一起典型的拖船艏側(cè)推故障分析

趙德寶，孫小明

(1.山東省海洋與漁業(yè)監(jiān)督監(jiān)察總隊(duì)第一支隊(duì)，山東 青島 266555；2.天津新港船舶重工有限責(zé)任公司 修船廠，天津 300457)

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

1 故障現(xiàn)象

某“濱海”系列遠(yuǎn)洋三用拖船在營運(yùn)期間發(fā)現(xiàn)艏側(cè)推出現(xiàn)液壓油泄漏故障，馬上進(jìn)船塢進(jìn)行維修。將側(cè)推裝置整體拆卸并運(yùn)至車間進(jìn)行解體，按相關(guān)修理規(guī)范測量各部件配合間隙，對配合超差的密封面進(jìn)行修補(bǔ)，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(qū)氣和壓力試驗(yàn)。

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

2 艏側(cè)推系統(tǒng)工作原理

查閱了相關(guān)圖紙和說明書得知，艏側(cè)推型號為Kawasaki KT-32B，其系統(tǒng)原理如圖1所示。

艏側(cè)推通過柴油機(jī)驅(qū)動，柴油機(jī)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(zhuǎn)。艏側(cè)推為可調(diào)距形式，通過液壓傳動控制伺服活塞沿軸向往復(fù)運(yùn)動，帶動與之相連的滑塊圓周運(yùn)動，進(jìn)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(tǒng)的潤滑油和液壓油在殼體內(nèi)共用，油泵提供液壓動力，通過換向閥控制液壓油的流向，進(jìn)而活塞在油缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動并通過滑塊曲柄銷等裝置帶動槳葉轉(zhuǎn)矩變化。系統(tǒng)通過高位油箱和手動泵進(jìn)行補(bǔ)油，可以通過油箱液位變化判斷系統(tǒng)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(xiàn)雜質(zhì)，將碳晶密封和與之配合的壓蓋之間磨出溝槽，導(dǎo)致側(cè)推密封的損壞。

3 液壓故障分析

經(jīng)過查閱技術(shù)資料和勘察分析，發(fā)現(xiàn)螺距控制失效導(dǎo)致故障的可能原因如下[2]。

(1) 控制系統(tǒng)故障，如控制線路斷路或者反饋機(jī)構(gòu)失靈；(2) 液壓油系統(tǒng)進(jìn)入空氣；(3) 系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重；(4) 油液臟污導(dǎo)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(nèi)已將艏側(cè)推拆解，并將泄漏的密封面修復(fù)及換新。同時(shí)更換所有的密封件，且加油后試驗(yàn)不再泄漏，因此原因(3)可以首先排除；由于原電控系統(tǒng)正常且在塢修過程中未曾修理，工作人員也詳細(xì)檢查了控制和反饋系統(tǒng)線路后未發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象上看基本排除了原因(4)，即油液臟污導(dǎo)致；起初工作人員都認(rèn)為故障的可能原因是系統(tǒng)進(jìn)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(jīng)反復(fù)檢查勘驗(yàn)后，故障原因基本鎖定在變距傳動部分機(jī)械故障。

經(jīng)過細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)在艏側(cè)推的上層甲板有伺服油缸與側(cè)推相連，即圖1中的換向閥與伺服油缸聯(lián)動。用手來回推動油缸時(shí)發(fā)現(xiàn)非常費(fèi)力，而正常情況下這個(gè)小油缸應(yīng)該能被輕松撥動。造成此種現(xiàn)象的原因，一是油缸本身出現(xiàn)了故障造成卡阻，二是與之相連的側(cè)推內(nèi)部反饋機(jī)構(gòu)如芯軸等部位出現(xiàn)卡阻。伺服油缸之前運(yùn)行正常且本次修理并未改動，由此初步判斷與之相連的機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡阻。

側(cè)推裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，打開側(cè)推的端蓋發(fā)現(xiàn)，帶動槳葉同步轉(zhuǎn)動的伺服活塞和芯軸相連，芯軸的內(nèi)孔與外部分別將進(jìn)回油路引至活塞兩端面。芯軸通過相關(guān)結(jié)構(gòu)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(nèi)部往復(fù)運(yùn)動，芯軸端部車出幾道溝槽形成了滑閥結(jié)構(gòu)，環(huán)形溝槽與銅質(zhì)閥套相配合。當(dāng)二者相對滑動時(shí)改變油管中液壓油的方向，從而實(shí)現(xiàn)了活塞的往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)發(fā)出變距命令時(shí)，伺服油缸動作帶動芯軸移動很小一段距離，此時(shí)液壓油便順著芯軸的內(nèi)孔和與外軸形成的環(huán)形空腔組成了進(jìn)回油路，壓力油的壓差作用在伺服活塞上，活塞在油腔內(nèi)通過曲柄盤柱形銷帶動槳葉轉(zhuǎn)動從而達(dá)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(zhì)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(gè)液壓系統(tǒng)“導(dǎo)閥”的作用，正常情況下二者配合應(yīng)非常順滑，但此時(shí)撥動伺服油缸十分費(fèi)力，說明芯軸部件出現(xiàn)了卡滯。經(jīng)詢問負(fù)責(zé)拆裝工作的人員得知，在拆檢芯軸時(shí)曾由于吊裝帶脫落，軸頭處曾與地面發(fā)生磕碰。雖然目測沒有損傷，但軸頭部分已經(jīng)發(fā)生了塑性變形。導(dǎo)致此處配合間隙太小而產(chǎn)生了明顯卡阻，阻力遠(yuǎn)超出伺服油缸的推力，從而導(dǎo)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(jī)員一起放掉側(cè)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(fā)覺阻力很大，并非正常的順滑狀態(tài)，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(qū)氣，再次進(jìn)行調(diào)距試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)變距操作能夠?qū)崿F(xiàn)，變距故障基本解決。但倒車操作時(shí)，反應(yīng)明顯遲滯且在中間段出現(xiàn)40 s左右的停滯，后經(jīng)調(diào)節(jié)倒車側(cè)調(diào)速閥，使系統(tǒng)液壓油量正常，倒車反應(yīng)遲滯現(xiàn)象消失，反復(fù)操作測試后確定裝置恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語

本船艏側(cè)推裝置是典型的Z型傳動，并能實(shí)現(xiàn)槳葉調(diào)距的推進(jìn)裝置，除了常見的傘齒輪機(jī)械機(jī)構(gòu)，其液壓系統(tǒng)也較為復(fù)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(jī)械損傷。

液壓系統(tǒng)的故障原因分析較為復(fù)雜，在分析時(shí)通常采取自上而下、樹狀分析的方法[3]。根據(jù)現(xiàn)象列舉可能的原因，然后根據(jù)實(shí)際情況逐個(gè)排除，最終實(shí)際操作結(jié)合理論分析得出故障的真正原因[4]。作為塢修項(xiàng)目之一，對艏側(cè)推常見故障的分析也有利于縮短塢期并提高生產(chǎn)率。