某輪齒輪箱故障原因分析與處理

周春磊 煙臺打撈局

1.引言

航運業(yè)屬高風(fēng)險行業(yè)，船舶設(shè)備的狀態(tài)直接關(guān)系到人員和船舶的安全。秉承“安全第一，預(yù)防為主”理念，加強(qiáng)船舶設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，及時排除各種隱患，解決設(shè)備故障，是保障船舶安全的基礎(chǔ)性工作，也是輪機(jī)管理人員履職盡責(zé)、壓實安全生產(chǎn)責(zé)任制的具體體現(xiàn)。本文結(jié)合實際案例，分析某輪齒輪箱故障的原因，探究解決問題的途徑、辦法。通過故障的解決，保證了船舶的安全運營。

2.船舶相關(guān)資料

某輪是一艘具有拖帶、供給和協(xié)助起拋錨作業(yè)能力的三用拖輪，配備雙主機(jī)、雙螺旋槳和雙舵，各獨立齒輪箱，主機(jī)MAN 9L32/44CR，采用共軌電噴系統(tǒng)，額定功率5040KW×2。齒輪箱型號LAF 6755 HR K 41A，通過齒輪嚙合PTO輸出軸帶發(fā)電機(jī)，減速比4.217：1，油壓嚙合離合器驅(qū)動艉軸螺旋槳，同時聯(lián)動CPP控制系統(tǒng)。

3.齒輪箱故障現(xiàn)象

某輪右主機(jī)齒輪箱在運行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，現(xiàn)象如下：

①右機(jī)齒輪箱運轉(zhuǎn)時潤滑壓力一直比左機(jī)潤滑壓力低；

②備車時離合器經(jīng)常無法合排；

③離合器合排后加速到500 r/min時經(jīng)常故障性脫開；

④在主機(jī)長時間運轉(zhuǎn)后的完車過程中，當(dāng)降速到500 r/min時離合器極易故障性脫開。

4.齒輪箱工作程序

根據(jù)控制系統(tǒng) 圖（見 圖1）齒輪箱的工作程序是：開啟預(yù)潤滑油泵，滑油工作壓力（-A 35 operating pressure）為26bar。操作啟動主機(jī)，主機(jī)怠速450 r/m i n 正常運轉(zhuǎn)（由于預(yù)潤滑油泵和機(jī)帶泵間的單向閥作用，機(jī)帶泵此時處于卸載回流工作狀態(tài)），系統(tǒng)油一路通過溢流閥到各個支點去潤滑各個部位，另一路通過兩位四通閥P口到B口至蓄能器（buffer modul）蓄壓。操作合主機(jī)離合器，兩位四通閥右側(cè)導(dǎo)通，工作油經(jīng)兩位四通閥P口至A口到main clutch合離合器，合上離合器后主機(jī)加速到500 r/min時，預(yù)潤滑油泵自動停止，機(jī)帶泵投入工作，主機(jī)轉(zhuǎn)速加至750r/min后定速運轉(zhuǎn)。

圖1 齒輪箱控制系統(tǒng)簡圖

5.齒輪箱故障排查與分析

鑒于該設(shè)備的故障現(xiàn)象，從以下幾個方面進(jìn)行檢查：

5.1 檢查電磁閥組電控信號

監(jiān)測電磁閥組電控信號（見圖1電磁閥 a、b 處），測量得出：在合、脫離合器時控制系統(tǒng)發(fā)送的電控信號均正常，監(jiān)測-A465、-A103、-A74等處（見圖2）反饋信號也正常。

5.2 檢查閥組處溢流閥

測量左、右齒輪箱溢流閥前工作壓力（-A35operating pressure）均為26ba r（離合器工作壓力最低為17bar），但閥后潤滑壓力（-A465 lube oil pressure）卻有明顯差別（左0.7 bar/右1.7 bar），調(diào)節(jié)左、右溢流閥調(diào)壓閥，工作壓力明顯升降時潤滑壓力基本維持不變。

5.3 檢查與分析滑油壓力情況

檢測溢流閥后潤滑壓力（-A465）情況：潤滑壓力管到各處潤滑點共10個分支，因建造圖紙中沒有各個潤滑點處的詳細(xì)說明，只能一起打開左、右齒輪箱的對應(yīng)道門后開啟潤滑油泵，并對應(yīng)各個潤滑點的潤滑油流量進(jìn)行對比，同時一一對比拆卸的左、右各個支管管徑。經(jīng)比對后發(fā)現(xiàn)：右機(jī)潤滑管系第一分支處油流量明顯大于左機(jī)，拆卸管路發(fā)現(xiàn)左側(cè)管進(jìn)機(jī)處有一外徑10毫米內(nèi)置3毫米阻尼孔的螺栓，但右側(cè)卻缺少該螺栓（見圖3），對比其他進(jìn)機(jī)管情況基本相同。右機(jī)裝上阻尼螺栓（見圖 4）后試驗潤滑壓力從0.7 bar上升到1.3bar，且維持不變，試車后合離合仍存在原故障②③④現(xiàn)象。

通過觀察合離合器瞬間壓力變化，存在以下規(guī)律：合左機(jī)離合器時滑油工作壓力從26bar瞬間降到8bar，但也瞬時恢復(fù)到正常工作壓力，主機(jī)加速到500r/min時預(yù)潤滑油泵停止，機(jī)帶泵投入工作瞬間壓力降到18bar也瞬時恢復(fù)到正常壓力；合右車離合器時工作壓力卻降到7bar，有時恢復(fù)到正常壓力所需時間較長（此時正是合不上離合的時候），當(dāng)合離合器成功，主機(jī)加速到500r/min預(yù)潤滑油泵、機(jī)帶泵切換時工作壓力降到17bar左右，有時保持時間較長（此時也正是離合故障脫開時）；調(diào)節(jié)溢流閥使工作壓力上升到28bar后觀察合離合情況：合離合初期（主機(jī)轉(zhuǎn)速450r/min時）故障②現(xiàn)象仍存在，但主機(jī)加/減速到500r/min預(yù)潤滑泵停止/啟動切換時，工作壓力下降到18bar且很快恢復(fù)到正常工作壓力，試驗多次并沒有再發(fā)生開始的故障③④現(xiàn)象。

結(jié)合系統(tǒng)圖，通過上述分析得出：該系列故障基本可以排除電氣方面原因，與溢流閥閥后潤滑壓力大小也沒有直接關(guān)聯(lián)。根據(jù)系統(tǒng)圖工作原理可以看出：合離合前工作滑油一路經(jīng)兩位四通閥P-B導(dǎo)通后至BUFFER MODUL蓄壓，另一路流經(jīng)溢流閥后到各潤滑點，合離合時兩位四通閥閥芯右移P-A導(dǎo)通去離合器合離合，B-T導(dǎo)通經(jīng)T口泄放到油底殼，左右齒輪箱、機(jī)帶泵、預(yù)潤滑油泵及附屬管件規(guī)格型號都相同，但右機(jī)卻在合離合器時發(fā)生上述故障②現(xiàn)象，經(jīng)分析初步懷疑右機(jī)兩位四通閥閥芯可能部分卡阻內(nèi)漏，導(dǎo)致在合離合時P端和T端連通泄壓，使工作壓力從26bar降到7bar而不能恢復(fù)到正常壓力導(dǎo)致合離合失敗。根據(jù)上述分析拆解右機(jī)兩位四通閥，取出閥芯（見圖5）發(fā)現(xiàn)閥芯在閥腔內(nèi)活絡(luò)不暢有卡阻現(xiàn)象。兩位四通閥整體和左機(jī)調(diào)換，裝配后試驗右機(jī)故障②現(xiàn)象消除，左機(jī)卻出現(xiàn)了右機(jī)相同的故障②現(xiàn)象。

圖2 監(jiān)控測量點詳表

6.分析結(jié)果與解決方案

故障現(xiàn)象①與阻尼螺栓的缺失有關(guān)，因該處為溢流閥后第一支管，油孔太大導(dǎo)致溢流閥后背壓不足，造成潤滑壓力明顯低于左車，并容易導(dǎo)致后續(xù)支點處潤滑不良，但裝復(fù)該缺失的阻尼螺栓后仍存在潤滑壓力比左車低的現(xiàn)象，這說明右機(jī)潤滑壓力管系還存在未發(fā)現(xiàn)的比左機(jī)大的進(jìn)機(jī)間隙。

故障現(xiàn)象②是由于該兩位四通閥閥芯卡阻原因造成，換新閥組徹底解決了該故障。

處理故障③④則是通過調(diào)節(jié)溢流閥提高閥前工作油壓（26bar→28bar），增加蓄能器緩沖作用的同時對沖因進(jìn)機(jī)管系間隙較大產(chǎn)生的壓降，使主機(jī)加或減速滑油泵切換時工作壓力的壓降減少（28bar→18bar），避免了故障性脫離合的可能性；主機(jī)長時間運轉(zhuǎn)后降速到500r/min時，在備用泵的切換節(jié)點出現(xiàn)脫離合現(xiàn)象，是由于機(jī)器的長時間運轉(zhuǎn)導(dǎo)致油溫較高粘度偏低，容易使切換時壓力降到17bar以下導(dǎo)致壓力低脫離合，通過調(diào)高滑油壓力同時適當(dāng)調(diào)節(jié)降低冷卻水溫度增加冷卻效果以確保故障③④不再發(fā)生。

7.結(jié)束語

圖3 左右進(jìn)機(jī)管處間隙比較

圖4 缺失的“阻尼螺栓”

圖5 卡阻的兩位四通閥閥芯

設(shè)備發(fā)生故障時不能習(xí)慣性定義型判斷，要利用掌握的理論知識再結(jié)合實際情況發(fā)散思維，例如在本案例中壓力低就不能一直習(xí)慣性認(rèn)為是溢流閥故障。處理設(shè)備問題要根據(jù)現(xiàn)場的癥狀具體分析，利用觀察的多方面情況做出精確判斷，進(jìn)而采取合理的解決措施，使設(shè)備以最佳的工況為船舶安全生產(chǎn)提供可靠保障！