液壓錨纜機高低速轉換故障分析

蘇 燦，夏玉寶

(舟山萬邦永躍船舶修造有限公司，浙江 舟山 316100)

液壓錨纜機高低速轉換的作用：錨纜機低負載時，液壓馬達小排量高轉速，可以提高效率；錨纜機高負載時大排量低轉速，可以提高輸出轉矩。在液壓錨纜機高低速轉換出現故障，特別是收錨鏈時如不能夠轉換為低轉速大轉矩，會存在收錨鏈時泵站負載過大，甚至會出現收不動錨鏈的現象。

1 故障現象

某船的右錨纜機進廠修理后在調試中出現如下問題：錨纜機收和放操作正常，能進行高速運轉，但是手動操作高低速換向閥212后，液壓馬達不能轉換至低速運轉，即大負載運轉時錨纜機都是高速運轉而不能轉換成低速運轉。經分析系統原理圖(見圖1)后初步判定故障原因為：液壓馬達不能進行變量。通過對原理圖的分析認為故障原因在于變量機構的控制系統和執行機構。

2 液壓錨纜機系統工作原理

2.1 系統簡介

該船使用的是PUSNES高壓液壓錨纜機，其起重質量為30 t，下放速度為45 m/min，收絞速度為15 m/min。該錨纜機使用的是2臺并聯的STAFFA低速大轉矩液壓馬達，為變量徑向柱塞液壓馬達。

這種馬達具有2種速度，可通過換向閥的操縱進行高低速的互換。型號為HMC200-S-188-140。最大排量為679 L/min；最小排量為311 L/min。

圖1 錨纜機液壓原理圖

2.2 液壓馬達的工作原理

由圖1可知，換向閥200操作至“上位”，P口與B口相通，壓力油通過液壓管直接進入馬達柱塞腔，驅動柱塞使馬達運轉(反轉)；同時，一部分壓力油將平衡閥204內的換向閥打開，液壓馬達的回油即通過平衡閥與T口相通至回油管。

換向閥200操作至“下位”，P口與A口相通，壓力油經平衡閥內的單向閥209，通過液壓管進入馬達柱塞腔，驅動柱塞使馬達運轉(正轉)；液壓馬達的回油直接與T口相通至回油管。

當液壓馬達的X口與Y口沒有壓力油時，馬達處于大排量及低速大轉矩的工作狀態，當操縱錨纜機時，X口則會注入壓力油，馬達為高速運轉。

3 液壓馬達的變量機構結構特點

液壓馬達的變量是通過一個獨立的變量滑環來實現(如圖2)。

1-大活塞；2-偏心環；3-密封環;4-滑環；5-偏心軸;6-柱塞連桿;7-小活塞。圖2 液壓馬達的變量結構實物圖解

控制油液由變量滑環引入(Y口注油)，進入小活塞腔，推動小活塞頂著偏心環至最大偏心距位置，此時馬達排量最大為低速運轉；控制油液由X口進入推動大活塞盯著偏心套移動到最小偏心距時，馬達排量最小為高速運轉。

4 故障查找及原因分析

4.1 順序閥221與222的作用

順序閥221與222的作用是液壓馬達將會隨著負載的變化在“高速”與“低速”之間來回轉換。

工作原理為當液壓馬達的X口與Y口都沒有壓力油時，馬達處于低速大轉矩工作狀態。操縱錨纜機收或放的時候X口的油壓會上升，馬達為高速運轉。

當壓力上升至15 MPa，順序閥222開啟，并給予換向閥201先導控制信號(大于2.0 MPa)，此時換向閥201處于上工作位，液壓馬達的Y口油壓上升，馬達則為低速運轉。

當馬達轉換至低速時，壓力將會降低，順序閥222關閉，在此同時順序閥221開啟，泄掉換向閥201的先導控制油壓。

當工作壓力仍高于4.5 MPa時，馬達一直處于“低速”狀態。一旦負載減小，工作壓力低于4.5 MPa，順序閥221則會關閉，換向閥201轉換工作位，X口油壓上升，馬達再次處于“高速”運轉狀態。

4.2 手動轉換高低速調試

換向閥212分兩種操控方式為手動和液動。其工作原理為錨鏈收放之前，需操作換向閥213，壓力油P經過設定值為5.0 MPa的減壓閥218至離合器開關油缸，同時壓力油會給予換向閥212先導控制壓力，將212閥打開；此時有一部分壓力油P經過閥212給予閥201先導控制壓力，將換向閥201轉換工作位(P口與B口相通)。

操作換向閥200至“下工作位”(P口與B口相通)，主進油管與馬達柱塞相通，另外一部分壓力油通過單向閥217與換向閥201至馬達變量機構的Y口，此時馬達低速運轉，即轉矩最大，符合收錨鏈工況。

當換向閥200至“上工作位”，Y口的壓力油將會泄掉，此時放錨鏈時，馬達高速運轉。

調試時，可手動操作換向閥212，使壓力油P口一直給予閥201先導壓力。

具體檢測方法是將油管拆除后接入測壓表，啟動系統后操作212，此時，外接壓力表顯示數值與泵站壓力相符。排除換向閥212故障的可能性。

4.3 換向閥201故障排查

換向閥201的工作原理如上所述，SB的信號壓力正常，P口的壓力也正常。此時，手動操作212，對連接X口、Y口油管進行觀察，發現轉換212工作位時，一直是X口有油壓脈沖。可以判定換向閥201存在卡阻或內泄嚴重。其結構見圖3。

圖3 換向閥201結構實物圖解

對該閥拆除解體后，發現柱塞上有明顯的銹斑(船員疏忽保養所致)，由于時間的關心系，從纜機處拆下一只換向閥(工作正常的)與該閥進行互換。再次進行調試。X口與Y口的進回油恢復正常工作狀態。然而馬達的運轉依然只有高速。

4.4 變量機構的修理

通過如上的步驟依次排查調試后，最終將問題的焦點集中于馬達的變量機構。

現場將2臺液壓馬達變量機構的控制油管拆除，準備2臺手壓泵同時對Y口進行注油，并旋轉馬達。此時手壓泵不能建立壓力，可以斷定變量機構是處于泄漏狀態的。同時發現X口是有壓力油漏出的。

將液壓馬達拆回車間，將馬達前端蓋打開后，再次對變量機構的X口與Y口分別加壓，精準確認壓力油的泄漏處。

X口進行注油加壓，Y口有液壓油一直流出，故可以判定變量滑環密封有泄漏；Y口進行注油加壓。變量機構小活塞一端有大量液壓油流出，可以判斷小活塞處的密封不良。

進一步將馬達解體，對變量機構進行檢查，發現大小活塞缸體內壁有較為嚴重的磨損，變量滑環及過流套本體狀況良好。

采取對缸體內壁進行刷鍍修復，更換密封后組裝調試。分別對X口與Y口注油，明顯發現馬達運轉有高低速之分，故障得以解決。

綜上所述：變量機構的操控及執行機構的泄漏途徑主要有：大小活塞與缸體的泄漏；密封滑環泄漏(導致X口與Y口互通)；換向閥201泄漏。

5 結束語

為確保液壓部件的功能的完好性，必須在上船組裝之前做好相應的功能測試，完善液壓試驗平臺，保證所有部件處于完好的工作狀態。

同時要求在進行液壓元件拆除的過程中必須配備防油污染物資：抹布、接油盆、吸油氈或木屑等，所有液壓系統的開口必須做好有效的悶堵，防止液壓油的滴漏造成對環境的污染。