一次舵机故障的修理及原因分析.doc

一次舵机故障的修理及原因分析
某轮系1985年建造于上海江南船厂的散货船。舵机是泵控型电液舵机，主油泵为两台国产250CCY14-1型轴向柱塞变向变量泵，每台主泵同轴带一台定向齿轮泵作为辅油泵。
下图是本船舵机液压系统原理图。

舵机转舵原理为：辅油泵提供压力油，经过三位四通电磁阀将压力油输送到操舵伺服油缸，伺服油缸位移带动主油泵变向变量机构动作，使主油泵输出压力油推动转舵油缸的柱塞，从而实现转舵。舵转到需要的舵角时，通过三点式杠杆反馈机构使主油泵变量活塞回至零位，斜盘回到零位，主油泵停止供油，转舵停止。三点式杠杆反馈机构设置储能弹簧，使小舵角操纵时能够达到最大的转舵速度。
辅油泵的功能主要有三点：
1. 提供压力油推动主油泵的变量活塞移动；
2. 提供压力油推动操舵伺服油缸移动；
3. 为主油泵供油。
本轮舵机两台主油泵的变向变量机构由一根连杆连接，当使用一台主油泵时，该主泵同轴连接的辅泵输出的压力油，通过设计好的油路（图上虚线部分）可到达另一台主泵的变量机构。即是当一台主泵运行时，另一台未运行的主油泵，其变量机构也同步运行。
从以上原理可以看出，本船舵机可单独使用任意一台油泵，也可同时使用两台油泵操舵，以加快转舵速度。可同时使用2组转舵油缸，以增加转舵扭矩。当某个油缸有问题时，通过阀O、P、C的转换，可单独使用一组油缸。该舵机的设计考虑了任何工况下的工作可靠性，是国内设计生产的一款经典舵机。
但是当一台主油泵出现问题时，将会误导对故障原因的分析，使修理走弯路。
本人有一次在该轮任轮机长，某航次舵机出现故障，表现为：转舵速度慢，冲舵（转到所需舵角时继续转舵，然后缓慢回到所需舵角），操舵伺服油缸漏油。换用不同的主油泵，以及将操舵位置转到舵机房操舵，故障现象依旧。
针对上述故障现象，不管使用哪台油泵，都出现同样的故障，因此重点查找共享的部分。
检查辅油泵输出的油压，正常。
仔细查看舵机动作，发现操舵伺服油缸动作慢，三点式反馈机构的储能弹簧总是被压缩，初步判断为杠杆追随机构阻力大，侍服油缸动作没有拉动油泵变量阀芯，而是先把储能弹簧压缩了，造成转舵慢，并冲舵。再看三点式杠杆，有上拱变形，且连接副有摩擦，阻力增大。
根据上面的检查结果，认为是杠杆变形导致伺服油缸阻力增加。因此将杠杆拆下换用新的杠杆，调整高度，消除各摩擦阻力，操舵试验，情况有所好转，但故障依旧。
拆检液压系统上的各减压阀、溢流阀、液控单向阀、三位四通电磁阀、单向节流阀等阀件，都正常。故障仍未能消除。
所有共享部位都检查后，未能找出故障原因所在，最后把目标放在主油泵上。
使用任意一台主油泵都出现同样的故障现象，似乎两台主油泵都有问题。但两台主油泵同时出现故障是不可能的。因此把两台主油泵的变量伺服阀芯拉杆从共享的连杆中脱离，逐一检查。
开1#主油泵（左泵），手动推拉伺服阀芯拉杆，拉（推）动很小的位置后即不能拉（推）动，要用大力才能继续拉（推）动该拉杆，然后舵机缓慢转动。而开2#主油泵，人力能自如拉动伺服阀芯拉杆，正常转舵。
故障出在1#主油泵上。船上有备用的同型号油泵，更换该主油泵后，上述所有舵机故障现象消除。
解决舵机故障后，本人对此次故障原因进了仔细分析，详细查看250CCY14-1型油泵的变量机构原理，以及本轮舵机的杠杆式反馈机构动作原理，先前的疑惑才一一解开。
250CCY14-1型油泵变向变量机构，由斜盘、变量头、变量壳体、差压式变量活塞、伺服阀芯、拉杆等组成。
下图为250CCY14-1型轴向柱塞变量泵剖视图。

主油泵变量机构动作原理是：
1． 零位
辅泵压力油经油管接到变量机构的下法兰，进入差压活塞的小活塞腔室a，伺服阀芯在中间位置，差压活塞的大活塞泄油孔关闭，差压活塞两端形成液力平衡，变量活塞静止，斜盘处于零位，主油泵无压力油输出。
2． 拉动伺服阀芯
拉动伺服阀芯拉杆时，差压活塞的大活塞腔室c内的油通过泄油孔释放，压力油仅作用在小活塞腔室a上，从而使变量活塞从小腔室到大腔室方向移动，拉动变量斜盘转动一个角度，主泵输出压力油，推动舵机油缸转舵。
3． 推动伺服阀芯
推动伺服阀芯拉杆时，差动变量活塞大端泄油孔关闭，辅泵压力油不仅作用在小活塞腔室a内，同时通过油孔b进入大活塞腔室c，压力油同时作用在大小腔室内，由于压力油作用在变量活塞上的面积不同，变量活塞从大腔室到小腔室方向移动，推动斜盘向另一个方向转动，主油泵输出压力油，推动舵机油缸向另一个方向转舵。
斜盘转动的方向及角度不同，从而实现油泵的变向变量功能。
当油泵使用时间长以后，由于磨损、变形等原因，伺服阀芯与变量活塞之间的配合以及变量活塞与变量壳体间的配合间隙超标，造成辅泵提供的压力油泄漏，不能正常推动变量活塞移动。伺服阀芯拉动很小的一个位置后，即顶到了变量活塞上。伺服阀芯顶到变量活塞时，靠伺服油缸的推力继续顶动变量活塞，斜盘转动一个小的角度，输出油压使舵缓慢转动。此时操舵的阻力大大增加，造成伺服油缸漏油。反馈机构的杠杆也因为这种阻力增加造成变形。而这种阻力也使到伺服阀芯拉杆与三点式杠杆连接点变成了一个支点，使储能弹簧压缩，造成冲舵现象。
另外，由于液压油有杂质，堵塞泄油孔或进油孔时，也会造成舵机同样的故障现象。
更由于上述说到的两台油泵的伺服阀芯是连接在同一根连杆上，当一台泵的变量活塞不能正常动作时，使用另一台泵也会出现同样的问题，即故障泵的变量活塞不能正常移动，正常泵的伺服阀芯因通过连杆与故障泵伺服阀芯相连，正常泵的变量活塞也不能正常移动，从而产生同样的故障现象。
本船的舵机构造，使本人对这次舵机出现故障时，分析查找故障原因走了不少弯路，加大了船员维修工作量，增加了修理时间，付出了一定的代价。
通过本次的舵机故障，本人对以前在教科书上介绍的轴向柱塞泵的变向机构动作原理、三点式杠杆追随机构动作原理有了更深的了解认识。并在修理过程中，对于两台油泵的零位调整、共享的连杆长度的调整、储能弹簧预紧长度的调整进行了深刻的探究，使本人在这些方面的操作能力有了很大的提高。