一起典型的拖船艏側推故障分析

趙德寶，孫小明

(1.山東省海洋與漁業監督監察總隊第一支隊，山東 青島 266555；2.天津新港船舶重工有限責任公司 修船廠，天津 300457)

隨著船舶制造技術的飛速發展和對機動性需求的不斷提高，艏側推裝置越來越多地應用到營運船舶上。尤其是經?？侩x碼頭或航行在狹窄水道的工程船舶，側推裝置能夠大大增加其機動性能和安全性能。常見的變距形式的側推都采用液壓驅動，船舶艏側推布置在水線以下，因而對液壓系統故障的判斷，并提供合理的解決方案，是修船工程技術一個重要的課題和研究難點[1]。

1 故障現象

某“濱海”系列遠洋三用拖船在營運期間發現艏側推出現液壓油泄漏故障，馬上進船塢進行維修。將側推裝置整體拆卸并運至車間進行解體，按相關修理規范測量各部件配合間隙，對配合超差的密封面進行修補，更換所有密封件及損壞的軸承，維修工作完成后回裝、加裝液壓油并完成驅氣和壓力試驗。

以上工作完成后進行螺距試驗，調試人員發現槳葉螺距變化一個小的角度之后突然停止，此時控制面板顯示系統油壓增高到極限值，以致系統溢流閥開始卸荷。依照液壓系統常見的故障排查程序，首先考慮液壓油系統中可能有空氣存在，進行了多次系統放氣后，故障并未消除。由于此故障會影響工程進度甚至塢次計劃，船廠工程技術人員和船員一起緊急勘察，對故障現象進行分析，并討論解決方案。

2 艏側推系統工作原理

查閱了相關圖紙和說明書得知，艏側推型號為Kawasaki KT-32B，其系統原理如圖1所示。

艏側推通過柴油機驅動，柴油機輸出的動力通過傘形齒輪傳遞至垂直軸，然后又通過傘形齒輪傳遞給水平軸，從而帶動螺旋槳旋轉。艏側推為可調距形式，通過液壓傳動控制伺服活塞沿軸向往復運動，帶動與之相連的滑塊圓周運動，進而帶動槳葉螺距變化。

1-殼體；2-伺服活塞；3-手動泵；4-油箱；5-油泵；6-換向閥；7-垂直軸；8-水平軸

本系統的潤滑油和液壓油在殼體內共用，油泵提供液壓動力，通過換向閥控制液壓油的流向，進而活塞在油缸內往復運動并通過滑塊曲柄銷等裝置帶動槳葉轉矩變化。系統通過高位油箱和手動泵進行補油，可以通過油箱液位變化判斷系統泄漏的情況。此次漏油的原因就是槳榖與本體之間端面密封處可能出現雜質，將碳晶密封和與之配合的壓蓋之間磨出溝槽，導致側推密封的損壞。

3 液壓故障分析

經過查閱技術資料和勘察分析，發現螺距控制失效導致故障的可能原因如下[2]。

(1) 控制系統故障，如控制線路斷路或者反饋機構失靈；(2) 液壓油系統進入空氣；(3) 系統泄漏嚴重；(4) 油液臟污導致控制閥件卡阻或失靈；(5) 傳動部分卡滯。

本次塢修工程在車間內已將艏側推拆解，并將泄漏的密封面修復及換新。同時更換所有的密封件，且加油后試驗不再泄漏，因此原因(3)可以首先排除；由于原電控系統正常且在塢修過程中未曾修理，工作人員也詳細檢查了控制和反饋系統線路后未發現異常，可以排除原因(1)；這次修理更換了所有液壓油且做好了清潔工作，從故障現象上看基本排除了原因(4)，即油液臟污導致；起初工作人員都認為故障的可能原因是系統進入空氣，而多次放氣之后沒有任何效果，原因(2)也可以排除。經反復檢查勘驗后，故障原因基本鎖定在變距傳動部分機械故障。

經過細致檢查，發現在艏側推的上層甲板有伺服油缸與側推相連，即圖1中的換向閥與伺服油缸聯動。用手來回推動油缸時發現非常費力，而正常情況下這個小油缸應該能被輕松撥動。造成此種現象的原因，一是油缸本身出現了故障造成卡阻，二是與之相連的側推內部反饋機構如芯軸等部位出現卡阻。伺服油缸之前運行正常且本次修理并未改動，由此初步判斷與之相連的機構出現卡阻。

側推裝置結構示意圖見圖2，打開側推的端蓋發現，帶動槳葉同步轉動的伺服活塞和芯軸相連，芯軸的內孔與外部分別將進回油路引至活塞兩端面。芯軸通過相關結構與搖臂連接，而搖臂與上述伺服油缸連接。油缸帶動搖臂及芯軸在水平軸內部往復運動，芯軸端部車出幾道溝槽形成了滑閥結構，環形溝槽與銅質閥套相配合。當二者相對滑動時改變油管中液壓油的方向，從而實現了活塞的往復運動。當發出變距命令時，伺服油缸動作帶動芯軸移動很小一段距離，此時液壓油便順著芯軸的內孔和與外軸形成的環形空腔組成了進回油路，壓力油的壓差作用在伺服活塞上，活塞在油腔內通過曲柄盤柱形銷帶動槳葉轉動從而達到了變距的效果。

1-伺服活塞；2-油管；3-端蓋；4-搖臂；5-芯軸；6-銅質閥套；7-芯軸滑閥與閥套

由圖2可知，芯軸滑閥與閥套起到了整個液壓系統“導閥”的作用，正常情況下二者配合應非常順滑，但此時撥動伺服油缸十分費力，說明芯軸部件出現了卡滯。經詢問負責拆裝工作的人員得知，在拆檢芯軸時曾由于吊裝帶脫落，軸頭處曾與地面發生磕碰。雖然目測沒有損傷，但軸頭部分已經發生了塑性變形。導致此處配合間隙太小而產生了明顯卡阻，阻力遠超出伺服油缸的推力，從而導致了變距失靈。

4 解決方案

查明故障原因后，船廠工人與船上輪機員一起放掉側推本體中的液壓油，拆下端蓋、搖臂與芯軸的連接螺母。用手推動芯軸，發覺阻力很大，并非正常的順滑狀態，從而確定故障的原因也正在此處。

在說明資料上并未找到此處的配合間隙，且因工期緊張無法上車床加工，便拆下閥套，用刮刀拂刮芯軸頭部，直至芯軸能夠在閥套處輕松撥動。然后回裝各部件并重新加油驅氣，再次進行調距試驗，發現變距操作能夠實現，變距故障基本解決。但倒車操作時，反應明顯遲滯且在中間段出現40 s左右的停滯，后經調節倒車側調速閥，使系統液壓油量正常，倒車反應遲滯現象消失，反復操作測試后確定裝置恢復正常。

5 結束語

本船艏側推裝置是典型的Z型傳動，并能實現槳葉調距的推進裝置，除了常見的傘齒輪機械機構，其液壓系統也較為復雜。其中不乏滑閥與芯軸這種配合較為精密的部分，在拆檢維修的過程中一定要注意避免磕碰等機械損傷。

液壓系統的故障原因分析較為復雜，在分析時通常采取自上而下、樹狀分析的方法[3]。根據現象列舉可能的原因，然后根據實際情況逐個排除，最終實際操作結合理論分析得出故障的真正原因[4]。作為塢修項目之一，對艏側推常見故障的分析也有利于縮短塢期并提高生產率。