船舶自動操舵儀故障及排除方案

何濱

【摘 要】論文對自動操舵儀這一部件進行一些簡單介紹，繼而重點針對船舶自動操舵儀的常見故障提出故障診斷與檢測方案，旨在通過有益的探討不斷豐富船舶控制技術(shù)經(jīng)驗，為提高船舶的自動控制水平建言獻策。

【Abstract】The paper briefly introduces the autopilot. And then， in view of the common faults of the ship autopilot， the fault diagnosis and detection scheme is put forward. The purpose of this paper is to offer suggestions for improving the automatic control level of the ship through enriching the experience of ship control technology.

【關(guān)鍵詞】自動舵； 故障診斷 ； 故障排除

【Keywords】autopilot； fault diagnosis； troubleshooting

【中圖分類號】U673.3 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）11-0148-02

1 引言

對于船舶而言，要使其能在航線上穩(wěn)定而安全的運行，那么則需要保證自動操舵儀能夠正常工作。實際上，其中舵機震蕩帶來的問題的發(fā)生頻次最高。在我國，船舵制造行業(yè)在近幾十年來已經(jīng)發(fā)展得較為成熟，特別是小型船舶，年制造數(shù)量非常驚人，并且性能相當(dāng)可靠。因此，我國自主制造的船舶自動操舵儀完全符合國際主流水平。筆者將對自動操舵儀這一部件進行一些簡單介紹，繼而重點針對船舶自動操舵儀的常見故障提出故障診斷與檢測方案，旨在通過有益的探討不斷豐富船舶控制技術(shù)經(jīng)驗，為提高船舶的自動控制水平建言獻策。

2 船舶自動操舵儀工作原理

常規(guī)自動操舵通常是指用電羅經(jīng)或磁羅經(jīng)檢測航向偏差，在通過航向控制器進行舵角操縱，達(dá)到航向糾偏。羅經(jīng)對船舶實際的航行方向進行實時把控，我們由此可以了解船舶的航行是否存在方向誤差以及多大的誤差，得到信號數(shù)據(jù)之后，自動操舵儀可以直接對轉(zhuǎn)動舵進行控制，以此來調(diào)整航行方向。對于自動操舵儀而言，目前一般存在兩種主要的操作方式，它們分別是手動與自動。當(dāng)船只是在大海中運行時，一般自動操舵的工作方案比較完善，這種能夠大大提高航行方向不出現(xiàn)錯誤，由此可以減輕工作人員的工作強度并且避免不必要的資源浪費。而如果船只需要在港灣轉(zhuǎn)向時，這種情況下人工操舵更加靈活，另外當(dāng)海面上能見度較低之時也不宜采用自動操舵方案。

筆者繪制了圖一以表示自動操舵儀的工作方案。首先，操舵儀可以接受指令，對舵機實施控制以達(dá)到讓其一直保持在正確航線上。當(dāng)前，一些性能較強的操舵儀的精度控制范圍相比于人工控制顯得更具優(yōu)勢，幾乎不會發(fā)生偏航的問題，這對于航程的行進與資源的合理調(diào)配都是非常友好的。用于海洋船舶的操舵儀操舵范圍應(yīng)為±35°，用于內(nèi)河船舶的操舵范圍應(yīng)為±40°。

自動操舵有兩種工況：一種是自動穩(wěn)定航向；另一種是改變航向。對于平常的自動舵而言，它只能做到保持不變的方向行進的功能，而如果是航跡舵，則能夠根據(jù)實際情況對航行方向進行調(diào)整。搭配著ECDIS，自動操舵儀對于航跡的控制非常嚴(yán)格。

3 船舶自動操舵儀故障檢查與故障維修方案

3.1 自動舵不工作

①檢查液壓舵機的電源、機械傳動、電動機電磁閥是否出現(xiàn)異常。②檢查舵機和操舵系統(tǒng)的電源。對于操舵系統(tǒng)，重點檢查其電源、變壓器是否能正常通電，確認(rèn)其無故障后用手柄操舵，看與舵機連接的電源是否已接入，配套的電路是不是能正常通電，等等。③檢查自動舵指令發(fā)訊部分。自動舵指令發(fā)訊常用電位器或自整角機。自整角機舵令發(fā)訊包括：舵令發(fā)送機、接收機和相敏整流。如果我們調(diào)整航向整定旋鈕的話，那么整角發(fā)送機與相敏整流則會對外進行輸出，一般來說，會有1V交流電壓輸入至自整角機。相敏整流應(yīng)有0.8V的直流電壓輸出。另外我們是通過旋轉(zhuǎn)的方向來控制電壓的極性。通過上述的工作，我們可以分別對指令法迅各個零部件做出故障排查。④檢查機械傳動部分，觀察齒輪的嚙合狀態(tài)。⑤放大電路和開關(guān)電路作如下檢查：檢查信號比較單元、運算放大器電路、脈沖形成與開關(guān)電路以及繼電開關(guān)或可控硅電路的工作狀態(tài)。

3.2 自動舵不準(zhǔn)確修理

3.2.1 零部件的檢查與診斷

檢查舵葉機械零位、分羅經(jīng)跟隨主羅經(jīng)是否準(zhǔn)確，接收機機械傳動，其阻力矩是不是超過了規(guī)定值0.01N·m；檢查舵訊的發(fā)送、接受時，以自整角機作為例子，則需要分別對以下幾個方面檢驗：①自整角機的校零，其方法為：找到零位，取下機器外殼的固件，利用萬用表對其輸出電壓進行監(jiān)測，需要調(diào)整時，可以直接用手轉(zhuǎn)動外殼，但是不能去調(diào)整轉(zhuǎn)子。這時接線間的電壓會慢慢降低，待到變成0.1V時停止操作。如果仍然為零點，便可以將取下的固件安裝回原位。②當(dāng)以上操作無誤時，如果沒有辦法找到零點，可以初步判斷激磁繞組是否存在故障，比如當(dāng)其發(fā)生斷路時，便可能產(chǎn)生上述情況，當(dāng)然，另外如果整步繞組是處于短路的狀態(tài)，也會造成此類現(xiàn)象。這個時候先修好它們再進行零點的校正即可。

3.2.2 相敏整流電路的檢查與診斷

查看輸出功率是否存在異常，正常情況下，如果整流電路沒有輸入時，其輸出的電壓會在0.02V以下。除此之外，還需要對付邊電壓的對稱性進行檢查。另外，當(dāng)橋臂電阻不符合二極管特性時也是不行的。只要這些部件都不存在問題，我們則可以直接對其進行相應(yīng)調(diào)整，直至平衡為止。

3.2.3 放大電路的檢查與診斷

對于放大電路而言，檢查結(jié)點的電壓工作是非常重要的，只有所有電壓都符合要求之時，才能保證放大器的靈敏度。另外，還應(yīng)當(dāng)注意各個電路開關(guān)與閥門的狀態(tài)，以及最終的電機是否正常工作。

3.2.4 自動舵機的檢查與診斷

一般來說，自動舵在長期的工作當(dāng)中，各個小部件是很容易被磨損的，由此我們需要對它們的狀態(tài)有一個清晰的了解。比如傳動部件的摩擦是否過大，各類電器元件是否正常。

3.3 自動舵不穩(wěn)定修理

①查看放大器的狀態(tài)，如若增益太大，整個系統(tǒng)便會發(fā)生不正常震動的問題。另外，對于開關(guān)放大器電路而言，由于其具備明顯的繼電器特征，一定得保證靈敏度大于寬度的兩倍方可，否則系統(tǒng)容易崩潰。另外，不穩(wěn)定檢修還包括各個指令的發(fā)送與接收以及反饋的監(jiān)測。②監(jiān)測指令輸入輸出是否正常，舵機的旋轉(zhuǎn)速度存不存在過大的現(xiàn)象，另外，液壓系統(tǒng)如果發(fā)生漏油的問題，也會造成系統(tǒng)崩潰的問題。③在完成所有的檢測與維護工作之后，是有一些儀器設(shè)備再次對維護成果進行二次檢查，并且恢復(fù)施工現(xiàn)場的整潔。

4 自動操舵儀的檢測和調(diào)試

4.1 測量系統(tǒng)的冷態(tài)絕緣電阻

選擇500V的兆歐表，查看操縱臺是否存在漏電的問題。注意在進行這項工作之前需要取下放大板。當(dāng)系統(tǒng)在接通時不會傳電即可，一般來說，絕緣電阻應(yīng)當(dāng)不小于0.5mΩ。

4.2 檢查自動舵發(fā)訊機所發(fā)訊號的極性

關(guān)閉羅經(jīng)接收器，再旋轉(zhuǎn)旋鈕。當(dāng)輸出往右行駛的命令，如果指示器顯示左舵，則證明零點是準(zhǔn)確的，否則就不對。而在這種其情況下，我們旋轉(zhuǎn)發(fā)訊機，直至旋轉(zhuǎn)180°，使發(fā)訊機極性達(dá)到要求。

4.3 檢查自動舵儀的靈敏度

用隨動舵手輪或自動舵旋鈕進行操舵，觀察舵葉動作是否達(dá)到要求的靈敏度，一般轉(zhuǎn)動1°～2°指令舵角時，舵葉就開始動作，若達(dá)不到，可調(diào)節(jié)靈敏度旋鈕。

4.3.1舵回零與對稱性檢查

把舵輪由零位向左或向右轉(zhuǎn)動某一舵角，然后回零位，檢查隨動舵回零與對稱性，觀察舵葉是否轉(zhuǎn)動相應(yīng)舵角和回到首尾線，其誤差小舵角（0～5°）時不超過±0.5°，大舵角（5°～35°）時不得超過±1°。

4.3.2自動舵回零與對稱性檢查

左右轉(zhuǎn)動舵向匹配旋鈕，給出某一指令舵角，然后回零位，觀察舵葉是否轉(zhuǎn)動相應(yīng)舵角和回到首尾線，誤差不得超過±l°。

4.3.3測定舵角指示誤差

在任意一個操舵部位，進行簡單操舵，在30°操舵范圍內(nèi)，每隔5°測記各操舵部位上舵角復(fù)示器與實際舵角的讀數(shù)，其誤差值應(yīng)不大于±l°。

4.4 檢查自動舵儀的警報系統(tǒng)以及比例環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)的狀態(tài)

在自動舵偏航時，應(yīng)能發(fā)出偏航聲光報警信號，并檢查消音按鈕是否工作正常；在自動操舵狀態(tài)，給定5°偏航角，將比例分別置1、2、3、4、5檔，轉(zhuǎn)舵角應(yīng)相應(yīng)增大；在自動操舵狀態(tài)，將比例舵調(diào)到零或最小檔，突加模擬偏航角，應(yīng)立刻有轉(zhuǎn)舵角輸出，轉(zhuǎn)舵角大小應(yīng)隨著微分調(diào)節(jié)的不同檔次而變化。

【參考文獻】

【1】馬立國，任曉志，許鑰.關(guān)于舵機故障的幾點思考[J].科技資訊，2018，16（09）：89+91.

【2】郭凱. 數(shù)據(jù)驅(qū)動的民用舵機故障診斷方法研究[D].北京：中國民航大學(xué)，2017.

【3】李雪，孫崢，趙尚.基于故障樹分析法船舶舵機故障診斷方法研究[J].鎮(zhèn)江高專學(xué)報，2016，29（04）：50-53.