Z型舵槳離合器故障分析及處置探討

摘要：文章根據某拖輪舵槳離合器脫開故障的處置過程，分析了拖輪常見的Z型舵槳濕式多片式離合器的工作原理，總結了舵槳離合器故障檢查的方法，對于采用液壓濕式多片式離合器的Z型舵槳的類似故障排除有一定參考意義。

關鍵詞：拖輪；Z型舵槳；離合器；故障分析；故障排除 文獻標識碼：A

中圖分類號：U672 文章編號：1009-2374（2015）29-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.053

摩擦離合器是目前全回轉拖輪船舶動力裝置廣泛采用的舵槳附屬部件，它是利用離合器摩擦面之間的摩擦力矩將動力從主動軸傳到從動軸。對于港口作業全回轉拖輪來說，摩擦離合器可以方便地適用于主機頻繁啟停、船舶機動操作為主的特殊作業特點，通過使主動軸與從動軸結合或脫開，使船舶迅速由空車待命狀態轉入作業狀態，從而大幅度節省燃油消耗，有利于節能減排。目前，拖輪Z型舵槳裝置經常使用的有多片式摩擦離合器、錐形摩擦離合器、滑差式摩擦離合器和氣胎摩擦離合器等。

在對“神華拖2”輪離合器脫開故障的分析和維修過程中積累了一些關于多片式摩擦離合器的經驗，在此進行總結，希望能對廣大船員和船舶維修從業人員提供一定參考。

1 故障概況

“神華拖2”輪是神華黃驊港務公司2001年建造的全回轉拖輪，船長35m，船寬9.8m，主機型號為“洋馬6N260-EN”，功率1471kW×2，Z型舵槳裝置型號為“羅爾斯-羅伊斯US205”，采用多片式濕式摩擦離合器。該船主要承擔黃驊港內協助貨船靠離泊作業和港池到錨地接送引航員作業，離合器的結合和脫開操作較為頻繁。該船右舵槳離合器突然出現一次脫開失敗故障，駕駛員反復操作幾次后，舵槳離合器脫開成功，且無明顯“帶排”情況。在隨后一段時間內，該舵槳離合器脫開失敗故障出現頻率明顯增加，于是從舵槳控制系統和機械系統入手逐項分析和查找各種故障，最終確認了故障原因，并予以排除。

2 離合器不能脫開故障分析和處置

2.1 多片式濕式摩擦離合器結構和原理

多片式濕式摩擦離合器安裝在舵槳齒輪箱輸入主動軸上，傳遞扭矩的鋼片和摩擦片組合分別交替安裝在主動軸和從動軸上。當壓力油進入液壓缸時，活塞向主動軸方向滑動，將鋼片和摩擦片組合壓緊，通過摩擦力將主動軸的扭矩傳遞給從動軸，實現舵槳機構與主機的同步運轉。當液壓缸齒輪油泄壓后，彈簧的復原力矩將活塞推向從動軸方向，鋼片和摩擦片組合之間恢復間隙狀態，通過摩擦力將主動軸傳遞給從動軸的扭矩消失，主機實現空載運轉。

2.2 離合器電控液壓系統的控制過程

駕駛員向下稍旋轉控制手柄（約5°），舵槳控制單元ACU判斷控制手柄旋轉角度達到設定值，同時主機轉速處于怠速狀態，則自動輸出舵槳離合器結合信號。若控制手柄旋轉恢復到0°時，舵槳控制單元ACU判斷控制手柄旋轉角度達到設定值，則自動輸出舵槳離合器脫開信號。在舵槳控制單元ACU輸出離合器結合信號時，電磁閥Y53首先通電吸合（Y53指示燈閃亮），P1-A1油路通，離合器減壓控制閥動作使控制齒輪油壓力Pcl=24bar降至Pen=8bar。經過約1s后，離合器控制電磁閥Y51通電吸合，P-A油路通，Pen=8bar控制齒輪油進入離合器液壓油缸內，活塞向主動軸方向滑動，克服彈簧彈力使鋼片和摩擦片組合初步貼合在一起，以減小離合器結合過程中的沖擊。再經過約2s，電磁閥Y53斷電，P1-A1油路截止，控制齒輪油壓力由Pen=8bar恢復至Pcl=24bar，Pcl=24bar控制齒輪油使活塞把鋼片和摩擦片組合更加緊密地貼合在一起，完成離合器結合，電磁閥Y51指示燈長亮。

在舵槳控制單元ACU輸出離合器脫開信號時，離合器控制電磁閥Y50通電吸合，Pcl=24bar齒輪油截止，T-A油路通，離合器液壓油缸泄壓，彈簧的復原力矩將活塞推向從動軸方向，鋼片和摩擦片組合之間恢復間隙狀態，完成離合器脫開，電磁閥Y50指示燈長亮。

2.3 舵槳離合器故障檢查和分析過程

2.3.1 檢查舵槳控制手柄信號給定是否正確。若舵槳控制手柄電位器出現故障，信號給定出現錯誤時，舵槳控制單元ACU將無法正確判斷駕駛員操作指令，不能正確輸出離合器結合或脫開信號。

為此，將一個電流表（或用萬用表電流檔）串聯接入舵槳控制單元ACU接線排上的4～20mA接線端子，測量4～20mA電流隨手柄旋轉變化情況，測量結果未見

異常。

2.3.2 檢查舵槳離合器控制閥開啟是否正常。離合器結合過程中，若電磁閥Y53正常吸合，齒輪油壓力表指示壓力將會降到8bar，并保持約3～4s。若電磁閥Y53不能正常吸合，則會出現離合器結合過程中沖擊較大的現象。若Y50、Y51不能正常吸合或釋放，則滑閥將不能把離合器控制油路正確啟閉，會導致離合器結合或脫開控制失靈。

故障狀態下檢查舵槳離合器控制閥，確認該離合器控制閥隨舵槳控制手柄旋轉，電磁閥Y53、Y51、Y50通電吸合過程均正常，指示燈指示正常。

拆檢離合器控制閥滑閥，確認內部清潔，沒有明顯劃痕和變形，滑閥在閥體內滑動順暢。

2.3.3 檢查舵槳離合器控制齒輪油是否正常。經過檢查確認離合器控制油路及其他管路均無泄露，各壓力測量點檢查確認壓力正常，沒有堵塞現象。

打開離合器控制齒輪油濾器檢查，確認濾器內無異常磨屑，油質正常。

2.3.4 離合器故障分析和處置。通過上述檢查，基本可以排除離合器本體以外的電氣控制和液壓系統導致故障的可能，問題應該在離合器本體內。從濾器檢查結果正常和離合器脫開后并無明顯“帶排”現象分析，鋼片和摩擦片組合之間尚無明顯的變形和燒蝕故障。根據設備廠家提供的技術手冊和得到的相關資料進行檢索，并未發現類似故障的案例和解決方案，必須對該離合器解體。解體后，發現螺栓有多根斷裂，其他螺栓拉長變形，壓盤向一側翹起。在此狀態下進行離合器結合操作時，壓盤在剩余壓緊螺栓的作用下與離合器液壓油缸活塞可以將鋼片和摩擦片組合壓緊傳遞扭矩。進行離合器脫開操作時，壓盤翹起一側彈簧復原力矩不足，離合器液壓油缸活塞不能復位，導致離合器脫開失敗。

經分析認為，該舵槳離合器已使用十余年，以往檢查離合器時，輪機人員往往根據經驗重點關注鋼片和摩擦片組合的磨損情況，極少關注壓盤壓緊螺栓的損傷。由于從未聽說壓盤壓緊螺栓斷裂的情況發生，一般性拆檢確定鋼片和摩擦片組合正常后即不再進一步拆檢或更換壓盤壓緊螺栓。

經過進一步檢查，確認鋼片和摩擦片組合磨損量均正常，未出現其他結構損傷。便將殘余的螺栓全部取出，檢查確認螺紋孔內沒有明顯變形，對全部螺栓用同型號的新螺栓進行了替換。

組裝完畢后試車，該舵槳離合器不能脫開故障完全消除。

3 防止離合器故障的日常管理措施

（1）加強齒輪油（或液壓油）日常管理。每日檢查油位，查看油品有無明顯變質，消除部件和管路的泄露；（2）每年或2000小時對齒輪油（或液壓油）進行化驗，必要時更新，濾器也要同時隨之更新；（3）每兩年或4000小時檢查和調整相應的液壓元件所給定的數值，并打開離合器檢查一次；（4）設備運轉期間，輪機值班人員應加強對舵槳的巡回檢查，注意齒輪油（或液壓油）的溫度和壓力變化，用手摸或點溫計點測離合器及其他相關運動件的外殼溫度，確保冷卻器冷卻海水暢通，以防過熱；（5）船舶作業期間盡量減少離合器的結合和脫開次數，減少對相關機械部件的沖擊。Z型舵槳的全回轉拖輪需短時間待命時，采用兩個舵槳同時向外對吹的方式保持船位，減少設備損耗；需較長時間待命時，再將離合器脫開，從而更加有效地降低設備損耗和節約油耗。

4 結語

由于該US205舵槳的多片式濕式摩擦離合器是羅爾斯-羅伊斯公司外購產品，舵槳用戶手冊缺少該離合器的詳細技術資料，可供用戶維修和保養工作參考的信息較少。船舶輪機管理人員除了要不斷總結經驗，也要汲取同類型設備管理和維修經驗，向廠家服務工程師積極求教，以提高舵槳離合器相關設備的管理水平和排除故障的能力。

參考文獻

[1] 姚壽廣，肖民.船舶動力裝置[M].北京：國防工業出版社，2012.

[2] 羅爾斯-羅伊斯公司用戶手冊[S].2000.

作者簡介：岳小林（1978-），男，河北保定人，神華黃驊港務有限責任公司助理工程師，研究方向：輪機工程。

（責任編輯：黃銀芳）