彭亮亮

（中國船級社浙江分社，浙江 寧波 315000 ）

液壓舵機通常就是指液壓動力轉舵系統，是操舵裝置的重要組成部分，作為轉舵執(zhí)行機構，常規(guī)的結構形式有拔叉式、擺缸式和轉葉式，結構組成主要包括轉舵機構、動力設備及輔助管路附件。舵機出廠檢驗時，通常只進行轉舵功能性試驗，實船上再與操舵裝置控制系統、監(jiān)測/顯示報警系統和舵角指示系統組裝，進行系泊試驗和航行試驗，為避免實船安裝不到位或試驗/使用后才暴露出轉舵系統的問題，本文將以拔叉式液壓舵機為例，從產品制造、試驗和安裝三方面進行分析，具體如下：

1 制造過程關鍵點的控制

1.1 制造廠能力評估

搞清楚制造廠生產流程和特點是準確進行能力評估的前提，液壓舵機制造廠通常只生產轉舵機構和液壓動力裝置，在工廠自制的試驗臺架上進行功能試驗，具有以下主要特點：①外購原材料和零部件，自制油缸；②零部件熱處理、表面處理外協；③無材料理化試驗和無損檢測能力，委托第三方進行；④在工廠試驗平臺上進行加載試驗，連接管路、操控與報警系統都是試驗臺專用，限位器的安裝、舵機底座安裝方式都可能與實船不同。

因此，對認可工廠的制造能力評估應特別注意：①合格供方清單及控制方式，是否滿足我社規(guī)范對舵機的持證要求；②生產工藝、檢驗規(guī)程的完整性，應覆蓋整個生產過程，包括外協工序。③重要原材料的驗收要求，如自制油缸的原材料，工廠必須建立的原材料驗收程序中，應包括對缸體、柱塞、銷軸等主要受力零部件材料的復驗要求，一般包括理化試驗和無損探傷，特別是進行熱處理時，必須重新檢測。④焊接工藝和焊工的認可范圍應能覆蓋到承壓殼體、管路及其支承結構。施焊環(huán)境（包括工裝）應能確保這些關鍵部件的焊接質量。⑤理化試驗委托我社認可機構或權威機構，特別注意取樣時應經驗船師確認材料標識與質保書的一致性，當委托權威機構時，還需要見證全部試驗。⑥無損檢測都選擇認可機構，當制造廠自己實施時，能力評估應包括操作人員資質，以及程序文件、工藝文件等是否納入質量體系控制范圍。⑦模擬加載試驗臺架的能力和完整性，轉舵能力一般參照CB/T3130《液壓舵機試驗方法》進行評估，需要特別注意與舵機進行聯調的控制系統和報警系統功能的完整性。

1.2 舵機質量控制

拔叉式液壓舵機，質量控制的核心就是油缸（見圖1）的質量，控制點包括原材料、加工、焊接、裝配精度。

圖1 油缸裝配圖

首先是原材料的控制。根據《鋼質海船入級規(guī)范》第3 篇第13 章第1 節(jié)，操舵裝置的受力部件應為鋼質或其他的韌性材料制成，通常材料的延長率不小于12%，抗拉強度不超過650mm/N2,材料復查和復驗時應注意該性能要求。此外，容易出錯的還有缸體的材料標準GBT8162 和GBT8163 的選擇錯誤（見圖2），由于兩者性能指標不同、用途不同，不能混淆，差異對比見表1。

表1 GBT8162 與GBT8163 對比

圖2 擬用于制造舵機油缸的無縫鋼管標準選擇錯誤

再者就是缸體上的焊接，包括悶頭與缸體的焊接、套環(huán)與缸體的焊接，以及缸體上進出油口、壓力座、放油塞的焊接。承壓和傳遞機械負荷位置的焊接都應考慮全焊透，并通過無損檢測和液壓試驗予以驗證。圖3 是有設計缺陷的節(jié)點圖，不僅悶頭、壓力座與缸體未設計成全焊透形式，而且兩條焊縫的位置重合，容易造成或擴大焊接應力，圖4 是優(yōu)化后的焊接節(jié)點，能夠有效解決承壓位置的焊接質量和減少焊接應力。

圖3 焊接節(jié)點圖

圖4 優(yōu)化后的焊接節(jié)點圖

此外，還應注意柱塞的結構形式，根據我社指南要求，柱塞的剪切和抗壓強度計算都是基于橫截面面積，因此，柱塞為實心圓鋼，而不是鋼管加悶頭焊接的結構形式（見圖5）。

圖5 鋼管加悶頭焊接的柱塞

還有就是裝配與精度控制，重點關注兩個油缸公共軸線的同軸度、柱塞銷軸安裝的垂直度、銷軸與柱塞間隙與貼合、滑塊與導板的間隙與貼合，避免精度超差，導致運動件受力不平衡、異常磨損，長此以往就可能導致舵機結構破壞等嚴重后果。此外，裝配完整性不能忽視，哪怕只是一顆螺絲釘，我社指導驗船師李寧在對韓通贏吉DWT38000 化學品船舵機損傷事故的分析中，就指出導致事故的直接原因就是下部滑塊螺栓未緊固，使用后逐漸松動，導致滑塊脫落。

圖6 滑塊緊固螺栓安裝圖和事故照片

1.3 液壓動力系統質量控制

液壓動力系統包括電機、液壓泵、管路、閥及附件、油箱和傳感器。首先，液壓管路、接頭、閥、法蘭和其他附件都應I 級管系的要求；安全閥的設置應覆蓋到每套動力源，開啟壓力不小于最大工作壓力的1.25 倍，其最小排量不低于可能通過這些閥排放的所有泵總容量的110%；隔離閥的安裝，對于非雙套設置的轉舵機構，都是將隔離閥直接裝在液壓缸體上，為確保各套動力系統間能有效轉換，可在隔離閥上安裝操作手柄（圖7）。

圖7 隔離閥操作手柄

此外，規(guī)范13.1.12.1 要求液壓泵應經過100 小時的持續(xù)試驗，因此，對液壓泵的持證要求不僅是要有產品證書，而且需要提供按舵機油泵要求進行的耐久試驗報告，否則不能用于舵機液壓動力系統，除非在舵機型式試驗時同步進行100 小時的耐久試驗。

最后，濾器、冷卻器、各類監(jiān)控報警用的傳感器的安裝應該完整，以便進行聯調試驗。特別注意冷卻器的配備，除非液壓油及液壓元器件的選擇給予了特別考慮，否則都應配備油冷卻器；對于不進行兩套動力裝置同時運轉工況的舵機，方能不設置液壓阻塞報警，此時也必須在產品證書和安裝使用說明書中明確。

2 試驗關鍵點的控制

為確保出廠試驗的準確性，初次認可時需要對試驗臺架進行評估，包括加載系統能力、控制系統、監(jiān)測報警、測試儀表等試驗設備的完整性，還應確保加載系統本身的可靠性和安全性。

試驗前，對舵機在試驗臺上的安裝檢查，除核查證書報告一致性和符合性外，還需特別注意小零部件是否安裝齊全，如傳感器、限位器、緊固螺絲，監(jiān)測報警的接線是否正確和完整。同時，還建議通過記錄審核和現場抽查的方式來確認制造工藝得到有效落實，因為從很多舵機案例來看，很多都是歸結于小零件失效，或工藝執(zhí)行不到位導致零件損壞所致。

試驗過程中，一般首先對液壓動力系統進行測試，確保動力系統的電機、油泵、管路及閥件等附件無異常，并通過模擬試驗確認監(jiān)測報警點能正常工作。進行轉舵機構轉舵能力和功能測試時，試驗項目從空載開始，逐級加載至額定負載，測試中詳細記錄試驗數據，包括舵角、轉舵時間、油壓、輸出扭矩、電機功率、油溫，以及轉舵機構工作狀況，是否存在異常等。對于安全閥開啟、報警隔離與轉換等功能試驗時均需要進行多次試驗，以驗證功能穩(wěn)定性，一般不少于三次。

3 實船安裝關鍵點的控制

舵機實船安裝，涉及整個操舵裝置，包括舵機、操舵裝置控制系統、監(jiān)測/顯示及報警系統、舵角指示系統的互聯互通。因此，我們不僅應關注舵機油缸、舵柄、液壓管路等主要受壓、受力部件的安全及在船上是否正確安裝，也要關注操舵裝置的其他設備是否正確安裝，聯動功能是否能正常工作。

近年來，出現的船舶失舵、擱淺、碰撞案例，都與操舵裝置未能正確安裝有關如：

（1）電氣舵角指示系統供電連接、安裝位置及數量不正確，如圖8， 該類型液壓舵機，由于機械舵角都是采用刻度尺固定在油缸上，就地操舵人員觀察會受影響，故實船安裝時，都需要在操舵人員的正前方安裝電舵角指示器。

圖8 舵機艙舵角指示器未安裝在操舵人員正前方

（2）限位舵角行程開關的安裝位置及數量不正確，如圖9，兩套行程開關安裝在相鄰位置，一般應調整在水平和垂直位置上，避免相互干擾影響，此外，選擇限位器時還應考慮到當該開關輸出不起作用時，不會在轉舵機構運行到機械限位舵角過程中被破壞，即不能卡住活動部件。①連接螺栓防松措施未安裝；②電磁閥/電液換向閥系由直流電控制時，船上該電磁閥/電液換向閥的電源電壓過低；

圖9 行程限位器安裝位置缺陷

而且從這些案例的分析結果看出，發(fā)生事故的原因主要是由于小零件未按要求正確安裝所致。這些問題短時間內不會影響操舵裝置的正常使用，即使在船舶系泊試驗、航行試驗中可能很難發(fā)現這些問題，因此，需要舵機生產廠根據其舵機設計特點，不僅要提供操作使用說明書，還應根據船舶設計特點給出操舵裝置安裝復查要點，以便于船員、驗船師核查。一般包括：①舵機的適用條件、功能特點；②各螺栓連接的防松措施的要求；③限位舵角行程開關的設置（包括行程開關的數量及位置）；④電氣舵角指示系統供電連接、安裝位置及數量；⑤機械舵角指示器設置的位置；⑥配用電磁閥/電液換向閥規(guī)格型號、公稱流量或通徑、公稱壓力、控制電源要求。如為直流電磁閥/電液換向閥，其電壓范圍要求；⑦液壓油柜的安裝高度要求（如液壓泵不與油箱整體安裝）；⑧推薦的液壓油型號及適用溫度范圍；⑨舵機制造廠認為需要關注的其他要求，如密封圈使用壽命。

4 結論

綜上所述，液壓舵機作為操舵裝置的重要組成部分，產品質量的可靠性和穩(wěn)定性不僅需要從原材料、機加工、焊接與裝配、試驗層層把關，也需要注意工藝的精細設計與落實，還需要注意實船安裝復查，以及與操舵裝置其他組成部分的聯調測試，確保整個操舵系統互聯互通，操舵、報警、隔離、轉換動作協同一致。