張有卿

(青島北海船舶重工有限責(zé)任公司，山東青島 266520)

隨著修船發(fā)展，塢期控制已經(jīng)成為船廠生產(chǎn)安排的重點(diǎn)，特別是在直接影響塢期的軸槳舵系修理工程中，大噸位起重吊拉越來(lái)越多，如船舶推進(jìn)器的質(zhì)量可達(dá)百余噸。由于修船塢期短平快的特點(diǎn)，專(zhuān)用軸槳作業(yè)車(chē)和大噸位滑輪組滿(mǎn)足不了塢期要求，目前各船廠廣泛采用氣動(dòng)起重機(jī) (以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣動(dòng)葫蘆)進(jìn)行吊裝作業(yè)，取得了不錯(cuò)的效果。

目前船廠配備的大噸位氣動(dòng)葫蘆以進(jìn)口為主，本文以我廠配備的某型德國(guó)氣動(dòng)葫蘆為例，介紹其結(jié)構(gòu)原理及常見(jiàn)的故障解決。

1 結(jié)構(gòu)原理

氣動(dòng)葫蘆主要由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分和承重部分組成，附屬服務(wù)配件包括風(fēng)管、風(fēng)包、氣動(dòng)3聯(lián)件等。

1.1 動(dòng)力部分

1)該型氣動(dòng)葫蘆采用帶制動(dòng)功能的葉片式氣動(dòng)馬達(dá)作為動(dòng)力輸出，主要部件包括定子、轉(zhuǎn)子、葉片、彈簧膠圈。葉片式氣動(dòng)馬達(dá)適用于需要帶負(fù)載頻繁啟動(dòng)、無(wú)極調(diào)速、經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)方向以及防爆安全的場(chǎng)合，特別是其適應(yīng)負(fù)載的軟特性，即隨著負(fù)載增加，馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩增加、轉(zhuǎn)速降低，馬達(dá)的工作壓力也會(huì)隨之增大。當(dāng)超過(guò)馬達(dá)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)馬達(dá)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，并不會(huì)產(chǎn)生故障。

2)馬達(dá)制動(dòng)部分。

(1)內(nèi)部制動(dòng)。如圖1所示，在定子內(nèi)腔兩端面上設(shè)有摩擦面，一面為定子固定端面，另一面為活動(dòng)摩擦面，在外部彈簧力作用下活動(dòng)面擠壓轉(zhuǎn)子，兩側(cè)形成制動(dòng)力，從而使馬達(dá)處于常制動(dòng)狀態(tài)。工作時(shí)，馬達(dá)內(nèi)腔氣壓克服彈簧力頂開(kāi)活動(dòng)面，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)氣壓降低則馬達(dá)制動(dòng)。主要用于15 t及以下較小噸位氣動(dòng)葫蘆。

(2)外部制動(dòng)。如圖2所示，形成制動(dòng)的3個(gè)摩擦面從左至右依次為定子殼體制動(dòng)面、固定在轉(zhuǎn)子軸上的剎車(chē)片和固定在定子上的彈簧剎車(chē)碟。工作時(shí)，氣壓通過(guò)控制氣路作用于汽缸活塞，當(dāng)壓力足夠，汽缸活塞伸出一定長(zhǎng)度，通過(guò)杠桿作用，壓縮彈簧剎車(chē)碟片厚度，使3個(gè)制動(dòng)摩擦面脫離，剎車(chē)打開(kāi)。當(dāng)風(fēng)壓減小，金屬?gòu)椈蓜x車(chē)碟在自身彈簧力作用下恢復(fù)初始厚度，形成制動(dòng)。這種制動(dòng)形

圖1 氣動(dòng)馬達(dá)內(nèi)部制動(dòng)原理圖

圖2 氣動(dòng)馬達(dá)外部制動(dòng)原理圖

式主要應(yīng)用于25～100 t大噸位氣動(dòng)葫蘆。

3)控制氣路原理。圖3為氣動(dòng)馬達(dá)氣路原理圖，當(dāng)拉動(dòng)起升開(kāi)關(guān)，手動(dòng)換向閥K切換至左位，A路進(jìn)氣，主氣路至馬達(dá)，控制氣路經(jīng)過(guò)載保護(hù)回路打開(kāi)剎車(chē)。過(guò)載保護(hù)回路的工作原理:拉動(dòng)起升開(kāi)關(guān)，壓縮空氣一路經(jīng)換向閥K1到達(dá)梭閥、剎車(chē)汽缸，使剎車(chē)打開(kāi)馬達(dá)工作，一路經(jīng)節(jié)流至氣室C，延時(shí)升壓，K2保持?jǐn)嚅_(kāi);隨負(fù)載變大，氣馬達(dá)軟特性的特點(diǎn)使A路工作壓力相應(yīng)變大，氣室C壓力升高至克服K2預(yù)設(shè)彈簧力，則換向閥K2切換左位輸出信號(hào)，使K1斷開(kāi)，馬達(dá)剎車(chē)，達(dá)到過(guò)載保護(hù)作用。當(dāng)拉動(dòng)下落開(kāi)關(guān)，B路進(jìn)氣，主氣路至馬達(dá)，控制氣路打開(kāi)剎車(chē)汽缸，并確保K1、K2均恢復(fù)右位。

1.2 傳動(dòng)部分

結(jié)構(gòu)為帶過(guò)載保護(hù)功能的減速箱，包括消音器、行星減速齒輪組及過(guò)載保護(hù)3部分。

1)消音器。設(shè)在減速箱后端蓋，為高溫?zé)Y(jié)金屬顆粒透氣板，壓力空氣經(jīng)馬達(dá)做功后降噪排出。

圖3 氣動(dòng)馬達(dá)氣路原理圖

2)行星減速箱。氣動(dòng)馬達(dá)直接輸出的高轉(zhuǎn)速通過(guò)行星減速箱減速后輸出到鏈輪，帶動(dòng)鏈條工作。由于減速箱為全封閉式，廠家定義為終生免維護(hù)，因此一般情況下盡量不要拆卸。

3)過(guò)載保護(hù)。所有的氣動(dòng)葫蘆都設(shè)計(jì)有超載保護(hù)機(jī)構(gòu)，主要有以下2種形式。

(1)機(jī)械摩擦盤(pán)式，由調(diào)整螺絲、壓蓋、蝶型彈簧和壓在行星齒輪組外側(cè)的摩擦盤(pán)組成。當(dāng)摩擦盤(pán)的靜摩擦力足夠大時(shí)，行星齒輪組不動(dòng)從而帶動(dòng)鏈輪工作;當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生的力大于設(shè)定值時(shí)行星齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，馬達(dá)空轉(zhuǎn)而鏈輪不工作。過(guò)載保護(hù)的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)蝶型彈簧的彈力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

(2)通過(guò)限定系統(tǒng)工作壓力的過(guò)載保護(hù)，如圖3，通過(guò)設(shè)定換向閥K2彈簧預(yù)緊力可以設(shè)定系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)壓力，當(dāng)提升超過(guò)氣動(dòng)葫蘆的預(yù)設(shè)重量時(shí)，工作壓力升高至設(shè)定值，系統(tǒng)過(guò)載保護(hù)啟動(dòng)，只能進(jìn)行下落動(dòng)作。一般預(yù)設(shè)的過(guò)載保護(hù)重量是額定重量的1.25倍。

1.3 承重部分

主要由上下鉤頭、鏈輪、鏈條組成。

2 常見(jiàn)故障

2.1 故障初判

氣動(dòng)葫蘆常見(jiàn)故障如表1所示。故障形式主要有單一動(dòng)作 (缺少上升或下降)、完全不能工作以及工作無(wú)力 (表現(xiàn)為運(yùn)轉(zhuǎn)緩慢)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可先進(jìn)行初步判斷，拆掉氣動(dòng)葫蘆消音器，拉動(dòng)開(kāi)關(guān)，檢查馬達(dá)是否轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)聲音是否發(fā)悶、剎車(chē)處是否發(fā)熱等來(lái)逐一排除故障可能發(fā)生的原因，并進(jìn)行進(jìn)一步排除。

表1 氣動(dòng)馬達(dá)常見(jiàn)故障表

2.2 剎車(chē)片厚度計(jì)算

在氣動(dòng)葫蘆發(fā)生故障中剎車(chē)故障最為多見(jiàn)，特別是采用外部制動(dòng)形式的大噸位氣動(dòng)葫蘆，各種原因造成制動(dòng)面未完全分離，導(dǎo)致馬達(dá)帶剎車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)，剎車(chē)片磨損嚴(yán)重，葫蘆起升無(wú)力。究其原因主要有以下3種。

1)汽缸活塞沒(méi)有完全頂開(kāi)彈簧剎車(chē)碟。

2)彈簧剎車(chē)碟部分彈簧老化，造成厚度不一，發(fā)生偏磨現(xiàn)象。

3)剎車(chē)片過(guò)厚，即使彈簧剎車(chē)碟壓縮到底仍然互相貼合。實(shí)際維修中，原廠備件剎車(chē)片的厚度并不是100%合適，具體厚度需要實(shí)際計(jì)算確定。如圖4各部關(guān)聯(lián)尺寸圖所示，殼體剎車(chē)面到端蓋處高度h1，剎車(chē)片厚度δ1，彈性剎車(chē)碟厚度δ2，彈性剎車(chē)碟至端蓋處高度 h2，則 h1=δ1+δ2+h2，h1、h2為固定值，可由深度尺測(cè)量。須保證三者高度之和小于h1，必要時(shí)可以車(chē)削剎車(chē)片至合理厚度。

圖4 外部制動(dòng)各部尺寸關(guān)聯(lián)圖

3 日常保養(yǎng)要點(diǎn)

3.1 氣動(dòng)三聯(lián)件的使用

由于氣動(dòng)葫蘆用氣量很大，且塢內(nèi)環(huán)境惡劣，氣動(dòng)葫蘆必須配備氣動(dòng)三聯(lián)件使用，氣動(dòng)三聯(lián)件有過(guò)濾、降壓和潤(rùn)滑3項(xiàng)功能。

1)過(guò)濾部分可以濾除壓縮空氣中的顆粒物和水分。壓縮空氣中的大顆粒雜質(zhì)會(huì)造成馬達(dá)葉片的加速磨損甚至卡死;另外在冬季北方船廠，當(dāng)氣溫為零下時(shí)，壓縮空氣中水分含量過(guò)高會(huì)造成空氣管路、控制閥或馬達(dá)葉片凍結(jié)而無(wú)法工作。

2)調(diào)壓部分為帶壓力表減壓閥，通過(guò)減壓以確保氣源壓力平穩(wěn)且與氣動(dòng)葫蘆的額定工作壓力一致。過(guò)高的系統(tǒng)壓力可能會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)葫蘆超負(fù)荷工作，而較低的壓力會(huì)造成加速剎車(chē)磨損。

3)良好的潤(rùn)滑可以有效降低馬達(dá)磨損，潤(rùn)滑部分應(yīng)調(diào)整為20～30滴/min的吹入速度，用油可選用原廠潤(rùn)滑油，也可選用透平油代替。長(zhǎng)時(shí)間不使用的馬達(dá)再次使用前應(yīng)在風(fēng)管中分次注入200 ml左右的汽油，拆下消音器，空轉(zhuǎn)馬達(dá)以使內(nèi)部的油污雜質(zhì)吹出。

3.2 鏈條的保養(yǎng)

由于沿?？諝鉂穸塞}度大，易造成起重鏈條的生銹腐蝕，同時(shí)，大噸位氣動(dòng)葫蘆承重時(shí)鏈條各鏈環(huán)之間、鏈環(huán)鏈輪之間發(fā)生摩擦損傷較大，因此必須保持鏈條始終處于良好的表面潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油采用40#機(jī)械油即可，黏度太大易粘連沙塵。另外，在拆檢下鉤頭軸承或鏈輪過(guò)程中注意不要使鏈條扭轉(zhuǎn)鉸結(jié)，否則易加速鏈條與鏈輪的磨損。

3.3 試重

當(dāng)對(duì)涉及氣動(dòng)葫蘆的剎車(chē)、過(guò)載保護(hù)以及鏈條鏈輪的修理后必須進(jìn)行110%額定負(fù)荷吊重試驗(yàn)，以確保氣動(dòng)葫蘆滿(mǎn)足使用要求和安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

拆卸下彈簧剎車(chē)碟，利用外力壓縮至最小厚度δmin，如果 δ1+δmin+h2≥h1，則說(shuō)明即使汽缸活塞完全壓縮彈性碟仍然無(wú)法使各摩擦面脫離，因此必

氣動(dòng)葫蘆作為起重吊拉設(shè)備，工作中的安全性尤為重要，盡管其結(jié)構(gòu)形式并不復(fù)雜，但是修船塢內(nèi)打砂噴漆作業(yè)環(huán)境惡劣，一旦出現(xiàn)故障輕則影響工程進(jìn)度，重則出現(xiàn)設(shè)備事故。因而必須要制定嚴(yán)格的氣動(dòng)葫蘆管理制度，以確保設(shè)備正常使用。