NIIGATA（新瀉）ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳液壓系統(tǒng)管理

（寧波舟山港股份有限公司油港輪駁分公司，浙江 寧波 315000）

目前，國內(nèi)港作拖輪上的全回轉(zhuǎn)舵槳裝置主要選用有芬蘭ROUS-ROYCE（羅羅）Aquamaster US、日本川崎重工（Kawasaki）、德國SCHOTTEL（肖特爾）SRP、挪威的博格（BERG）、日本NIIGATA（新瀉）ZP、日本ISC（石川島）DP等廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品。各設(shè)備廠商的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上雖有差異化，但液壓系統(tǒng)原理基本相同。公司所屬拖輪的全回轉(zhuǎn)舵槳裝置使用日本NIIGATA（新瀉）ZP系列產(chǎn)品最多，本文將以ZP-31為例講述。

1 全回轉(zhuǎn)舵槳液壓系統(tǒng)

ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置有正常操作和輔助操作兩種操作模式。正常操作模式全回轉(zhuǎn)舵槳裝置是由主機（ME）動力帶動主轉(zhuǎn)舵泵（1）產(chǎn)生壓力油驅(qū)動液壓馬達（14）轉(zhuǎn)動從而帶動Z型舵槳作360°旋轉(zhuǎn)。輔助操作模式是由電動機（M）帶動小液壓泵（16）產(chǎn)生壓力油驅(qū)動液壓馬達（14）轉(zhuǎn)動。除非正常操作模式發(fā)生故障或者系統(tǒng)檢修時會用到輔助操作模式，一般情況下工作在正常模式。

1.1 轉(zhuǎn)舵液壓系統(tǒng)原理

ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓原理圖見Figure 1。日本NIIGATA（新瀉）ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、控制閥件、液壓馬達和液壓輔件（油箱、管路、濾器、冷卻器等）組成。正常操作時，電液換向閥（15）一直位于左位通，電磁換向閥（10）處于失電狀態(tài)位于中位。主轉(zhuǎn)舵泵（1）為斜盤式軸向柱塞泵，由電液換向閥（2）控制斜盤傾角來實現(xiàn)泵的變量變向。補油泵（30）與主轉(zhuǎn)舵泵同軸安裝，其作用有：（1）作為主轉(zhuǎn)舵泵的斜盤控制油。（2）為高壓油路補油。補油泵出口壓力油由溢流閥（31）設(shè)定為1.8MPA，通過單向閥向高壓油管低壓側(cè)補油。（3）冷卻和潤滑主轉(zhuǎn)舵泵。溢流閥（31）的溢油進入主轉(zhuǎn)舵泵殼體內(nèi)再流回油箱，以便對主轉(zhuǎn)舵泵起冷卻和潤滑作用。主轉(zhuǎn)舵泵的高壓液壓油經(jīng)電液換向閥（15）后分兩路各控制一個液壓馬達（14）。高壓液壓油管路上設(shè)有兩個安全閥（23）設(shè)定壓力28MPA，同時還設(shè)有一個液控?fù)Q向閥（24）。安全閥（23）起限壓保護作用，當(dāng)壓力超過設(shè)定值時向低壓管路泄壓。液控?fù)Q向閥（24）后設(shè)有一個溢流閥（32）設(shè)定壓力1.2MPA，其作用是置換出部分高壓液壓油，液壓油經(jīng)冷卻后重新回油箱，防止液壓油溫度升高。高壓液壓油管路上的截止閥（22）是起旁通作用，在停用設(shè)備時防止海浪或者外力沖擊舵而導(dǎo)致管路油壓過高時開啟，以保護管路和設(shè)備的安全。輔助模式時，電動液壓泵自動運行，電液換向閥（15）斷電位于中位，電磁換向閥（10）根據(jù)駕駛員操作指令左或右位通來旋轉(zhuǎn)Z型舵槳。

1.2 轉(zhuǎn)舵液壓系統(tǒng)監(jiān)測報警

ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)設(shè)有液壓油濾器堵塞、液壓油油壓低、液壓油溫度高和液壓油液位低位監(jiān)測報警。

（1）濾器臟堵報警。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常磨損或者液壓油臟污造成濾器堵塞時，補油泵吸口濾器上安裝的壓差指示器開關(guān)，不僅能夠指示當(dāng)前反映出濾芯前后的壓差值，而且能夠在壓差值超過設(shè)定值時動作產(chǎn)生報警。

（2）油壓低壓報警。當(dāng)發(fā)生液壓油泵磨損、液壓閥元件失效或者管路泄漏造成液壓系統(tǒng)油壓降低至設(shè)定值以下時發(fā)出報警。

（3）油壓高溫報警。當(dāng)系統(tǒng)由于冷卻不良或者異常嚴(yán)重磨損時液壓油溫度升高，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度值時，溫度繼電器開關(guān)動作發(fā)出報警信號。

（4）油位低報警。液壓油箱上安裝有一干簧管式浮球液位開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生漏泄，油箱液位低于設(shè)定高度時，監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警。

2 舵槳液壓系統(tǒng)故障案例

ZP系列全回轉(zhuǎn)舵槳裝置在公司港作拖輪上已經(jīng)運行快20年了，該裝置液壓系統(tǒng)工作安全可靠性還是非常高的。根據(jù)本公司現(xiàn)用ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置拖輪液壓系統(tǒng)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)除去管路法蘭螺絲松動、O型圈失效引起液壓油泄漏和冷卻器芯破損造成液壓油被污染外，該裝置液壓系統(tǒng)發(fā)生過的幾例故障主要都集中在全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)心臟——液壓泵上。下面介紹一下液壓泵發(fā)生過的幾種故障。

2.1 補油泵轉(zhuǎn)子齒合面磨損

故障現(xiàn)象：舵槳液壓油壓力會降低，嚴(yán)重時會產(chǎn)生低壓報警；濾器可能會產(chǎn)生堵塞報警；轉(zhuǎn)舵稍有遲滯但不明顯。

故障演變：緩慢，有漸進性。

磨損產(chǎn)物：金屬粉末。

2.2 補油泵軸承磨損

故障現(xiàn)象：舵槳液壓油壓力會降低，會產(chǎn)生低壓報警；濾器會產(chǎn)生堵塞報警；轉(zhuǎn)舵稍有遲滯。

故障演變：初期緩慢，后期突發(fā)。

磨損產(chǎn)物：金屬顆粒1～2mm。

2.3 斜盤式軸向柱塞泵球形導(dǎo)向裝置（球頭）磨損

故障現(xiàn)象：舵槳液壓油壓力正常；濾器會產(chǎn)生堵塞報警；轉(zhuǎn)舵正常。

故障演變：初期緩慢，后期加劇。磨損產(chǎn)物：金屬粉末。

2.4 斜盤式軸向柱塞泵球形導(dǎo)向裝置（球頭）破損

故障現(xiàn)象：舵槳液壓油壓力正常；濾器不堵塞報警；轉(zhuǎn)舵非常遲滯或故障。

故障演變：突發(fā)性。

磨損產(chǎn)物：金屬塊狀。

3 舵槳液壓系統(tǒng)故障分析

ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)液壓油泄漏常常發(fā)生在新造船或者剛剛修理過的液壓系統(tǒng)上。這類故障的原因主要有：管路上的法蘭固定螺栓上緊不到位；管路上的法蘭墊片或O型圈選擇、安裝不恰當(dāng)；振動造成法蘭固定螺栓松脫或疲勞損壞。液壓油被污染主要是因為冷卻器芯破損或者O型圈密封性失效海水進入后造成液壓油乳化。冷卻器芯破損原因不外乎是：流體的沖刷；海水的腐蝕；振動或者疏通時被破壞。O型圈密封性失效主要是O型圈老化失去彈性、O型圈尺寸選擇不恰當(dāng)或安裝不到位。

下面重點對ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)中的液壓泵故障進行分析。ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)中的液壓泵選用伊頓EATON7620重型斜盤式軸向柱塞泵。

3.1 伊頓EATON7620重型斜盤式軸向柱塞泵簡述

泵內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸筒（柱塞、回程盤）與球形導(dǎo)向裝置與軸齒連，并同軸一起旋轉(zhuǎn)。斜盤的傾角大小和方向是由兩個伺服油缸來控制的，通過改變斜盤傾角和方向來控制泵變量和變向。定心彈簧的張力通過6枚頂針作用在球形導(dǎo)向裝置上，再通過球形導(dǎo)向裝置頂在回程盤上使與柱塞鉸鏈的滑履抵壓在承磨盤斜盤上。回程盤是一直頂住球形導(dǎo)向裝置并繞其擺動。泵工作時，排出側(cè)的回程盤在斜盤的作用下偏向缸體，同時吸入側(cè)回程盤以球形導(dǎo)向裝置為支點擺動遠離缸體從而將吸入側(cè)的柱塞從油缸中拉出。補油泵是一擺線定轉(zhuǎn)子泵，泵體全部為鑄鐵結(jié)構(gòu)，用螺栓安裝在主泵（柱塞泵）上，而且補油泵上還裝有一個插裝式溢流閥。

3.2 補油泵故障分析

擺線轉(zhuǎn)子泵的特點：內(nèi)外轉(zhuǎn)子同向旋轉(zhuǎn)，兩個轉(zhuǎn)子相對滑動速度小，且只相差一個齒，故磨損少、運行平穩(wěn)、壽命長。補油泵在正常情況下轉(zhuǎn)子齒合面發(fā)生磨損的幾率小，齒合面發(fā)生磨損多數(shù)是因其他原因造成的。根據(jù)伊頓EATON7620產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)資料，軸承設(shè)計壽命10000小時，轉(zhuǎn)速4510轉(zhuǎn)/分。補油泵軸承損壞主要因軸承超期服役或者泵發(fā)生斷油引起的干磨損。一旦軸承發(fā)生損壞，補油泵又因泵體為鑄鐵材料，在高轉(zhuǎn)速和磨損產(chǎn)物一起作用下，磨損快速演變，就會發(fā)生軸承安裝座孔、泵軸、泵殼端面以及轉(zhuǎn)子齒合面磨損。

3.3 斜盤式軸向柱塞泵球形導(dǎo)向裝置故障分析

在驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳旋轉(zhuǎn)時，回程盤在斜盤作用下以球形導(dǎo)向裝置為支點擺動，同時還承擔(dān)著將吸入側(cè)的柱塞從油缸中拉出力。回程盤與球形導(dǎo)向裝置的接觸力因為回程盤與球形導(dǎo)向裝置都是圓弧面、接觸面很窄所以大。回程盤與球形導(dǎo)向裝置長期磨擦下，回程盤的孔徑變大而球形導(dǎo)向裝置球面變成錐面，最后導(dǎo)致回程盤與球形導(dǎo)向裝置的接觸面更接近球形導(dǎo)向裝置根部。一旦下沉量超過頂針的最大伸出量時，定心彈簧的張力就不能夠?qū)⑶蛐螌?dǎo)向裝置頂住回程盤。回程盤與球形導(dǎo)向裝置之間就會有間隙。在斜盤的作用下，回程盤與球形導(dǎo)向裝置就會形成敲擊。敲擊作用會加大回程盤的擺幅，由于擺幅增大會導(dǎo)致回程盤的上沿與舊磨痕的臺階形成撞擊而加劇磨損。同時球形導(dǎo)向裝置的壁厚由于磨損變薄，球形導(dǎo)向裝置的強度變差最終可能會被敲擊破裂。

4 ZP-31全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)管理

港作拖輪的全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)故障不僅影響到自身安全，而且還涉及被協(xié)助大輪安全。為了保證全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)的運行處于受控狀態(tài)并保持良好的技術(shù)狀況，管理人員要切實做好液壓系統(tǒng)管理工作。

4.1 日常管理

（1）合理規(guī)范操作全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)，避免粗暴操作。

（2）每日做好靜態(tài)和動態(tài)點檢。靜態(tài)點檢主要檢查系統(tǒng)油箱液位、外泄漏、液壓油質(zhì)；動態(tài)點檢主要檢查系統(tǒng)各運行參數(shù)（油壓、油溫、濾器壓差）、運轉(zhuǎn)狀態(tài)（運行平穩(wěn)無異響、各主要設(shè)備振動溫升正常等）。

（3）定期規(guī)范做好全回轉(zhuǎn)舵槳裝置液壓系統(tǒng)監(jiān)測報警效用試驗。主要效驗項目包括：液位低位、油壓低、油溫高及濾器臟堵報警。

（4）定期檢修。定期檢修很重要，能夠提前發(fā)現(xiàn)問題，提前處理，防止問題擴大。可以根據(jù)產(chǎn)品維護保養(yǎng)周期表要求，結(jié)合實際同型產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)生過的故障，確定液壓系統(tǒng)的定期檢修部位，項目，內(nèi)容，方法，周期，判定標(biāo)準(zhǔn)。

（5）定期油品化驗。定期取樣對液壓油進行各項指標(biāo)的檢驗，判別液壓油被污染的程度、理化性能。

（6）備件儲備。關(guān)鍵部件可結(jié)合實際同型產(chǎn)品使用壽命合理提前儲備，當(dāng)發(fā)生故障時可以及時更換，縮短停航時間。

（7）提高管理人員業(yè)務(wù)水平。加強管理人員知識的培養(yǎng)，在緊急情況下能夠正確地做出判斷，不能因小問題處理不當(dāng)造成大問題！

4.2 維修后管理

（1）系統(tǒng)維修后確保不要混進雜質(zhì)。油箱及管路清潔避免用回絲拭擦，清潔后檢查正常及時封蓋或保護包扎好。管路檢修及時換新O型圈或墊片，并加強維修后檢查，法蘭對接螺栓最后采用雙螺母固定。

（2）維修過的液壓油泵和馬達安裝到位后要灌滿干凈液壓油。

（3）系統(tǒng)維修后可以采用分段式排氣方法排除系統(tǒng)中的空氣。首先松開濾器蓋螺栓，開啟濾器上開關(guān)檢查油流出是否連續(xù)；其次拆下插裝式溢流閥觀察油流出情況；再次通過盤車讓主泵吸排管沖入液壓油，盤車時間長些更可靠；最后可以開啟壓縮空氣沖車，觀察油壓力表指針是否偏轉(zhuǎn)，一旦壓力表偏轉(zhuǎn)表示系統(tǒng)建壓成功，系統(tǒng)空氣基本排盡。

（4）油箱換新油靜置4-6小時充分散去油里混入的空氣后試車，避免系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。