安休茨標準12型羅經(jīng)的故障分析及維護保養(yǎng)

中國衛(wèi)星海上測控部 陽躍圖

安休茨標準12型羅經(jīng)的故障分析及維護保養(yǎng)

中國衛(wèi)星海上測控部 陽躍圖

主要講述安休茨標準12型羅經(jīng)的基本結(jié)構(gòu)，并結(jié)合實際工作分析故障產(chǎn)生的原因，提出維護保養(yǎng)的措施。

安休茨標準12型羅經(jīng)；羅經(jīng)陀螺球；結(jié)構(gòu)；誤差

一、概述

陀螺羅經(jīng)是利用陀螺儀的基本特性即定軸性和進動性，借助控制設(shè)備和阻尼設(shè)備，能自動找北指北并精確地跟蹤地球子午面的一種指向儀器。我船安裝的安休茨標準12型羅經(jīng)特點是：靈敏部分是一個雙轉(zhuǎn)子陀螺球，借助液體的浮力和輔助支撐力使其在支撐液體中呈自由懸浮狀態(tài)，采用降低球的重心的方法獲取控制力矩，液體阻尼器產(chǎn)生阻尼力矩。陀螺球包含兩個由三相電流驅(qū)動的陀螺儀，陀螺儀與地球轉(zhuǎn)動的復(fù)合影響一起，產(chǎn)生一個定向力，使陀螺球落于子午線上。跟蹤球像鐘擺一樣懸掛起來并環(huán)繞它的垂直軸安裝，通過一個電動驅(qū)動的跟蹤系統(tǒng)，它總是被保持在相對于陀螺球而言的同一個相對位置。

二、機械結(jié)構(gòu)

1.電羅經(jīng)系統(tǒng)的總體配置情況

安休茨標準12型羅經(jīng)由主羅經(jīng)、靜態(tài)變流器、接線盒、分配箱、航向記錄儀、分羅經(jīng)和報警單元等部分組成。安休茨標準12型羅經(jīng)的跟蹤系統(tǒng)包括電橋電路、平衡變壓器、磁放大器、伺服電機、齒輪、跟蹤球和跟蹤系統(tǒng)的通/斷開關(guān)。跟蹤球包含陀螺球，由上半部和下半部構(gòu)成，上下半部都有固定槽，上半部有法蘭盤。跟蹤球的上下兩個極點各自提供一個導(dǎo)電帽，將電流導(dǎo)入陀螺球，下部分帶有加熱的水泵裝置，支撐著起航向傳送作用的反向觸點（W1、W2）。隨動信號電壓經(jīng)信號電橋輸出端（W1、W2）輸出。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理

兩臺主羅經(jīng)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)互為備份，每臺主羅經(jīng)都有兩組航向發(fā)送器，共帶動20路用戶，其中B2發(fā)送器通過BH-1（2）和BH-2（1）兩個保護裝置箱帶動10路用戶，B3發(fā)送器通過BH-1（1）和BH-2（2）兩個保護裝置箱帶動10路用戶，總體配置情況如圖2所示。

圖2 羅經(jīng)同步系統(tǒng)總體配置

2.羅經(jīng)保護裝置箱

保護裝置箱共有4個：BH-1（1）和BH-2（1）位于海圖室，BH-1（2）和BH-2（2）位于羅經(jīng)機房。它們對分羅經(jīng)等同步儀器起保護作用，箱內(nèi)有10個結(jié)構(gòu)相同的保護裝置，可以串聯(lián)在10路分羅經(jīng)的同步線路中。當某一路同步電流過大時，保護裝置動作，使保護裝置箱面板上的紅燈發(fā)光報警，同時自動切斷該路同步線路，保護該路負載免于燒毀，也避免整個同步線路受其影響。

附屬設(shè)備主要包括電源系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和信息指示控制系統(tǒng)。其中電源系統(tǒng)主要由過電流保護開關(guān)、電磁保護開關(guān)（繼電器）等組成，由船電220 V/50 Hz輸進，經(jīng)過靜態(tài)變流器分出55 V/400 Hz供給陀螺和水泵，115 V/400 Hz供給磁放大器，50 V/50 Hz供給同步發(fā)送器，25 V/400 Hz供給信號電壓、溫度過高指示，照明是50 V/50 Hz。

隨動系統(tǒng)由隨動球、蜘蛛架、中心導(dǎo)桿、水密接線盒、方位齒輪及方位刻度盤組成。隨動系統(tǒng)的工作原理為：船舵向→隨動球與陀螺球失配→信號電橋產(chǎn)生隨動信號→晶體管將隨動信號放大→驅(qū)動方位電機轉(zhuǎn)動→經(jīng)齒輪傳動→帶動隨動球和航向刻度盤轉(zhuǎn)動→直至恢復(fù)隨動球原始位置→信號電橋平衡→隨動電壓為零→方位電機停轉(zhuǎn)。

三、故障分析

我船羅經(jīng)由于使用年限較久，一些電氣元件老化變質(zhì)，機械部件磨損及變形，頻繁出現(xiàn)一些故障，常見的查找故障方法如下。

1.溫控系統(tǒng)故障

檢查支撐液體工作溫度，如果不正常，首先，檢查羅經(jīng)機房溫度是否過高（一般是不會），應(yīng)開啟旁邊的通風機。其次，有可能是電風扇不工作或者是被卡住、損害，要檢查電風扇電源電路。另外，也有可能是儲液缸的散熱片灰塵太厚，影響散熱功能，應(yīng)及時清潔散熱片。我船兩臺主羅經(jīng)溫控系統(tǒng)出現(xiàn)過不少故障。例如：

2007年9月18日，1#電羅經(jīng)出現(xiàn)溫控報警現(xiàn)象，經(jīng)查是溫控線路板出現(xiàn)故障，隨后更新隨動系統(tǒng)的液缸、液體及溫控系統(tǒng)和水泵，開機3 h后，主羅經(jīng)指北，穩(wěn)定工作正常。

2007年9月25日，在江南廠修船時，1#電羅經(jīng)啟動后，風扇很快啟動，經(jīng)拆開主羅經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，在通電情況下，溫控報警系統(tǒng)有5 V左右電壓，造成報警燈常亮，斷電檢測阻值，有10 kΩ以上電阻（正常電阻為無窮大，只有溫度上升至57 ℃時才導(dǎo)通），說明是溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

2007年10月29日，發(fā)現(xiàn)2#主羅經(jīng)在帶動所有分羅經(jīng)工作時兩次運轉(zhuǎn)不動、偶爾跳10°的現(xiàn)象，經(jīng)檢查是由于分羅經(jīng)卡住不動引起的。逐步檢查各分羅經(jīng)后發(fā)現(xiàn)是通信部門的分羅經(jīng)因卡住運轉(zhuǎn)不暢引起所有分羅經(jīng)不能正常運轉(zhuǎn)工作，進一步檢查發(fā)現(xiàn)連接裝置斷裂，只能暫時拉掉該路。

2.羅經(jīng)液出現(xiàn)不正常現(xiàn)象

檢查支撐液面是否正常，液面低于正常值時，應(yīng)加液體到正常液面。在正常溫度下，測量錐孔的光環(huán)清晰可見，這說明液位太低，可以利用注射器注入液體。

檢查支撐液面，如在透明蓋內(nèi)兩條紅圈刻度之間就表示正常，檢查液體密度、導(dǎo)電率、球的高度（液溫52 ℃）是否正常。放入測量桿，測量桿面與透明蓋之間的距離應(yīng)為1～2 mm，如果液面過低，可能會引起不穩(wěn)定誤差。如2002年10月份電羅經(jīng)存在不穩(wěn)定誤差，左舷分羅經(jīng)與掛式分羅經(jīng)也存在著固定誤差，檢測主羅經(jīng)液體時，發(fā)現(xiàn)液面基本正常，但在做測試時羅經(jīng)漂移大約5°，在重新調(diào)整球高后，羅經(jīng)基本穩(wěn)定。在做分羅經(jīng)跟蹤測試時，分羅經(jīng)也能同步跟蹤，工作正常。

綜合以上兩點，得出結(jié)論為陀螺球高度位置不正常會產(chǎn)生不定誤差。陀螺球是羅經(jīng)的靈敏部分，工作時必須保持其繞水平軸和垂直軸自由旋轉(zhuǎn)的良好狀態(tài)，當液體溫度、比重和液面正常時，陀螺球在跟蹤球內(nèi)的位置正確；當陀螺球高度位置與正常位置相差較大時，陀螺球底部（頂部）已與跟蹤球內(nèi)殼接觸，當船舶轉(zhuǎn)向時，陀螺球與跟蹤球之間會產(chǎn)生摩擦力，影響陀螺球指北的穩(wěn)定性。誤差大小與轉(zhuǎn)向速度、轉(zhuǎn)向幅度、轉(zhuǎn)向方向以及陀螺球與跟蹤球接觸的程度有關(guān)。

相關(guān)的措施：應(yīng)檢查支撐液體的比重和溫度值是否正常，并采取相應(yīng)措施，使陀螺球高度恢復(fù)正常。注意檢查溫度控制系統(tǒng)的控制元件工作狀態(tài)是否正常，如電風扇、水泵。我船羅經(jīng)使用時間較長，當出現(xiàn)航向不正常時，還應(yīng)檢查跟蹤球內(nèi)殼涂的石墨電極是否出現(xiàn)凸起現(xiàn)象，若凸起過大，在船舶轉(zhuǎn)向時，跟蹤球的凸起部分可能與陀螺球接觸而使羅經(jīng)產(chǎn)生不定誤差。陀螺球高度位置不對，還有可能是由于其內(nèi)漏進支撐液體，使陀螺球的重量加大，原有的支撐液體浮力不能使陀螺球位置保持正常。另外，也可能是陀螺球內(nèi)的電磁上托線圈斷路，失去了通電后產(chǎn)生的磁場托力作用導(dǎo)致陀螺球與跟蹤球接觸，產(chǎn)生不定誤差。

如陀螺馬達轉(zhuǎn)聲不正常，可用耳朵貼在羅經(jīng)桌上，判斷聲音是不是清晰的“嗡嗡”聲。陀螺球傾斜嚴重，應(yīng)檢查其電流電壓值。若羅經(jīng)有30°的固定誤差，則說明球內(nèi)有一轉(zhuǎn)子不工作。

3.檢查陀螺球及同步發(fā)送器的電壓

造成電壓不正常的原因可能是陀螺球損壞或支撐液體比重和陀螺球高度不正常。

4.檢查陀螺球的電流（0.6～1.1 A）

陀螺球電流過大或航向誤差很大，說明可能是陀螺球損壞；電流太低可能是支撐液體的比重不正常，應(yīng)校正液體的比重。

5.檢查隨動系統(tǒng)的靈敏度

若靈敏度不夠，隨動系統(tǒng)出現(xiàn)緩慢或偶然性的停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，大部分是機械故障，也可能是隨動電橋電路斷路出現(xiàn)故障，放大器損壞，應(yīng)檢查電子管的電壓是否正常。

啟動電壓決定于方位齒輪是否易于轉(zhuǎn)動和所接分羅經(jīng)的數(shù)目及其轉(zhuǎn)動情況。

6.匹配系統(tǒng)故障

（1）故障1

在一次正常主分羅經(jīng)校正時，發(fā)現(xiàn)左舷分羅經(jīng) 與掛式分羅經(jīng)存在固定誤差，用萬用表量其阻值，阻值不正常，經(jīng)更改信號繞組接線，重新跟蹤，使其與操舵分羅經(jīng)及主羅經(jīng)重新一致。

（2）故障2

有一次，船舶轉(zhuǎn)向時，發(fā)現(xiàn)分羅經(jīng)刻度盤左右抖動。同步轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

故障：在2008年小修出廠時，當船舶大角度轉(zhuǎn)向時，出現(xiàn)分羅經(jīng)與主羅經(jīng)失步，分羅經(jīng)刻度盤左右抖動。后檢查發(fā)現(xiàn)B3發(fā)送器這一路同步系統(tǒng)的接收器同步繞組不平衡（檢查裝置箱的S1、S2、S3阻值不等），B2發(fā)送器這一路同步系統(tǒng)正常，檢查分羅經(jīng)正常，檢查各分羅經(jīng)的熱繼電器發(fā)現(xiàn)3個有開路，影響整個同步系統(tǒng)。

分析：根據(jù)自整角機的工作原理，當整步繞組有一相斷路時，發(fā)送機的軸轉(zhuǎn)角θ1從0°～360°轉(zhuǎn)一周，而接收機的軸轉(zhuǎn)角θ2只在某一區(qū)間擺動，失調(diào)角（δ＝θ1－θ2）不會為零，從而無法同步。因此，熱繼電器有一相開路導(dǎo)致缺少一路同步信號，發(fā)送器在執(zhí)行電機的驅(qū)動下連續(xù)轉(zhuǎn)動，但接收器只能以大約1/3角度來回抖動。

主羅經(jīng)跟蹤部分的某些部件如方位電機、傳動齒輪、羅經(jīng)刻度盤等處，會出現(xiàn)接觸不正?；蚰Σ亮^大現(xiàn)象。在船舶不動時，主羅經(jīng)與分羅經(jīng)刻度盤指向基本能保持一致；但當船快速轉(zhuǎn)向或頻繁轉(zhuǎn)向時，由于跟蹤部分不能始終與陀螺球相對位置保持一致，使得主羅經(jīng)及分羅經(jīng)刻度盤指向與陀螺球指向不一致。

（3）故障3

2008年9月，2#羅經(jīng)出現(xiàn)卡盤、羅盤不轉(zhuǎn)現(xiàn)象，陀螺球轉(zhuǎn)動聲音過大，響個不停，主羅經(jīng)與全船所有分羅經(jīng)失去匹配。原因分析：①分羅經(jīng)負載加重，主羅經(jīng)轉(zhuǎn)動困難。②陀螺球液位過高或過低引起電流變化，導(dǎo)致陀螺球不能正常工作。

針對故障采取的措施：將2#主羅經(jīng)切換成1#主羅經(jīng)，方位提供正常，之后2#羅經(jīng)又恢復(fù)正常工作狀態(tài)。然后，再將1#羅經(jīng)切換為2#羅經(jīng)，2#羅經(jīng)并沒有出現(xiàn)卡盤現(xiàn)象，輸出信號和分羅經(jīng)正常。

四、維護保養(yǎng)

（1）每年清潔一次陀螺球和隨動球的有關(guān)電極，更換水泵電機墊片，更換電羅經(jīng)支撐液體。

（2）要保持羅經(jīng)機房的清潔通風，平時要用柔軟的抹布擦拭設(shè)備。

（3）應(yīng)定期做好液體的測試工作，發(fā)現(xiàn)液面偏低時應(yīng)該及時加注，比重偏低時加注少許甘油，導(dǎo)電率偏低時，應(yīng)更換液體。

（4）按照操作規(guī)程開關(guān)機，避免誤操作，按照時間段跟蹤。

（5）做好齒輪的清潔潤滑，必要時加注潤滑油。

（6）定期對隨動球密封圈及塑料墊圈進行更換。防止老化、液體滲漏和墊圈磨損出現(xiàn)誤差。

（7）在更換液體時要對儲液缸部分進行清潔，慎防將水弄進水泵電機，更換液體后要測試球的高度。

（8）每月打開箱蓋，斷開隨動開關(guān)，用20 Ω/V萬用表測量電源電壓（測B18～B17、B7.8～B7.2）。參考值：（73±4） V、400 Hz，陀螺馬達啟動電流：測隨動球上的R3電阻應(yīng)為（370±50）mΩ，工作電流應(yīng)為（200±40）mA。

[1]江德潘.電航儀器[M].2版.北京:人民交通出版社,1993.

Failure analysis and maintenance for ANSCHUTZ STANDARD 12 compass

YANG Yuetu