李文釗

(神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司，河北 滄州 061113)

組合錨絞機(jī)是港作全回轉(zhuǎn)拖船上的重要作業(yè)設(shè)備，主要用于收絞纜索和拖曳作業(yè)[1]。組合錨絞機(jī)纜繩卷筒的正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)動(dòng)作均采用液壓控制方式。由于拖船組合錨絞機(jī)作業(yè)頻繁，同時(shí)海上環(huán)境惡劣，對(duì)液壓系統(tǒng)的科學(xué)維護(hù)和故障處理的需求日益迫切。

1 液壓控制系統(tǒng)原理分析

1.1 組合錨絞機(jī)液壓系統(tǒng)主要組成及技術(shù)參數(shù)

某港作拖船配備的液壓組合錨絞機(jī)型號(hào)為T(mén)JKOYO-H-39.2-AW26/44.1-TR110，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

1.2 液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件

彈簧缸為組合錨絞機(jī)制動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件，在拖曳作業(yè)中提供足夠的制動(dòng)力，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。彈簧缸的工作壓力5 MPa，缸徑250 mm，活塞桿徑56 mm，行程150 mm，密封采用日本“NOK”密封件。彈簧技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 彈簧技術(shù)參數(shù)

圖1 彈簧缸結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 組合錨絞機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理

組合錨絞機(jī)的液壓系統(tǒng)由液壓泵站、機(jī)旁閥組、卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器和彈簧缸等組成，協(xié)同完成組合錨絞機(jī)主軸正反轉(zhuǎn)動(dòng)、制動(dòng)鋼帶打開(kāi)和液壓絞盤(pán)正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，其工作原理如圖2所示。

圖2 組合錨絞機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

錨絞機(jī)收放纜的工作原理：主軸左轉(zhuǎn)放纜時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將液壓油從油箱泵入系統(tǒng)。液壓油首先進(jìn)入單向閥，該閥起到防止系統(tǒng)油壓過(guò)高，回流損傷液壓泵的作用。之后經(jīng)安全溢流閥后系統(tǒng)油壓調(diào)定到15.6 MPa。之后經(jīng)過(guò)高壓截止閥進(jìn)入比例換向組合閥，該閥為中位機(jī)能M型三位四通比例閥和三位三通換向閥組合而成，兩閥聯(lián)鎖動(dòng)作。不工作時(shí)，中位機(jī)能起到液壓驅(qū)動(dòng)器鎖緊，泵卸荷的作用。左轉(zhuǎn)時(shí)換向閥處在左位，之后液壓油達(dá)到外控溢流閥的調(diào)定壓力，從而導(dǎo)通液壓驅(qū)動(dòng)器回油油路。然后液壓油進(jìn)入安全閥，該閥與卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)起到雙向超負(fù)荷泄壓的作用，尤其是能避免在拖曳中制動(dòng)鋼帶失效導(dǎo)致液壓驅(qū)動(dòng)器超負(fù)荷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生高壓沖擊。最后液壓油進(jìn)入液壓驅(qū)動(dòng)器使其左轉(zhuǎn)。主軸在右轉(zhuǎn)收纜時(shí)，比例換向組合閥處于右位，其它與左轉(zhuǎn)時(shí)相同。

卷筒制動(dòng)工作原理[2]：錨絞機(jī)繩筒的制動(dòng)通過(guò)2段弧形鋼帶鉸接后由彈簧缸拉緊來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用液壓打開(kāi)彈簧復(fù)位的方式。制動(dòng)鋼帶打開(kāi)時(shí)，液壓泵泵油，經(jīng)單向閥和安全溢流閥后，15.6 MPa的液壓油分為兩路，一路為主動(dòng)作油路，另一路為控制油路。主動(dòng)作油路經(jīng)過(guò)高壓截止閥后進(jìn)入彈簧缸減壓閥，油壓減至5 MPa，之后進(jìn)入外控兩位三通換向閥的P口?？刂朴吐穭t進(jìn)入減壓閥，油壓減至2.9 MPa后，進(jìn)入電磁換向閥左位，之后再進(jìn)入比例換向組合閥的E口。電磁換向閥的作用是在得電時(shí)右位通，控制油路被截?cái)?，彈簧缸無(wú)法打開(kāi)，制動(dòng)鋼帶鎖死；而正常工作時(shí)控制油路通過(guò)比例換向組合閥控制，與錨絞機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)形成連鎖，當(dāng)錨絞機(jī)繩筒正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，組合閥的三位三通閥部分都會(huì)將控制油路導(dǎo)通至兩位三通閥，從而使通至P口的主油路液壓油進(jìn)入彈簧缸的右腔，推動(dòng)活塞向左移動(dòng)。

液壓絞盤(pán)的動(dòng)作原理：絞盤(pán)的液壓工作原理與錨絞機(jī)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的原理相似，區(qū)別在于其比例換向閥與錨絞機(jī)主軸的比例換向閥串聯(lián)，在錨絞機(jī)主軸的比例換向閥處于中位機(jī)能，泵卸荷時(shí)才能使用液壓絞盤(pán)。另外，由于絞盤(pán)的額定負(fù)載較小，在卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器上未設(shè)置安全閥。

2 液壓系統(tǒng)典型故障實(shí)例分析

2.1 振動(dòng)和噪聲

組合錨絞機(jī)的液壓站設(shè)置在拖船機(jī)艙，由于機(jī)艙主柴油機(jī)、空壓機(jī)和各種水泵等設(shè)備眾多，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)較大，所以要對(duì)液壓泵及其管路及時(shí)做好防振措施，避免引起共振損壞設(shè)備。另外，由于拖船作業(yè)時(shí)受海上風(fēng)浪影響，組合錨絞機(jī)液壓系統(tǒng)經(jīng)常處于晃動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)要特別檢查液壓站油箱液位，避免泵吸入空氣產(chǎn)生噪聲等危害。此外，液壓泵站與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間高壓管路較長(zhǎng)且穿越多個(gè)艙壁，要特別關(guān)注管路法蘭的工作狀態(tài)，避免因船體振動(dòng)造成法蘭連接處出現(xiàn)滲漏。

2.2 液壓元件銹蝕

組合錨絞機(jī)位于拖船艏甲板，其機(jī)旁操作控制站一般在附近位置露天布置。拖船航行中海水涌上甲板會(huì)直接侵蝕閥件和管路，縮短使用壽命。因此要定期維護(hù)保養(yǎng)，減緩液壓元件銹蝕速度，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷及時(shí)處置，避免產(chǎn)生更大故障。

某拖船組合錨絞機(jī)在使用過(guò)程中彈簧缸出現(xiàn)底部端蓋滲油現(xiàn)象，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)O型圈失效，同時(shí)密封槽在O型圈和金屬接觸面發(fā)生腐蝕。經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)分析，液壓缸長(zhǎng)期海上室外運(yùn)行，海水或雨水通過(guò)缸體與端蓋的裝配間隙滲入槽內(nèi)，從而發(fā)生間隙腐蝕。另外密封槽內(nèi)潤(rùn)滑脂失效時(shí)發(fā)生的油水分離也加劇了腐蝕情況，若逐步發(fā)展成較大深坑，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)法密封。為解決該問(wèn)題，技術(shù)人員決定通過(guò)車(chē)床加工增大密封槽與底部端蓋裝配縫隙的距離，并在裝配接觸面涂抹密封膠的方式增強(qiáng)水密性，防止海水或雨水滲入。

2.3 卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器泄漏和外殼破裂故障

某拖船錨絞機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸端發(fā)生外部泄漏。拆檢發(fā)現(xiàn)，卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器軸端密封圈損壞。經(jīng)分析，設(shè)備已穩(wěn)定運(yùn)行5年以上，從未做過(guò)拆檢，排除裝配不當(dāng)造成損壞。故障距拖船塢修完成日期較短，而塢修時(shí)船體和甲板部分噴砂除銹可能造成砂石進(jìn)入液壓驅(qū)動(dòng)器軸封，從而造成磨損。

某拖船在協(xié)助貨船離港作業(yè)中，出現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)器外殼破裂故障。經(jīng)分析，貨船帶好纜繩后，錨絞機(jī)在拖船后退過(guò)程中放纜，若拖船后退與放纜的速度不匹配，會(huì)出現(xiàn)卷筒制動(dòng)帶未及時(shí)剎緊或者制動(dòng)力不夠，導(dǎo)致卷纜筒打滑現(xiàn)象，進(jìn)而帶動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)回油管處于封閉狀態(tài)，液壓驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)高壓沖擊。當(dāng)油壓高于液壓驅(qū)動(dòng)器外殼強(qiáng)度時(shí)，外殼就會(huì)破裂。

2.4 彈簧缸彈簧斷裂

某拖船錨絞機(jī)在使用中發(fā)現(xiàn)彈簧缸活塞桿位置較之前高出約10 mm，未完全復(fù)位。現(xiàn)場(chǎng)檢查彈簧缸動(dòng)作情況，未見(jiàn)明顯異常，排除液壓系統(tǒng)故障。彈簧缸拆檢后發(fā)現(xiàn)，彈簧斷裂成3段，彈簧座壓潰。此故障較少見(jiàn)，該錨絞機(jī)彈簧缸使用5年，而同類(lèi)設(shè)備一般可穩(wěn)定運(yùn)行15年以上，排除疲勞斷裂的可能。維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，損壞彈簧的中心距比圖紙中的設(shè)計(jì)值小，導(dǎo)致其內(nèi)圈壓在凸臺(tái)外緣，無(wú)法入座。這導(dǎo)致彈簧座凸臺(tái)在使用中被壓潰，進(jìn)而彈簧傾斜，在液壓作用下受力不均從而斷裂。

2.5 溢流閥芯卡阻

某拖船錨絞機(jī)在協(xié)助貨船離泊作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)法絞纜的故障?，F(xiàn)場(chǎng)檢查錨絞機(jī)發(fā)現(xiàn)，錨絞機(jī)放纜時(shí)動(dòng)作正常，但絞纜時(shí)彈簧缸活塞桿伸出不到位，從而無(wú)法打開(kāi)制動(dòng)器。制動(dòng)器打開(kāi)由比例換向組合閥控制，當(dāng)操作手柄離開(kāi)中位時(shí)通過(guò)機(jī)械聯(lián)鎖導(dǎo)通彈簧缸控制油路。由于制動(dòng)器在放纜動(dòng)作時(shí)能正常打開(kāi)，排除組合閥和制動(dòng)器控制油路故障。查看液壓泵出口壓力發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放纜時(shí)最大壓力達(dá)10 MPa，但絞纜時(shí)只有2 MPa。分析原理圖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外控溢流閥閥芯卡阻后，會(huì)造成卷筒液壓驅(qū)動(dòng)器R口至比例換向組合閥B口始終導(dǎo)通。該狀態(tài)下，比例換向閥左位導(dǎo)通時(shí)，錨絞機(jī)正常放纜，但右位導(dǎo)通時(shí)液壓油直接回流至油箱，系統(tǒng)壓力為回油背壓2 MPa。而在制動(dòng)器控制油路中設(shè)定工作壓力為2.9 MPa，大于此時(shí)液壓系統(tǒng)的壓力，從而導(dǎo)致彈簧缸無(wú)法打開(kāi)。

2.6 制動(dòng)帶無(wú)法打開(kāi)

某拖船作業(yè)時(shí)發(fā)生錨絞機(jī)無(wú)動(dòng)作故障。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)駕駛臺(tái)遙控時(shí)現(xiàn)場(chǎng)比例換向組合閥的手柄能正常動(dòng)作，但是彈簧缸和纜繩卷筒均無(wú)任何動(dòng)作，液壓泵出口壓力達(dá)10 MPa。初步判斷錨絞機(jī)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)能夠正?？刂剖直鷦?dòng)作，卷筒不動(dòng)作是由于制動(dòng)器未打開(kāi)造成的。分析液壓系統(tǒng)原理圖，逐一排查制動(dòng)控制油路閥件，最終確定外控兩位三通換向閥阻尼孔堵塞，導(dǎo)致閥無(wú)法動(dòng)作，清洗裝復(fù)后工作正常。