船舶自動操舵儀故障及排除方案

何濱

（啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司，江蘇 南通 226004）

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(yùn)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(jī)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(jìn)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(xiàn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(qiáng)度并且避免不必要的資源浪費(fèi)。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(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。

圖1 自動舵工作原理

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(jī)的電源、機(jī)械傳動、電動機(jī)電磁閥是否出現(xiàn)異常。于檢查舵機(jī)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(jī)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(jī)。自整角機(jī)舵令發(fā)訊包括：舵令發(fā)送機(jī)、接收機(jī)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(jī)與相敏整流則會對外進(jìn)行輸出，一般來說，會有1V交流電壓輸入至自整角機(jī)。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(jī)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(yùn)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(jī)械零位、分羅經(jīng)跟隨主羅經(jīng)是否準(zhǔn)確，接收機(jī)機(jī)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(jī)作為例子，則需要分別對以下幾個方面檢驗：①自整角機(jī)的校零，其方法為：找到零位，取下機(jī)器外殼的固件，利用萬用表對其輸出電壓進(jìn)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。于當(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)是否正常工作。

3.2.4 自動舵機(jī)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。于監(jiān)測指令輸入輸出是否正常，舵機(jī)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(hù)工作之后，是有一些儀器設(shè)備再次對維護(hù)成果進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)，直至旋轉(zhuǎn)180°，使發(fā)訊機(jī)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(jìn)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(jìn)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。