港作拖船組合錨絞機液壓系統原理及故障分析

李文釗

(神華黃驊港務有限責任公司，河北 滄州 061113)

組合錨絞機是港作全回轉拖船上的重要作業設備，主要用于收絞纜索和拖曳作業[1]。組合錨絞機纜繩卷筒的正反轉和制動動作均采用液壓控制方式。由于拖船組合錨絞機作業頻繁，同時海上環境惡劣，對液壓系統的科學維護和故障處理的需求日益迫切。

1 液壓控制系統原理分析

1.1 組合錨絞機液壓系統主要組成及技術參數

某港作拖船配備的液壓組合錨絞機型號為TJKOYO-H-39.2-AW26/44.1-TR110，其主要技術參數見表1。

表1 液壓系統主要技術參數

1.2 液壓系統執行元件

彈簧缸為組合錨絞機制動機構的執行元件，在拖曳作業中提供足夠的制動力，其結構如圖1所示。彈簧缸的工作壓力5 MPa，缸徑250 mm，活塞桿徑56 mm，行程150 mm，密封采用日本“NOK”密封件。彈簧技術參數見表2。

表2 彈簧技術參數

圖1 彈簧缸結構示意圖

1.3 組合錨絞機液壓系統工作原理

組合錨絞機的液壓系統由液壓泵站、機旁閥組、卷筒液壓驅動器和彈簧缸等組成，協同完成組合錨絞機主軸正反轉動、制動鋼帶打開和液壓絞盤正反轉動作，其工作原理如圖2所示。

圖2 組合錨絞機液壓系統原理圖

錨絞機收放纜的工作原理：主軸左轉放纜時，電動機驅動變量液壓泵運轉，將液壓油從油箱泵入系統。液壓油首先進入單向閥，該閥起到防止系統油壓過高，回流損傷液壓泵的作用。之后經安全溢流閥后系統油壓調定到15.6 MPa。之后經過高壓截止閥進入比例換向組合閥，該閥為中位機能M型三位四通比例閥和三位三通換向閥組合而成，兩閥聯鎖動作。不工作時，中位機能起到液壓驅動器鎖緊，泵卸荷的作用。左轉時換向閥處在左位，之后液壓油達到外控溢流閥的調定壓力，從而導通液壓驅動器回油油路。然后液壓油進入安全閥，該閥與卷筒液壓驅動器并聯起到雙向超負荷泄壓的作用，尤其是能避免在拖曳中制動鋼帶失效導致液壓驅動器超負荷轉動時產生高壓沖擊。最后液壓油進入液壓驅動器使其左轉。主軸在右轉收纜時，比例換向組合閥處于右位，其它與左轉時相同。

卷筒制動工作原理[2]：錨絞機繩筒的制動通過2段弧形鋼帶鉸接后由彈簧缸拉緊來實現，采用液壓打開彈簧復位的方式。制動鋼帶打開時，液壓泵泵油，經單向閥和安全溢流閥后，15.6 MPa的液壓油分為兩路，一路為主動作油路，另一路為控制油路。主動作油路經過高壓截止閥后進入彈簧缸減壓閥，油壓減至5 MPa，之后進入外控兩位三通換向閥的P口?？刂朴吐穭t進入減壓閥，油壓減至2.9 MPa后，進入電磁換向閥左位，之后再進入比例換向組合閥的E口。電磁換向閥的作用是在得電時右位通，控制油路被截斷，彈簧缸無法打開，制動鋼帶鎖死；而正常工作時控制油路通過比例換向組合閥控制，與錨絞機主軸的轉動形成連鎖，當錨絞機繩筒正轉或反轉時，組合閥的三位三通閥部分都會將控制油路導通至兩位三通閥，從而使通至P口的主油路液壓油進入彈簧缸的右腔，推動活塞向左移動。

液壓絞盤的動作原理：絞盤的液壓工作原理與錨絞機主軸轉動的原理相似，區別在于其比例換向閥與錨絞機主軸的比例換向閥串聯，在錨絞機主軸的比例換向閥處于中位機能，泵卸荷時才能使用液壓絞盤。另外，由于絞盤的額定負載較小，在卷筒液壓驅動器上未設置安全閥。

2 液壓系統典型故障實例分析

2.1 振動和噪聲

組合錨絞機的液壓站設置在拖船機艙，由于機艙主柴油機、空壓機和各種水泵等設備眾多，運轉過程中產生的振動較大，所以要對液壓泵及其管路及時做好防振措施，避免引起共振損壞設備。另外，由于拖船作業時受海上風浪影響，組合錨絞機液壓系統經常處于晃動狀態，此時要特別檢查液壓站油箱液位，避免泵吸入空氣產生噪聲等危害。此外，液壓泵站與執行機構間高壓管路較長且穿越多個艙壁，要特別關注管路法蘭的工作狀態，避免因船體振動造成法蘭連接處出現滲漏。

2.2 液壓元件銹蝕

組合錨絞機位于拖船艏甲板，其機旁操作控制站一般在附近位置露天布置。拖船航行中海水涌上甲板會直接侵蝕閥件和管路，縮短使用壽命。因此要定期維護保養，減緩液壓元件銹蝕速度，發現設備缺陷及時處置，避免產生更大故障。

某拖船組合錨絞機在使用過程中彈簧缸出現底部端蓋滲油現象，經拆檢發現O型圈失效，同時密封槽在O型圈和金屬接觸面發生腐蝕。經技術人員現場分析，液壓缸長期海上室外運行，海水或雨水通過缸體與端蓋的裝配間隙滲入槽內，從而發生間隙腐蝕。另外密封槽內潤滑脂失效時發生的油水分離也加劇了腐蝕情況，若逐步發展成較大深坑，將會導致無法密封。為解決該問題，技術人員決定通過車床加工增大密封槽與底部端蓋裝配縫隙的距離，并在裝配接觸面涂抹密封膠的方式增強水密性，防止海水或雨水滲入。

2.3 卷筒液壓驅動器泄漏和外殼破裂故障

某拖船錨絞機運轉時軸端發生外部泄漏。拆檢發現，卷筒液壓驅動器軸端密封圈損壞。經分析，設備已穩定運行5年以上，從未做過拆檢，排除裝配不當造成損壞。故障距拖船塢修完成日期較短，而塢修時船體和甲板部分噴砂除銹可能造成砂石進入液壓驅動器軸封，從而造成磨損。

某拖船在協助貨船離港作業中，出現液壓驅動器外殼破裂故障。經分析，貨船帶好纜繩后，錨絞機在拖船后退過程中放纜，若拖船后退與放纜的速度不匹配，會出現卷筒制動帶未及時剎緊或者制動力不夠，導致卷纜筒打滑現象，進而帶動液壓驅動器轉動，此時液壓驅動器的進回油管處于封閉狀態，液壓驅動器內部會出現瞬態高壓沖擊。當油壓高于液壓驅動器外殼強度時，外殼就會破裂。

2.4 彈簧缸彈簧斷裂

某拖船錨絞機在使用中發現彈簧缸活塞桿位置較之前高出約10 mm，未完全復位?，F場檢查彈簧缸動作情況，未見明顯異常，排除液壓系統故障。彈簧缸拆檢后發現，彈簧斷裂成3段，彈簧座壓潰。此故障較少見，該錨絞機彈簧缸使用5年，而同類設備一般可穩定運行15年以上，排除疲勞斷裂的可能。維修過程中發現，損壞彈簧的中心距比圖紙中的設計值小，導致其內圈壓在凸臺外緣，無法入座。這導致彈簧座凸臺在使用中被壓潰，進而彈簧傾斜，在液壓作用下受力不均從而斷裂。

2.5 溢流閥芯卡阻

某拖船錨絞機在協助貨船離泊作業過程中出現無法絞纜的故障?，F場檢查錨絞機發現，錨絞機放纜時動作正常，但絞纜時彈簧缸活塞桿伸出不到位，從而無法打開制動器。制動器打開由比例換向組合閥控制，當操作手柄離開中位時通過機械聯鎖導通彈簧缸控制油路。由于制動器在放纜動作時能正常打開，排除組合閥和制動器控制油路故障。查看液壓泵出口壓力發現，當放纜時最大壓力達10 MPa，但絞纜時只有2 MPa。分析原理圖發現，當外控溢流閥閥芯卡阻后，會造成卷筒液壓驅動器R口至比例換向組合閥B口始終導通。該狀態下，比例換向閥左位導通時，錨絞機正常放纜，但右位導通時液壓油直接回流至油箱，系統壓力為回油背壓2 MPa。而在制動器控制油路中設定工作壓力為2.9 MPa，大于此時液壓系統的壓力，從而導致彈簧缸無法打開。

2.6 制動帶無法打開

某拖船作業時發生錨絞機無動作故障。經檢查，發現駕駛臺遙控時現場比例換向組合閥的手柄能正常動作，但是彈簧缸和纜繩卷筒均無任何動作，液壓泵出口壓力達10 MPa。初步判斷錨絞機遠程遙控系統能夠正?？刂剖直鷦幼鳎硗膊粍幼魇怯捎谥苿悠魑创蜷_造成的。分析液壓系統原理圖，逐一排查制動控制油路閥件，最終確定外控兩位三通換向閥阻尼孔堵塞，導致閥無法動作，清洗裝復后工作正常。