（5）对1万Gt以上的油船、化学品船、LPG船尚有如下附加要求：

Ø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

Ø为此

Ø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

Ø或至少有两个相同的动力转舵系统

Ø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

Ø安全阀开启压力应不小于1.25倍最大工作压力

Ø安全阀能够排出的量应不小于液压泵总流量的110％

Ø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

１）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小，个别能达到５／ｉ，同时转舵时间超过要求。

￣ｒｎａ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ＺＹ一５轴向变量泵伺服执行Ｂ７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。

３）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：

，可达到约３／ｉ。

疗向￣ｍｎ

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，ｕ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。

Ｕ形密封圈和支持环在使用过一段时间磨损后，就达不到密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ＨＢ１６１Ｊ　７．０—１９９７海军某型驱逐舰修　理技术标准第１部分规定要求，修复了液压缸缸套，更换了ｕ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２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１艘舰，主油泵内配油盘与缸体间拉毛，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ＨＢ７．—１９Ｊ１６８９７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用往复式液压舵机修理技术要求（ＢＴ３７Ｃ／　６９—１９）中３１４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：

①液控单向阀关闭不严，系统不能及时液压自锁；②安全防浪阀关闭不严，造成压力油路与回油路短接；③操舵零位与追随反馈零位不同步；④液压缸内部件磨损、腐蚀，造成内漏短路；⑤柱塞变量泵内部件磨损严重，造成内漏；⑥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３方面，以保证后续使用。

6.1日常运行维护保养。

①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；②加强预防性检查，系统油温不应低于１０℃，运行时不应高于６５℃；③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；④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；⑤日常对滤油器加强管理，这样可保障整个液压系统少出故障；⑥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。

①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；②严格按照修理计划，勘验、修理，其过程应做到“细工出精活”；③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；④各元件装配前应用煤油洗刷，禁止用带纤维的织物擦拭；⑤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；⑥舵机液压设备装复后必须清洗液压管路，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８一ｌ　ｍ滤网精滤，这与Ｃ／　０ＢＴ３７６９—１９求不同。

９５要求

6.3管路设计。

加装１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。

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。

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221～225. 

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！