某日，該輪進(jìn)入航道，駕駛員為確保安全，啟動(dòng)了兩臺(tái)舵機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，自動(dòng)舵選擇了隨動(dòng)模式。航行途中，突發(fā)2號(hào)舵機(jī)電液換向閥失靈，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，其彈簧已經(jīng)斷裂（如圖1所示）。雖經(jīng)舵機(jī)廠家檢查和更換彈簧，但在后續(xù)的營運(yùn)時(shí)間里，又多次出現(xiàn)電液換向閥彈簧斷裂現(xiàn)象，問題癥結(jié)始終沒有找到，船上只能通過增加彈簧備件，同時(shí)避免使用雙泵隨動(dòng)模式（包括自動(dòng)模式）來應(yīng)對(duì)，這給船舶航行帶來了極大的安全隱患。

為查找問題原因，在碼頭啟動(dòng)雙泵，采用隨動(dòng)模式操舵，發(fā)現(xiàn)當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定舵角位置時(shí)，舵角圍繞指定角度往復(fù)跳動(dòng)，轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)小角度左右擺動(dòng)，電磁換向閥左右交替得電動(dòng)作，但使用單泵隨動(dòng)模式（含自動(dòng)模式）或雙泵非隨動(dòng)模式操舵時(shí)，則沒有出現(xiàn)上述現(xiàn)象。因此判斷，彈簧斷裂的根本原因不是彈簧本身材質(zhì)的問題，而是舵機(jī)雙泵在隨動(dòng)模式（含自動(dòng)模式）下達(dá)到指定角度后反復(fù)回調(diào)，致使彈簧過度疲勞造成的，那造成舵角反復(fù)回調(diào)的根本原因又是什么呢？是舵機(jī)液壓系統(tǒng)還是舵機(jī)電控系統(tǒng)，亦或是自動(dòng)舵系統(tǒng)呢？筆者做了以下分析和提出了相應(yīng)的解決方案。

圖1 舵機(jī)電液換向閥彈簧斷裂圖

1、舵機(jī)液壓原理簡(jiǎn)析

圖2所示為該輪舵機(jī)液壓原理圖，當(dāng)油泵啟動(dòng)以后，液壓油被油泵抽吸，進(jìn)入圖中紅色虛線橢圓中的電液換向閥，當(dāng)沒有操舵指令時(shí)，該閥閥芯處于中位，液壓油流回泵站；當(dāng)有左或右操舵指令時(shí)，該閥閥芯處于左或右位，液壓油通過其內(nèi)部左或右的通道進(jìn)入到舵機(jī)專用閥中，帶有壓力的液壓油推動(dòng)專用閥的閥芯左移或右移，并打開左或右的主油路，最終通過左或右進(jìn)入到推舵油缸中，高壓側(cè)進(jìn)油，低壓側(cè)回油，最終實(shí)現(xiàn)舵葉的左右轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)雙泵運(yùn)行時(shí)，操舵時(shí)的兩個(gè)電液換向閥均是同時(shí)左邊或者右邊打開，雙泵系統(tǒng)處于并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)總流量約等于單泵運(yùn)行流量的2倍。當(dāng)不操舵時(shí)，舵葉依靠?jī)蓚€(gè)專用閥處于中位鎖閉油路，舵葉保持不動(dòng)。

圖2 該輪舵機(jī)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2、舵機(jī)電控操舵簡(jiǎn)析

圖3所示為該輪操舵電控回路原理圖，其舵機(jī)的操舵回路采用的是直流24V電源。當(dāng)圖中選擇開關(guān)S2（KM2為油泵啟動(dòng)后會(huì)閉合的輔助觸點(diǎn)）選擇本地（舵機(jī)間）時(shí)，左邊虛線橢圓中的開關(guān)(S11、S12)可實(shí)現(xiàn)左右非隨動(dòng)操舵；當(dāng)選擇開關(guān)S2選擇駕駛室時(shí)，則駕駛室自動(dòng)操舵儀接管操舵權(quán)限，可實(shí)現(xiàn)非隨動(dòng)、隨動(dòng)及自動(dòng)模式的操舵。無論是本地還是駕駛操舵均是通過提供開關(guān)的閉合讓操舵中間繼電器(K11、K12）回路導(dǎo)通，操舵中間繼電器得電，其觸點(diǎn)進(jìn)而讓操舵電磁閥（2Y1、2Y2）回路導(dǎo)通，操舵電磁閥得電，即推動(dòng)圖2中的電液換向閥左或右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)左右操舵。

圖3 電液換向閥電控原理圖

3、自動(dòng)舵隨動(dòng)模式簡(jiǎn)析

圖4為自動(dòng)舵參與的閉環(huán)調(diào)節(jié)示意圖，不同于本地操舵只能進(jìn)行非隨動(dòng)模式（按下開關(guān)，舵機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，松開開關(guān)，舵機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)），該圖是隨動(dòng)模式下的一種調(diào)節(jié)流程簡(jiǎn)圖，隨動(dòng)模式及自動(dòng)模式均需要舵角反饋，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，即當(dāng)在駕駛室轉(zhuǎn)動(dòng)手柄到某個(gè)角度，可以松開手柄，自動(dòng)操舵儀采集手柄電位器以及實(shí)際舵角信息，通過控制計(jì)算，自動(dòng)舵通過其內(nèi)的固態(tài)開關(guān)控制舵機(jī)中間繼電器的得電時(shí)間，從而控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了準(zhǔn)確的到達(dá)指定角度，在要接近目標(biāo)值時(shí)，自動(dòng)舵采用的是步進(jìn)控制方式，逐步逼近要達(dá)到的角度。

自動(dòng)舵實(shí)現(xiàn)步進(jìn)方式有3個(gè)重要參數(shù)：舵機(jī)速率、定位進(jìn)動(dòng)量及舵角精度。其中，舵機(jī)速率是告訴自動(dòng)舵控制系統(tǒng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢，定位進(jìn)動(dòng)量是接近目標(biāo)度數(shù)時(shí)繼續(xù)前進(jìn)的參量，舵角精度則是最終停留度數(shù)與目標(biāo)度數(shù)的允許誤差范圍。舵角精度一般都設(shè)置在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，通常最大不超過1°；理論上，舵機(jī)速率參數(shù)設(shè)置的大一些，定位進(jìn)動(dòng)量參數(shù)設(shè)置的小一些，最終達(dá)到目標(biāo)角度的精度越高。

圖4 隨動(dòng)模式的調(diào)節(jié)閉環(huán)流程簡(jiǎn)圖

該舵機(jī)在非隨動(dòng)雙泵運(yùn)行及單泵隨動(dòng)模式（含自動(dòng)模式）下均沒有出現(xiàn)故障現(xiàn)象，僅在雙泵隨動(dòng)模式（含自動(dòng)模式）下出現(xiàn)了反復(fù)回調(diào)舵角的情況，經(jīng)單雙泵操舵運(yùn)行時(shí)間顯示，單泵操舵時(shí)間大約為25s左右，雙泵操舵時(shí)間大約在13s左右，雙泵運(yùn)行速度較單泵快了一倍，因此考慮原因主要如下：

1、來自于控制執(zhí)行系統(tǒng)的固有不同步，即液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)中觸點(diǎn)開關(guān)帶來的延遲，但是這個(gè)原因是系統(tǒng)固有的，并且影響也是比較小的。  

2、自動(dòng)舵參數(shù)設(shè)置的問題，主要是舵機(jī)速率、定位進(jìn)動(dòng)量、精度三個(gè)參數(shù)的設(shè)置滿足不了雙泵運(yùn)行速率的要求，這是最根本的原因。

在分析故障原因的基礎(chǔ)上，我們給出了以下解決方法：

1、調(diào)節(jié)舵機(jī)流量，降低轉(zhuǎn)舵速度,匹配現(xiàn)有的自動(dòng)舵設(shè)置。該方法比較被動(dòng)且不實(shí)用。

2、滿足操舵習(xí)慣，保持轉(zhuǎn)舵速度不變，調(diào)節(jié)自動(dòng)舵3個(gè)參數(shù)，將舵角精度(誤差)稍微調(diào)大一點(diǎn)(原來設(shè)置的為0.3°)，最大不超過1°；將舵機(jī)速率適當(dāng)調(diào)大，步進(jìn)量適當(dāng)調(diào)小。

最終，通過3個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)，特別是將舵機(jī)速率參數(shù)調(diào)大，再次進(jìn)行雙泵隨動(dòng)及自動(dòng)模式下的操作驗(yàn)證，不再出現(xiàn)反復(fù)回調(diào)的現(xiàn)象，徹底根治了彈簧屢次發(fā)生斷裂的隱患。

該案例告誡我們，舵機(jī)系統(tǒng)的有些故障隱藏較深，其可能出現(xiàn)在與自動(dòng)舵協(xié)同作業(yè)的特定過程中。因此，相關(guān)從業(yè)人員一定要加強(qiáng)機(jī)電綜合知識(shí)的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，將舵機(jī)故障隱患消滅在萌芽之中，確保船舶的航行安全。