某拖輪主拖纜失控放出故障分析

劉殿智

摘 要：本文闡述了拖纜機(jī)工作原理，對(duì)剎車(chē)原理進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)防范各類(lèi)拖纜機(jī)剎車(chē)故障具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：離合器；剎車(chē)；剎車(chē)保持；電磁閥；蓄能器

中圖分類(lèi)號(hào)：U676 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）3-0067-02

隨著海上石油開(kāi)發(fā)以及海洋工程增加，拖輪隊(duì)伍日益壯大。拖纜機(jī)作為拖輪獨(dú)有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了船舶拖帶及為工程船舶起拋錨功能。某拖輪雙車(chē)雙槳，主機(jī)功率3000KW×2，螺旋槳為可調(diào)距螺旋槳，拖纜機(jī)型號(hào)為新加坡志同公司HTW-200-200-01，單驅(qū)拖力100噸，雙驅(qū)拖力200噸。

1 故障現(xiàn)象

某日該輪協(xié)助一艘5萬(wàn)噸油輪在南海海域進(jìn)行提油作業(yè)，將主拖纜系于受油輪船首，受油輪靠近到儲(chǔ)油輪一定距離后停車(chē)，拖輪主拖纜放出至正常長(zhǎng)度后合上剎車(chē)，由拖輪保持拖力維持油輪船位，接通輸油管線(xiàn)進(jìn)入正常駁油作業(yè)。

當(dāng)作業(yè)進(jìn)行約1小時(shí)時(shí)，拖輪主拖纜突然自動(dòng)放出，導(dǎo)致受油輪向儲(chǔ)油輪移動(dòng)，造成險(xiǎn)情。該輪立即啟動(dòng)主液壓油泵，收纜后重新進(jìn)行剎車(chē)，緊急情況解除，但每過(guò)一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象，事后該輪被停租整頓。

2 拖纜機(jī)工作原理

2.1 設(shè)備組成

該輪拖纜機(jī)為雙卷筒，由四個(gè)低速大扭矩STAFFA雙速馬達(dá)通過(guò)兩級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)輸出軸通過(guò)一對(duì)齒輪副和空氣離合器連接驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)液壓離合器和一對(duì)齒輪副來(lái)驅(qū)動(dòng)卷筒。該拖纜機(jī)具有雙驅(qū)動(dòng)和單驅(qū)動(dòng)功能，四個(gè)馬達(dá)分為兩組，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)卷筒或分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)卷筒實(shí)現(xiàn)兩個(gè)卷筒同時(shí)工作。拖纜機(jī)還包括棘輪（俗稱(chēng)硬剎）和剎車(chē)（俗稱(chēng)軟剎）。

液壓系統(tǒng)主油路采用4臺(tái)75KW變量油泵，控制油路采用2臺(tái)5.5KW伺服控制定量油泵（見(jiàn)下圖）。

2.2 主動(dòng)力液壓系統(tǒng)

動(dòng)力液壓油通過(guò)濾器經(jīng)三位四通比例閥進(jìn)入液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)卷筒的收放和無(wú)級(jí)調(diào)速，馬達(dá)具有雙速功能。

2.3 液壓離合器、主離合器及氣動(dòng)離合器

當(dāng)兩組馬達(dá)分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸和液壓離合器帶動(dòng)兩個(gè)卷筒工作，為單驅(qū)；當(dāng)卷筒需要較大拖力時(shí)，脫開(kāi)其中一個(gè)卷筒的離合器，合上主離合器，將兩段驅(qū)動(dòng)軸連接起來(lái)，由兩組馬達(dá)共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)卷筒，為雙驅(qū)。

在馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)軸之間裝有氣動(dòng)離合器，其在拖纜機(jī)正常工作期間始終是合的狀態(tài)。如打開(kāi)氣動(dòng)離合器，馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)軸脫離，在剎車(chē)和棘輪脫開(kāi)情況下，卷筒受力會(huì)自動(dòng)放出拖纜。

2.4 剎車(chē)

剎車(chē)脫合通過(guò)相應(yīng)電磁閥實(shí)現(xiàn)。在剎車(chē)脫合的液壓管路中分別設(shè)置一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（P206和P205），用于調(diào)節(jié)設(shè)定剎車(chē)壓力。在控制面板上按下剎車(chē)“脫”或“合”按鈕時(shí)，PLC收到指令后使剎車(chē)控制脫或合電磁閥得電動(dòng)作，液壓油進(jìn)入剎車(chē)油缸，進(jìn)行剎車(chē)脫或合動(dòng)作，當(dāng)相應(yīng)液壓管路中油壓達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，P206或P205閉合，向PLC輸入信號(hào)，PLC輸出一方面使剎車(chē)“脫”或“合”按鈕燈亮，另一方面使“脫”或“合”電磁閥斷電，剎車(chē)脫合動(dòng)作完成。離合器及棘輪控制原理與剎車(chē)類(lèi)似，不同之處在于二者脫合到位信號(hào)采用了接近開(kāi)關(guān)。

2.5 蓄能器

控制油系統(tǒng)裝設(shè)有蓄能器，提供預(yù)充油壓（100BAR）。蓄能器具有兩個(gè)用途：一是在船舶完全失去動(dòng)力時(shí)，打開(kāi)上下卷筒剎車(chē)裝置；另一個(gè)是在剎車(chē)合狀態(tài)下為剎車(chē)提供維持液壓油。壓力控制器PS132用于控制蓄能器充油。

2.6 剎車(chē)保持

剎車(chē)保持通過(guò)單向閥組270g、剎車(chē)保持電磁閥組S248和S249及蓄能器實(shí)現(xiàn)。剎車(chē)合上后，剎車(chē)合電磁閥斷電，270g關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)油缸油路封閉，保持剎車(chē)狀態(tài)。當(dāng)由于漏泄等原因造成剎車(chē)油缸油壓低于壓力開(kāi)關(guān)P205的設(shè)定值時(shí)，S248和S249同時(shí)得電動(dòng)作，蓄能器內(nèi)的液壓油經(jīng)S248進(jìn)入剎車(chē)合液壓管路補(bǔ)油（同時(shí)剎車(chē)脫液壓油路經(jīng)S249泄放），待剎車(chē)壓力正常，補(bǔ)油過(guò)程結(jié)束。

2.7 緊急釋放

當(dāng)情況緊急或船舶失去動(dòng)力時(shí)，可靠24VDC后備電源打開(kāi)液壓儲(chǔ)能器實(shí)現(xiàn)緊急釋放。剎車(chē)和驅(qū)動(dòng)部分的應(yīng)急釋放為聯(lián)動(dòng)設(shè)置。按下緊急釋放按鈕，PLC發(fā)出兩個(gè)指令：一個(gè)使剎車(chē)應(yīng)急脫開(kāi)電磁閥組S208和S247同時(shí)得電動(dòng)作，利用蓄能器液壓油打開(kāi)剎車(chē)；另一個(gè)使氣動(dòng)離合器脫開(kāi)控制電磁閥得電脫開(kāi)氣動(dòng)離合器，如卷筒受力纜繩會(huì)自動(dòng)放出。進(jìn)行應(yīng)急釋放前必須確認(rèn)棘輪處于打開(kāi)位置。

2.8 恒張力

在駕駛臺(tái)控制面板上確認(rèn)棘輪處于脫開(kāi)位置，液壓離合器處于閉合狀態(tài)，打開(kāi)剎車(chē)，按下纜繩張力按鈕，如纜繩張力超過(guò)設(shè)定值，通過(guò)觸發(fā)比例溢流閥，降低壓力，使得卷筒自動(dòng)放出拖纜，纜繩張力的設(shè)定可通過(guò)駕駛臺(tái)控制面板上的手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 故障原因分析

拖纜機(jī)剎車(chē)不牢可能有如下幾個(gè)原因：

（1）剎車(chē)壓力設(shè)置過(guò)低。如剎車(chē)壓力設(shè)置過(guò)低，剎車(chē)帶就不能形成有效剎車(chē)。當(dāng)拖纜受力超過(guò)剎車(chē)帶的受力極限時(shí)，拖纜將會(huì)放出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)剎車(chē)功能。剎車(chē)壓力值可通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)P205設(shè)定。

（2）剎車(chē)帶過(guò)度磨損或磨損不均。剎車(chē)帶過(guò)度磨損或磨損不均會(huì)造成剎車(chē)帶與被剎面不能形成良好貼合，導(dǎo)致剎車(chē)力下降。

（3）液壓油缸或油缸接管泄漏。剎車(chē)機(jī)構(gòu)由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，剎車(chē)力最終通過(guò)液壓油缸內(nèi)油壓實(shí)現(xiàn)。如油缸油封不良或油缸所接剎車(chē)油管泄漏，就會(huì)造成油缸油壓降低，無(wú)法形成有效剎車(chē)。

（4）液壓油溫度過(guò)高。如液壓油溫度過(guò)高，即使剎車(chē)時(shí)壓力高，但隨著油溫下降，油缸內(nèi)的壓力必然下降，從而導(dǎo)致剎車(chē)力下降。液壓油高溫是由于冷卻不良或液壓系統(tǒng)異常高壓造成的。

（5）單向閥組270g磨損關(guān)閉不嚴(yán)。 剎車(chē)操作完成后，液壓油缸中的油通過(guò)270g實(shí)現(xiàn)油路閉鎖，如剎車(chē)方向單向閥關(guān)閉不嚴(yán)，就會(huì)導(dǎo)致油缸油壓下降，造成剎車(chē)松動(dòng)。endprint

（6）液壓油臟污。如液壓油臟污，將導(dǎo)致270g密封閥面接觸不良或油缸油封滲漏，造成油缸油壓下降。

（7）剎車(chē)保持電磁閥組S248和S249故障。由于泄漏等原因，當(dāng)液壓油缸油壓下降到剎車(chē)壓力開(kāi)關(guān)P205的設(shè)定值以下時(shí)，蓄能器中的液壓油經(jīng)S248進(jìn)入剎車(chē)合油路保持油缸壓力（S249釋放剎車(chē)脫開(kāi)油路油壓）。如電磁閥卡死、控制繼電器故障、電磁閥線(xiàn)圈燒壞或線(xiàn)路接觸不良都會(huì)導(dǎo)致拖纜機(jī)無(wú)法進(jìn)行剎車(chē)保持。

（8）蓄能器不能正常充油。剎車(chē)油缸的油壓保持通過(guò)蓄壓器內(nèi)預(yù)充液壓油實(shí)現(xiàn)，如蓄壓器油壓本身不足，也就無(wú)法向剎車(chē)油缸補(bǔ)油。

（9）伺服控制油泵停止。蓄能器液壓油由伺服控制油泵提供，由于該型拖纜機(jī)伺服控制油泵未設(shè)置自動(dòng)程序，在拖纜機(jī)使用期間至少要保持一臺(tái)運(yùn)行。如伺服控制油泵未開(kāi)啟或意外停止及剎車(chē)油缸同時(shí)有滲漏情況時(shí)，蓄能器不能充油，也就無(wú)法進(jìn)行正常剎車(chē)保持。

4 故障原因排查及解決

4.1 故障原因排查

結(jié)合該輪拖纜機(jī)突然出現(xiàn)剎車(chē)初期可剎住，一段時(shí)間后剎不住的現(xiàn)象，原因應(yīng)為剎車(chē)液壓系統(tǒng)有泄漏及剎車(chē)不能保持。

檢查剎車(chē)壓力及剎車(chē)帶正常，液壓管路進(jìn)回油濾器清潔，說(shuō)明液壓油沒(méi)有臟污可能，油溫及蓄能器壓力也正常，伺服控制油泵一直在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

剎車(chē)后，停止伺服控制油泵，分別檢查單向閥組270g及其與油缸間液壓管路無(wú)漏泄，這說(shuō)明漏泄部位為剎車(chē)油缸油封（內(nèi)部漏泄外部不可見(jiàn)）。輕微松開(kāi)油缸“剎車(chē)”油管，使油缸內(nèi)油壓下降，直到檢測(cè)剎車(chē)壓力開(kāi)關(guān)P205處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)檢查蓄壓器油壓未見(jiàn)下降，這說(shuō)明故障最根本的原因在于剎車(chē)油缸的油壓降低后蓄能器未能為油缸補(bǔ)油，即剎車(chē)保持電磁閥組S248和S249不能正常工作。

4.2 故障解決

開(kāi)啟伺服控制油泵，打開(kāi)剎車(chē)重新合剎車(chē)后停泵。拆下壓力開(kāi)關(guān)P205的插頭，同時(shí)在控制箱內(nèi)檢查剎車(chē)保持電磁閥組S248和S249的控制繼電器都能正常通電工作，這說(shuō)明PLC與剎車(chē)保持有關(guān)的輸入輸出正常；拆下S248和S249的電源插頭，測(cè)量二者電源信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)24V電壓都正常，但拆卸時(shí)發(fā)現(xiàn)S248的插頭有松動(dòng)現(xiàn)象。裝復(fù)并把緊P205、S248和S249的插頭后，從油缸”剎車(chē)合”油管處輕微放油，發(fā)現(xiàn)S248和S249同時(shí)得電動(dòng)作及蓄能器油壓下降，說(shuō)明剎車(chē)保持電磁閥組工作正常向油缸補(bǔ)油。開(kāi)啟伺服控制油泵，進(jìn)一步觀察蓄能器的油壓變化，發(fā)現(xiàn)其能正常補(bǔ)油。更換剎車(chē)油缸油封，故障得到徹底解決。

5 總結(jié)

液壓系統(tǒng)污染是液壓系統(tǒng)失效最主要的原因。輪機(jī)人員應(yīng)按說(shuō)明書(shū)要求，定期更換液壓油、主油泵出口設(shè)置的高壓濾器及液壓系統(tǒng)低壓回油濾器；工作時(shí)保持油溫在30～50℃為宜。

為防止拖纜機(jī)PLC程序丟失，要及時(shí)更換其電池，每五年一次。控制箱內(nèi)繼電器等元件要做好清潔和降溫工作，定期檢查有無(wú)松動(dòng)情況。拖纜機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)大，其機(jī)體上電磁閥線(xiàn)圈及插頭接線(xiàn)要經(jīng)常檢查是否牢固。

液壓管路及拖纜機(jī)液壓部件日常要注意泄漏情況和異常噪聲，一旦發(fā)現(xiàn)，及時(shí)查找原因并消除。endprint