液压舵机原理简析、调试以及故障分析

摘 要：上海外高桥造船有限公司177000DWT散货船的舵机是船上典型的液压系统应用的例子。本文对该系统原理图进行了简要的分析，特别是文章中的对舵机常见故障的分析，为我们在调试舵机的过程中，提供了明朗的操作思路。

关键词：液压舵机 工作原理 控制系统 安全阀 故障

舵设备是应用最为广泛的船舶操纵设备，它由操纵位置，传动机构，舵机，推舵机构和舵叶等部分组成。上海外高桥造船有限公司系列177000DWT散货轮采用的是日本三菱生产的泵控型电液操舵装置即液压舵机。

液压舵机装置以电动机带动油泵，利用高压油泵产生的推力推动操舵机构。它具有工作平稳，结构紧凑，重量轻，体积小，控制容易，易于实现自动化，零件寿命长，推舵力矩范围广等多种优点。

下面我来介绍一下此种泵控型液压舵机的组成，工作原理，舵机试验调试以及我们调试过程中常见的故障分析。

1.舵机的基本组成和工作原理

如图1所示，该型舵机主要由两台互为备用的斜轴式柱塞变量油泵组，两台伺服油泵组及阀件及四个推舵油缸组成。

工作原理：接通电源，将NO.1机组置主控，NO.2机组置待机。启动NO.1机组，阀13尚未通电，此时伺服油泵7已经启动，并输出控制油，经阀13右位，作用在阀3的左端（右端控制油经阀13右位，卸油箱），使阀3处于左位，所以锁闭转舵油缸油路，并使主泵的吸排口旁通，从而保证无论泵变量机构处于什么状态均能卸载起动。起动过程结束后，阀13通电，工作于左位，伺服油泵7输出的控制油，作用在阀3右端（左端控制油经阀3左位，卸油箱），则阀3换至右位，使主油路接通。

主泵停止或力矩马达输入信号为零时，卸荷电磁阀13均失电，阀3右端控制油泄回油箱，使阀3工作于左位，所以主泵卸荷而主油路锁闭。这样，既能锁闭备用主泵油路，又能在舵转到指令舵角时，转舵油缸锁闭，而工作主泵油路旁通，即使工作主泵零位调节不准也不会引起跑舵。

2.舵机控制系统的检查和调试

舵机控制系统的检查和调试方法是：起动一套舵机动力装置，在驾驶台进行操舵，并从中位开始，分别向两舷转舵，每增加5°校核一次，直至最大舵角。然后再换用另一套动力装置和备用的遥控系统作同样的试验。

对舵的控制及舵角指示、限位有以下要求：①电气舵角指示器的指示舵角与实际舵角之间的偏差不超过±1°，而且正舵时须无偏差。②采用随动方式操舵时，操舵仪的指示舵角与舵停住后的实际舵角偏差应不超过±1°；采用非随动方式操舵时冲舵（舵转到指令舵角后冲转过头）角应不大于2°。③不论舵处于任何位置，均不应有明显的跑舵现象。④采用液压或机械方式操纵的舵机，滞舵时间应不大于1s；操舵手轮的空转不得超过半圈；手轮上的最大操纵力应不超过0.1kN。⑤电气和机械的舵角限位必须可靠，实际的限位舵角与规定值之差不得大于±30’。如随动舵的实际舵角与指令舵角零位不符，舵角偏差超过±1°，则就需对操纵系统进行调整。

3.舵机的安全阀调试3.1 调试前的准备工作

工作油箱的油位因保持在油位计限位范围的2/3左右，如不足时，从加油口补油。补油时应注意相同牌号的舵机油；检查各舵机油缸上的放气考克是否关闭；检查舵机油温，油压是否正常；检查各滑动表面，在油缸、柱塞等滑动表面加以适量的工作油液，根据需要添加适量的油或脂。检查液压部件不应泄漏，出现泄漏，即使检修。

3.2 启动舵机

合上电源开关，启动NO.1泵。应尽可能使泵在零位启动泵，以免泵的启动电流过大。按下启动按钮时，伺服油泵先启动，几秒钟主泵启动，监听泵的声响，如果有不正常的声响，应立即停机检查。操舵时，对舵机小舵角操作，看是否平稳。如果有强烈震动或噪声，则系统中有空气，应先排气。排气过程如下：反复小舵角操舵（左右15°），打开压力侧（柱塞伸出端）油缸上放气阀放气，直至柱塞无爬行而均匀运动为止。排气过程中要注意油箱中的液位，必要时进行补油。不要把柱塞进入端的排气阀打开，这样不但不会排出空气，反而造成大量空气的进入，排气前不允许长时间的运转油泵。一切正常后进行操舵。 3.3 安全阀的整定

启动一台油泵，移开舵角限位，机旁操纵转舵，在接近最大舵角时，要小流量操舵。舵转到机械极限舵角位置，使油压继续升高，接近整定压力，安全阀应开启，读数。如读数与规定值不符，即29.4MPa，调整安全阀的调节螺母。

4.舵机常见故障分析4.1 舵不能转动

①遥控系统失灵（电路断路例如保险丝烧断、接点脱焊或接触不良、电气元件损坏等，也可能是其中的机械传动部分发生故障例如导杆卡阻或应差的插销未插等）；②主泵不能供油（如果泵不能起动，应先手动盘车查明是电路故障还是属于机械性卡阻；如果油泵能运转但几乎没有油压，则在排除主油路旁通或漏泄的可能后，应用机旁手动操舵检查泵的变量机构能否正常移动，变量机构卡主、差动火赛共有终端或油路堵塞、浮动杆机构销子断落或储存弹簧太软，都会使油泵无法离开中位，必要时可拆检变量机构或油泵本身，以判明工作部件是否损坏）；③主油路旁通或严重漏泄（备用泵锁闭不严，导致其反转、旁通阀开启、安全阀开启压力过低或被垫起）；④主油路不通或舵叶转动受阻（泵阀、缸阀未开或主油路液控锁闭阀不能开启，导致主泵排油压力升高，安全阀开启）。

4.2 只能单向转舵

①遥控系统单向，而机旁操舵正常，可能是电气遥控线路故障（例如电磁换向阀一端线圈断路）或者控制用伺服油缸一侧严重漏泄等所造成；②双向变量泵只能单向排油，换备用泵即可正常工作，往往是主泵变量机构无法向某一方向移动所致，例如差动活塞某一油孔堵塞；③主油路单方向不通或旁通，可能是安全阀开启压力过低，或主油路锁闭阀之一回油时不能开启。

4.3 转舵太慢

①主泵流量太小，可能泵内部磨损过度或者损坏造成泵内漏泄，也可能是因变量机构行程太短或油泵转速过低；②遥控系统动作太慢，可能是电路故障、激励电流不足或反馈信号太强，也可能是控制油泵流量不足或者调速阀调定流量太小。

4.4 滞舵现象

①主油路混入气体太多，先检查工作油缸液位，再进行机旁操舵，从高压侧放气阀放气；②遥控系统动作迟滞，检查伺服油缸控制油路中是否存有气体，以及控制系统机械传动部件的间隙是否太大；③主油路漏泄或旁通严重，导致油泵流量小，转舵滞后现象严重。

4.5 冲舵现象

①泵变量机构不能及时回中，可能是变量机构卡住，控制油压变低或差动活塞油孔堵塞；②控制伺服油缸的换向阀不能回中，可能是阀芯一端卡住，或者是一端弹簧断裂或张力不足；③主油路锁闭不严；④控制系统中的反馈信号发送部分产生故障，可能是机械连接件松脱、电气元件损坏、触头脏污或断路等；⑤控制杆系各连接销磨损导致间隙过大，这时机械反馈动作不够准确，也可能会造成冲舵现象。

4.6 跑舵现象

主油路锁闭不严或遥控系统工作不稳定所致。

舵机作为船舶“四机一炉”（主机，辅机，锚机，舵机和锅炉）中的一项，可见其重要性。通过对其原理以及常见故障的分析，为我们在调试过程中提供鲜明的工作思路，为船舶航行安全提供有力的保障。