代 軍，談祥春

（1.海裝上海局駐寧波地區(qū)軍事代表室，浙江 舟山 316000；2.浙江凱靈船廠，浙江 舟山 316000）

0 引言

舵裝置是用舵使船在航行中保持所需航向、改變原來航向或進(jìn)行旋回運(yùn)動的有關(guān)裝置的總稱。主要由舵、舵機(jī)及轉(zhuǎn)舵裝置、操舵裝置等設(shè)備組成，分別安裝在船尾下部、舵機(jī)艙和駕駛室。船舶航行時，通過操舵裝置轉(zhuǎn)動舵葉，使水流在舵葉上產(chǎn)生橫向作用力，為船舶提供回轉(zhuǎn)力矩，從而保持或改變船舶的航向[1]。

某船在進(jìn)廠修理過程中發(fā)現(xiàn)舵裝置左右舵葉與舵角指示器機(jī)械零位存在偏差，無法同時調(diào)至零位，存在舵角指示器在零位時，左右舵葉從船尾方向看呈外八字現(xiàn)象。本文分析該故障產(chǎn)生的原因，針對性地提出了排故方案，經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證，故障得以解決，可為同類型舵裝置的故障排除提供參考。

1 某船舵裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 舵裝置結(jié)構(gòu)

該舵裝置配有2只半均衡懸掛流線型舵及1臺往復(fù)柱塞式電動液壓舵機(jī)。其機(jī)械部分由舵機(jī)推舵機(jī)構(gòu)、舵機(jī)液壓系統(tǒng)、自動隔離轉(zhuǎn)換裝置、舵角限位裝置、舵葉、舵桿、舵柄、上舵承、下舵承座、下舵承本體以及下舵承襯套等組成[2]，電氣部分由自動舵主操縱臺、簡易操縱臺、接線箱、反饋機(jī)構(gòu)、啟動箱、電力拖動控制箱等組成。其中舵?zhèn)鲃友b置（即舵機(jī)推舵機(jī)構(gòu)）如圖1所示。

圖1 舵?zhèn)鲃友b置

1.2 舵裝置舵系工作原理

當(dāng)控制系統(tǒng)把舵機(jī)操縱臺發(fā)出的操舵信號傳遞給舵機(jī)，舵機(jī)柱塞運(yùn)動通過連桿帶動舵葉轉(zhuǎn)動，舵上產(chǎn)生的水動力的合力在垂直于船體中心線的方向上的分力相對于船全舯中面形成了轉(zhuǎn)船力矩，使船舶改變航向；同時舵角反饋機(jī)構(gòu)將實(shí)際舵葉轉(zhuǎn)舵角反饋給控制系統(tǒng)，當(dāng)舵葉轉(zhuǎn)到給定舵角時自動停止，從而保證實(shí)際舵角與指令舵角的一致性[3]。

1.3 舵裝置舵機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理

舵機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 舵機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

該舵機(jī)液壓系統(tǒng)主要由推舵主回路、輔助補(bǔ)油回路、變量泵伺服回路組成。主泵與柱塞油缸組成泵控閉式推舵主回路，控制推舵機(jī)構(gòu)的運(yùn)動；輔助補(bǔ)油回路一方面對油缸自動隔離轉(zhuǎn)換裝置提供先導(dǎo)控制油，另一方面為主泵閉式回路補(bǔ)充液壓油和對主泵殼體進(jìn)行潤滑、冷卻；變量泵伺服回路用來控制主泵變量伺服機(jī)構(gòu)活塞，伺服活塞偏離零位的方向和位移變化改變主泵輸出油液的方向和流量，主泵輸出油液控制柱塞缸運(yùn)動方向，從而達(dá)到控制操舵的方向[4]。舵機(jī)設(shè)有2套獨(dú)立動力源，依據(jù)GJB6850.170-2009和CB/T3130-1998，每套動力源需保證舵葉從一舷35°到另一舷30°的轉(zhuǎn)舵時間不大于28 s，這2套動力源可單獨(dú)啟動工作，這時另一套動力源作為備用，亦可同時工作，這時需保證舵葉從一舷35°到另一舷30°的轉(zhuǎn)舵時間不大于14 s。

2 故障現(xiàn)象分析與排除

2.1 故障現(xiàn)象

某船舵裝置在塢內(nèi)檢修時發(fā)現(xiàn)左右舵葉與舵角指示器無法同時達(dá)到機(jī)械零位，當(dāng)左舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器右偏約1°；當(dāng)右舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器左偏約0.5°，即舵角指示器在零位時，左右2只舵葉從船尾看呈外八字狀態(tài)，依據(jù)HJB137-95該舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第6.2條，舵葉實(shí)際位置應(yīng)與機(jī)械舵角指示器的位置一致，0°時無偏差，其他位置偏差不得超過0.5°。

2.2 原因分析

針對上述故障現(xiàn)象，對引起舵裝置左右舵葉與舵角指示器無法同時達(dá)到機(jī)械零位的可能原因進(jìn)行分析，主要有：1）舵桿扭曲變形，舵葉方向隨之變化 ；2）舵桿、舵葉安裝時舵角沒有對準(zhǔn)零位 ；3）舵角指示器發(fā)生故障，指示不準(zhǔn)；4）船體舵機(jī)艙底部鋼板局部變形。

分別對上述可能原因進(jìn)行分析和排查：

1）舵桿扭曲變形排查。根據(jù)該船修理技術(shù)方案要求，舵裝置修理需拆卸舵葉、舵桿，檢查舵桿直線度、扭轉(zhuǎn)變形以及表面磨損銹蝕情況。在經(jīng)過舵葉及舵桿拆檢清潔后，發(fā)現(xiàn)舵桿表面腐蝕較為嚴(yán)重，遂將其表面進(jìn)行拋光、探傷，并通過焊補(bǔ)技術(shù)對舵桿表面腐蝕部位進(jìn)行激光堆焊修復(fù)及光車處理，同時依據(jù)HJB137-95，該舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第4.3.1要求，測量加工后的舵桿工作軸頸跳動量，具體情況如表1所示。

表1 舵桿工作軸頸跳動量

可以看出，測得的舵桿工作軸頸跳動量基本在0.03～0.04 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，說明舵桿無扭曲變形。

2）舵桿、舵葉安裝時對準(zhǔn)零位排查。根據(jù)舵裝置檢修工藝要求進(jìn)行，每一道工序均由工廠質(zhì)量檢驗(yàn)人員、船方駐修人員和第三方質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場核驗(yàn)，確認(rèn)無誤后，方可進(jìn)入下一道工序，根據(jù)現(xiàn)場安裝和檢驗(yàn)記錄，舵葉、舵桿安裝均對準(zhǔn)零位，符合相關(guān)要求。

3）舵角指示器故障排查。對舵角指示器電源、保險、發(fā)訊器齒輪間隙以及收發(fā)訊器連接線路等進(jìn)行檢查，并以機(jī)械零位為準(zhǔn)，對舵角指示器進(jìn)行相應(yīng)的檢查調(diào)整，發(fā)現(xiàn)舵角指示器指示正常。

4）船體舵機(jī)艙底部鋼板局部變形排查。根據(jù)船方反饋，左右舵葉與舵角指示器無法同時達(dá)到機(jī)械零位。此外，考慮到該船目前已經(jīng)達(dá)到使用設(shè)計壽命，該船舵機(jī)艙底部鋼板可能存在輕微擠壓變形，使得舵機(jī)基座產(chǎn)生一定位移，從而導(dǎo)致左右舵葉與舵角指示器無法同時達(dá)到機(jī)械零位，只能通過其他方法調(diào)整左右舵葉與舵角指示器的機(jī)械零位。

通過測量推舵機(jī)構(gòu)左右轉(zhuǎn)向拉桿、舵柄中心距的長度以及舵柄小端銅套厚度、直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)并計算，得出如下結(jié)果：

1）當(dāng)左舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器指針指示在中心靠右約1°位置（即右偏約1°），相當(dāng)于左舵柄向右偏1°，此時若要求舵角指示器與左舵葉都在機(jī)械零位，需將左轉(zhuǎn)向拉桿中心距縮短距離a（見圖3）。已知舵柄兩端中心距為500 mm，通過以下計算公式：

圖3 左舵柄

得出：a=500sin1°/cos1°≈8.73 mm，即左轉(zhuǎn)向拉桿中心距需加長長度約為8.73 mm。

2）當(dāng)右舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器指針指示在中心靠左約0.5°位置（即左偏約0.5°），相當(dāng)于右舵柄向左偏0.5°，此時若要求舵角指示器與左舵葉都在零位，需將右轉(zhuǎn)向拉桿中心距縮短距離b（見圖4）。已知舵柄兩端中心距為500 mm，通過以下計算公式：

圖4 右舵柄

得出：b=500sin0.5°/cos0.5°≈4.36 mm，即右轉(zhuǎn)向拉桿中心距加長長度約為4.36 mm。

綜上，基本可以判定目前該船因舵機(jī)艙底部鋼板局部擠壓變形，導(dǎo)致基座移位，從而使得左、右轉(zhuǎn)向拉桿長度偏長使舵角指示器零位時舵葉呈外八字狀態(tài)，從而引起左右舵葉與舵角指示器不能同時在零位。

2.3 解決措施

左、右轉(zhuǎn)向拉桿中心距縮短可以通過2種方法解決：1）縮短拉桿；2）加工偏心舵柄小端銅套。由于轉(zhuǎn)向拉桿具有一定強(qiáng)度要求，其縮短需要從拉桿中間局部割除部分后重新焊接，采用此方法無法確保轉(zhuǎn)向拉桿焊接后符合原強(qiáng)度要求，存在一定風(fēng)險。而采用加工調(diào)整舵柄小端銅套為偏心銅套的方式校正零位偏差較為穩(wěn)妥，也比較常用。

根據(jù)上述計算要求，左舵柄銅套需向左舷偏心不超過8.73 mm，右舵柄銅套需向右舷偏心不超過4.36 mm，而原舵柄銅套厚度約10 mm。綜合考慮原銅套設(shè)計厚度并參考HJB137-95，該船舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中第4.3.7條，“舵桿銅套的更換厚度為0.4倍的原設(shè)計厚度”的要求，則計劃采用與原銅套材質(zhì)一致的錫青銅作為材料，重新加工2只偏心舵柄小端銅套，其中左邊銅套向左舷偏心5 mm（即外側(cè)厚度減少至5 mm，內(nèi)側(cè)厚度增加至15 mm），右邊銅套向右舷偏心3 mm（即外側(cè)厚度減少至7 mm，內(nèi)側(cè)厚度增加至13 mm）,具體尺寸如圖5所示。

圖5 偏心舵柄銅套

2只加工后的偏心銅套雖單邊厚度減少，但仍有將近5 mm以上的厚度，其強(qiáng)度不影響使用。且通過使用偏心舵柄小端銅套，使得兩轉(zhuǎn)動拉桿的中心距與要求值接近，進(jìn)一步減小了舵葉零位偏差問題。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

采取以上檢修措施，舵裝置裝復(fù)后通過塢內(nèi)調(diào)試檢查，當(dāng)左舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器在零位；當(dāng)右舵葉橫剖面的中線與船舶中縱線之間的夾角為0°（即平行）時，舵角指示器在零位；左右舵葉與機(jī)械舵角指示器在0°～35°運(yùn)行時，兩者誤差均在0.5°內(nèi)，滿足HJB137-95中該船舵系修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第6.2條，“舵葉實(shí)際位置應(yīng)與機(jī)械舵角指示器的位置一致，0°時無偏差，其他位置偏差不得超過0.5°”的要求，且該船舵裝置根據(jù)系泊航行試驗(yàn)大綱及試驗(yàn)冊要求，順利完成了系泊和航行各試驗(yàn)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)舵時間等各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)符合規(guī)定要求。保修期間，經(jīng)船方反饋和工廠現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)該舵裝置再出現(xiàn)此故障。

3 結(jié)語

本文通過某船舵裝置機(jī)械零位調(diào)整故障排除總結(jié)，對舵裝置的功能、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行了進(jìn)一步的總結(jié)，分析了故障的表現(xiàn)形式、原因，提出了采用舵柄小端銅套借偏心的解決措施，對舵裝置同類型故障的分析與排除具有重要的參考意義。