船舶錨機制動器故障及處理

胡光明

（寧波大港引航有限公司， 浙江 寧波 315020）

船舶錨機制動器故障及處理

胡光明

（寧波大港引航有限公司， 浙江 寧波 315020）

錨機是船舶最重要的航行設備之一，它的好壞直接影響到船舶航行的安全性。錨機制動器失效后，不能正常拋錨或拋錨后不能起錨，給船舶航行帶來了安全隱患。從常見電動錨機入手，淺述了錨機的電氣控制系統、制動器出現故障的原因、處理方法。這能為航行中船舶應急處理、船舶檢修、保養提供參考。

制動器；故障；處理

0 引言

航行中船舶靠螺旋漿倒轉減速，漂浮的船舶則靠拋錨來定位。船上錨機故障，不能拋錨，或已拋錨后不能起錨，將有船員生命和財產危險。一般船舶，船頭通常都有錨機，并兼作鉸纜機。在船舶靠離碼頭、拖帶作業、航行暫停拋錨、起錨都離不開安全保障設備。錨機故障是不能出航的。錨機在航行中出了故障，特別是已拋錨的情況下，不能排除錨機制動器故障，可能要丟棄全部的錨鏈及錨，并為船舶繼續航行帶來危險，造成經濟損失。本文從故障出現的原因分析入手，對制動器各種處理方法、對比情況，恢復工作，注意事項等探討，對遠離陸地的航行船舶，自己動手解決問題很有必要。

1 錨機控制

目前，船上廣泛使用電動三速錨機。 在一定的功率、體積條件下，通過操作手柄，切換電機內部接線，拋錨、起錨各三檔，包括停止檔，共7檔不同的起錨速度以及拉力。

1.1 錨機控制原理

錨機控制原理如圖1所示。

圖1 MKC1-40/3B控制原理圖

1.2 主要元件及參數

主要元件及參數[1]為：三速電動機功率：11/11/7.5kW；額定電壓：380V；接法：Y/YY/△；工作方式：10/30/5；ZDQ：直流制動器；吸上電壓：直流110V、持續時間不大于1s；吸上電流：9A；維持電壓：30V；維持電流：2.46A；閉合次數：120次/h; 氣隙范圍：1～2mm；OJ、ZDC、 ZC、FC1～3C：接觸器；LYJ、1～2SJ、ZJ：繼電器；1B：變壓器，BK-500TH；2B：變壓器，BKC-50TH；RJ：經濟電阻，ZG11-150，150WX25?；LK：主令控制器。

2 電路特點

錨機控制電路的特點為：1）1RD、2RD、3RD作控制回路短路保護，ZK作主回路短路保護；2）1EJ、2EJ作電機低速、中速檔運轉過載保護；3）2LH、Rfz、ZJ、2B共同作高速擋過載保護；4）LYJ、LK共同作零位保護；5）2SJ作避免高速擋直接起動；6）JA作過載強迫工作；7）電機可從第二檔直接起動；8）電機從停到第一檔時，由于1C通電動作，ZC或FC通電動作，電機接入電網，但ZDQ須由ZDC動作之后才能通電動作，這樣電機通電時，剎車不能同時打開，延長了ZDC動作時間，即電機有這個堵轉時間。9）1SJ、2SJ整定時間各為1s；10）本錨機無論正反，從第2檔到第3檔，都有2s保護。

3 事故檢查及原因分析

在臺風到來前，船舶必須從錨地起錨轉移，工作中，船員發現錨機冒煙，接著自動停止，不能再工作。

1)情況調查。首先向使用人員了解錨機工作情況：在故障以前沒有異?，F象、電機沒有堵轉、操作次數不是很多、工作時間不很長、有海水打上錨機、天氣比較熱、甲板溫度較高、電機電流不詳(因主令控制器上電流表壞)。

2)故障檢查。根據反應的情況，電機冒煙，著重檢查電機及直流制動器。電機內部接線如圖2所示。

圖2 電機內部接線

低速和中速同用一組繞組，只是通過外部來控制其不同接法，達到低速三角形接法，中速雙星形接法，高速具有另一獨立的繞組，只是它和中速、低速不同時通電，是星形接法。用萬用表測量電機各電阻，數據見表1(各點都在控制箱內)。再用兆歐表測量絕緣電阻，數據見表2。

表1 電機各電阻測量值(?)

表2 絕緣電阻測量值(M?)

根據以上數據，直流電阻對稱，對地和繞組間絕緣良好，電機估計沒有問題，需待以后通電運轉試驗為準。打開馬達接線盒，可看見馬達部分定子繞組，顏色沒有變化，判斷馬達沒有燒壞。再用以上方法檢查制動器，斷開Z1、Z2接點頭，測量ZDQ直流電阻為3.2?，對地絕緣電阻為0M?。根據制動器規格，吸上直流電壓110V，吸上電流9A(或者維持直流電壓30V，維持電流2.46A)，可知線圈電阻應該為12.2?歐左右，這樣設計電阻與實際電阻出入較大，并且絕緣電阻不正常，初步判斷線圈燒壞。拆開制動線圈，發現燒壞，同時發現內部有些積水，隨即拆下線圈。繼續檢查控制箱，發現控制變壓器1B燒壞、3RD熔斷，ZL1~ZL4好，電阻Rf、RfD好，C1、C2好、ZDC觸頭好、OJ觸頭好。

3)原因分析。根據事故情況分析其原因如下：a）環境溫度高[2]。當時甲板溫度可達50℃，但錨機工作時間不長，不超過20min，這在設計范圍內，同樣情況也經常使用，所以環境溫度高、工作時間長的原因可排除。b）海水侵入。海水比淡水有更強的腐蝕和導電性，可破壞絕緣、導致短路，線圈燒壞。嘗試制動器內積水無咸味，這樣可判斷海水沒有滲入，里面積水是平時空氣中冷熱積累的冷凝水；再則，制動線圈放在環型鐵槽內，用環氧樹脂膠結，對外界是全封閉的，水是不能滲入；制動電壓是直流電壓，又不是很高，而且，由于水的存在，一旦制動線圈發熱，水變成蒸汽，有利于制動線圈散熱。所以，海水侵入原因不大。c）電壓不正常。由于本船發電，電源電壓基本不變，而且，ZL1～ZL4硅整流器、檢查接觸器觸頭，各個電阻、電容器、樁頭、引線都很好，也不可能引起 ZDQ電壓的高或低，所以，可排除此原因。d）正常操作。錨機要求短時、間歇工作制。根據船員反應，沒有頻繁操作，沒有發生堵轉，沒有在高速下進行剎車制動，符合使用要求。e）直流制動器間隙太小，摩擦片不均、變形，工作時產生摩擦，發出熱量。根據拆下的制動片檢查，發現黑色粉末、鐵銹較少，不會由雜物而引起打不開，也不存在變形和不均，彈簧良好，而且以前工作一直正常，間隙不會太小，所以可排除此原因。f）直流制動器質量差。如不符合絕緣等級、局部短路。但該品牌制動器的是老廠，在船上使用的很多，很久，質量穩定，而且公司有多條同類船舶；已使用了很長時間，發生質量問題不大。g）實際工作時，1SJ是保證初始工作時，直流制動器線圈全壓工作，以保證克服制動彈簧張力，將摩擦片打開，馬達能夠可靠轉動，而后延時1s將觸點動作，使OJ不工作，將RJ串入電路。使ZDQ得到30V維持電壓，電流限制在2.46A，這樣如果實際工作時沒有及時將RJ串入電路，即沒有切除OJ電源，也就是說1SJ故障時或OJ觸頭燒熔打不開，ZDQ將一直是全壓工作，通過的電流不能從9A減至2.46A。根據制動器規格，全壓工作持續時間不大于1s，且全壓工作功率為 110×9=990W，剎車打開后，基本上以此功率產生熱量，而靠制動器來散發，所以制動器溫度上升很快，而且，加上其他損耗，變壓器1B次級輸出功率為1.11×990=1100W，將大大超過1B容量500VA，因此，如工作時間稍長，它將是燒壞ZDQ和1B的原因。 測量(13.2)點線路不通，由此判斷它是燒壞的原因。該延時器型號為JSC1-2，也是錨機控制箱配套電器廠產品。原理如圖3所示。

圖3 JSC1-2型延時繼電器原理圖

工作原理為：當電源通時，380V交流電經變壓器B1降為24V，經橋式整流、濾波穩壓后，直流電源通過電位器W和電阻R3向C2充電、電容C2上的電壓按指數規律上升，當達到單結管BG發射極峰點電壓VP時，BG發射結開始導通流過電位器W和電阻R3上電流轉向單結管的發射極E，當這個發射極電流Ie大于BG管的峰點電流IP時，BG管就被觸發，電容C2通過E、B和脈沖變壓器B2初級繞組放電，在基極B1上出現正脈沖，經B2去觸發可控硅 SCR1導通，(調節 W 就可調整延時時間)，SCR1導通后，6V電源經SCR1整流濾波后又去觸發可控硅SCR2，使其導通，進而繼電器J在380V電源下接通。J接通后，通過自保觸頭，短接了 SCR2，只有電源切斷后，才能瞬間釋放。

根據(13.2)點不通，說明電源變壓器B1初級斷路，經直接觀察無燒過痕跡。由于該電源變壓初級電壓380V，次級為24V和6V，實測鐵芯面積為2.28cm2，據此，查得容量為3.5VA，初級匝數為5000多匝。實測初級線徑為0.075mm。由于初級線徑很細，匝數多，生產過程如不注意，很容易損傷，不清潔而引起局部霉變，繞的太緊有可能因發熱膨脹而拉斷，遇上船上溫度高，振動撞擊、凝露、鹽露、油汽、霉菌等原因也很容易引起線圈斷裂，經檢查該變壓器沒有船檢證書，生產工藝粗糙，鐵芯和線圈都沒有上絕緣漆，據了解，以往其他船曾幾次發生 2JSC壞，檢查結果都是內部電源變壓器初級不通。但2SJ不工作時，在控制操作時，只影響到控制第3檔無速度，對其他元件不產生影響，使用上二擋速度基本上也能滿足要求，所以沒有引起足夠重視。以上說明，1SJ確實是一個較易壞的元件。

由于制動器修理，需要繞線、烘干一定時間，故障不能及時修復。為了保證能安全起行，同操作人員協作，只有在拆除制動器后，謹慎地起錨航行。等ZDQ、1B、1SJ修好后，測量修好的ZDQ直流電阻為12?，更換1SJ，電源變壓器初級電阻為3k?，將ZDQ、1B、1SJ裝上，將錨機修復到原始狀態。開機試運轉，實測通過ZDQ電流為9.2A，1s后1SJ觸頭動作，RJ串入電路，使ZDQ電流減為2.46A，控制線路工作正常，制動器工作良好。裝船使用一定時間后，了解到錨機工作正常，沒有再發生以上事故，所有1SJ不工作，是燒壞ZDQ和1B的真正原因。

4 預防和解決方法

原理相同的控制箱，一旦1SJ出問題。工作時間稍長，就會引起ZDQ、1B燒壞，剎車就不能打開，錨機(或絞盤機)就不能工作，而且，還不能在船上馬上得到解決，直接影響船舶生產和船員安全，所以保證RI電阻及時串入電路。長期、可靠、方便、快捷、就地解決1SJ不工作很必要。以下解決方法，各有利弊。

1)確保 1SJ質量，滿足船上環境需要，或者選用質量可靠的其他型號延時繼電器來滿足船舶需要，如選用JS7-2A延時繼電器代替1SJ工作，此繼電器船上使用較多，工作可靠，這樣可從根本上解決問題，簡單，不影響其他方面工作。但體積、接線變化，要視控制箱內固定位置而定。

2)由于1SJ不正常，而沒有及時將RJ串入電路，一直到ZDQ、1B燒壞，錨機不能工作為止，對操作人員沒有任何反應。所以，如果在OJ兩端即(15.2)兩點并聯一指示燈到主令控制器上，根據1SJ內部原理圖，在SCR2兩端并聯一個啟動按鈕，也引到主令控制器上，以手動代替SCR2工作。這樣當操作人員操作時，發現此指示燈不熄滅，表示1SJ沒有工作，這時應及時按下起動按鈕，1SJ執行繼電器工作，燈熄滅可正常工作。

此方法一方面可保證錨機正常工作，而不燒壞 ZDQ和1B，而且可及時發現1SJ壞，及時得到修理，但布線，增加元件，也給操作者增加了麻煩。

3)選用過電流延時繼電器作自我保護。由于通過ZDQ的電流吸上為9A，維護電流為2.46A，可選用JL12型過流延時繼電器，繼電器線圈額定電流 5A，吸上電流是它的1.8倍，將其與OJ觸頭串聯，常開觸點與SCR2并聯，這樣，如果1SJ不動作，根據JL12繼電器反時限保護特性，將延時1min之內做動作，所帶常開觸點閉合，使OJ斷電，將RJ串入電路，同時過流繼電器也切除，不再工作，起到自動保護ZDQ和1B作用。

此方法在1SJ壞后，能自動起保護作用，但對操作人員沒有任何反應，不易被發現，所以需定期進行檢查。

4)選用熱繼電器起保護作用。熱繼電器是在船上廣泛使用的保護元件，工作原理是通過電流使熱元件發熱，迫使雙金屬片變形來推動動作機構，使其觸點轉換位置，其結構簡單，可以在電路中長期或間斷作過載保護之用，工作可靠，并且具有整定電流調節機構，具有溫度補償裝置。

選用船上備件 JR16B-20/3TH熱繼電器，額定電壓380V，電流調節范圍為2.2～3.5A，共有三個發熱元件，一套動作機構，具有單點雙投式組合觸點，采用自動復位(自動復位時間為5min)，技術數據及性能見表3。

特性曲線如圖4所示(冷態開始，如從熱態開始，動作時間為圖示時間25%)。如將熱繼電器設定在3.5A，這樣吸上電流時為設定值的2.6倍。從特性曲線上看，動作時間為 30s(冷態)，將熱繼電器三個發熱元件分別串聯以后再串入OJ觸頭，并將其常開觸頭并接在1SJ的SCR2的兩端。

圖4 特性曲線

當錨機工作時，正常情況下，在1s后，1SJ就動作，熱繼電器工作無影響。如果1SJ不工作，經過30s后，(冷態開始)熱繼電器自動保護動作，使1SJ的J工作，將RJ串入電路，達到保護ZDQ和1B的目的。以上時間的設定應以可靠保護ZDQ和1B為原則來設定熱繼電器電流值，此方法備件充足，安裝方便，工作可靠，是船上廣泛使用的保護方法，既簡單又經濟，但要注意，在正常操作下，熱繼電器動作，說明1SJ壞，對設備進行了保護是我們希望的，這時必須需要5min后，才能自動復位，在此之前， RJ一直串入電路，不然當手柄回零后，熱繼電器還沒有自動復位又重新操作手柄時，OJ不能通電，而使RJ繼續串入電路，使ZDQ只有30V的電壓，不能打開剎車，使錨機不能工作，另一方面，如果操作太頻繁，即ZDQ起動頻繁，將有可能導致熱繼電器動作，所以希望繼電器設定值大些，滿足一定的實際操作頻率要求，而不動作，這時，對不正常的操作可進行限制，但又不能太大，如太大，又可能對ZDQ及1B不起保護作用。以上兩點及操作人員必須加以注意。同樣1SJ壞，對操作者沒有反應，所以也要定期檢查1SJ，發現不正常，應及時檢查、修理。我們經過合理的調整熱繼電器，是能夠滿足要求的。

(5)采用以上(2)和(3)或(2)和(4)同時使用，也可起到自動保護，又可及時發現1SJ壞及時得到修理，而給操作者減少麻煩。

以上采用(3)～(5)方法是在 1SJ故障后，使錨機可以繼續工作，也可采取1SJ出故障后，切斷控制電源的方法，使錨機不工作，使故障及時發現，保護制動線圈，防止事故擴大。

5 結束語

船舶錨機電器控制設計都是經過船檢部門審核通過的，整套設備具有船檢認可證書，但其內部部件是由多個廠家提供的，質量不一。錨機處于露天甲板上，氣溫高、海水侵蝕、短時工作制、停止起動頻繁，活動元件多，經常性檢查維護，保證設備處于良好的工作狀態。

1)對錨機及控制箱應注意：a）根據控制原理，制定操作規程，嚴格按操作規程正確使用。b）經常觀察控制箱內各接觸器，繼電器動作程序是否正常，是否有異常響動、異味，一經發現應立即檢查并排除。c）錨機控制箱雖然能在最大負載力矩下起動和運行，但屬于短時工作制，使用中應根據錨鏈，纜繩狀態以及電流表讀數進行操作，并應注意起動次數不宜過多，(一般30min內允許起動25次)，電機堵轉時間不能過長，一般允許堵轉通電1min。

2)維護工作應注意：a）定期檢查控制箱絕緣電阻以及接地是否良好。b）經常檢查控制箱的連接導線以及緊固件是否松脫。c）經常檢查各活動件是否靈活，必要時可加潤滑脂。d）定期清潔各接觸器觸點，保持原形和光潔，磨損嚴重，應更換。e）檢查控制箱內各繼電器定值是否發生了變動，線路護套是否磨損。f）對電機、制動器還要經常檢查絕緣電阻，注意主令控制器動作是否靈活可靠，保證其觸頭不變形，不變位和光潔。注意電機、制動器、主令控制器的防水。

[1] 劉光源. 電工手冊[M]. 上海: 上?？茖W技術出版社,2010.

[2] 章學來. 工程熱力學[M]. (2版).北京: 人民交通出版社, 2011.

Failure and Dispose of Ship Anchor Machine Brake

HU Guang-ming
(Ningbo Dagang Pilot Co., Ltd., Ningbo 315200, China)

Anchor machine is one of the most important ship navigation equipments, which directly affects the safety of navigation.After the anchor machine brake failure, it cannot drop anchor or cannot haul back anchor after dropping anchor, which brings potential risks to navigation. Starting from the common electric windlass, electrical control system of the anchor machine, and failure reasons and processing method of the brake are simply stated. It can provide reference for the emergency treatment in ship navigating,repair and maintenance of the ship.

brake; failure; treatment

U664.5

A

胡光明（1960-）， ，工程師。從事船舶電氣維修、管理。