CPP故障實(shí)例解析

龐宏偉 交通運(yùn)輸部北海救助局

1.故障現(xiàn)象

某船配置雙車可變螺距推進(jìn)裝置（型號：VBS 1020 MK5）。在某次定速航行中，值班人員檢查發(fā)現(xiàn)右CPP伺服油壓維持在4MPa左右，監(jiān)控電腦與機(jī)旁表壓顯示相同，對比觀察，左CPP伺服油壓穩(wěn)定在3MPa（調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力）。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：右車指令與反饋螺距差在4%-7%之間變化；左車螺距差位于+/-1%--+/-2%范圍內(nèi)。根據(jù)推進(jìn)控制系統(tǒng)工作原理可知，當(dāng)指令與反饋螺距差超過+/-3%時(shí)，推進(jìn)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，比例換向閥得電，壓力油進(jìn)入伺服油管，驅(qū)動(dòng)螺距操縱機(jī)構(gòu)，螺距改變，使螺距差為0，系統(tǒng)指令撤銷，螺距角通過液壓鎖被油液鎖定。密封處正常的微量泄漏和溫度的改變帶來的油液體積變化，會(huì)引起螺距變化，當(dāng)螺距差超過+/-3%時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)自動(dòng)重復(fù)上述控制過程。定速航行時(shí)，正常情況下，螺距變化非常緩慢，螺距差長時(shí)間處于+/-3%的范圍內(nèi)，推進(jìn)控制系統(tǒng)無操作指令發(fā)出，油泵泵出的伺服油，經(jīng)油壓調(diào)節(jié)閥旁通，回流至油箱，無油液進(jìn)入伺服油道，油壓維持在3MPa（調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力）。顯然，右車過大的螺距差和持續(xù)過高的伺服油壓是不正常的。

2.故障分析、查找

螺距的控制由電控系統(tǒng)和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)，電控系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都可能是故障的原因。為了提高工作效率和做出準(zhǔn)確判斷，把液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣控制隔離，進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)。

2.1 CPP機(jī)旁應(yīng)急操作工作原理

螺距控制由遙控轉(zhuǎn)到機(jī)旁，機(jī)旁螺距控制為切除反饋的開環(huán)控制--人為控制比例電磁閥通、斷電。機(jī)旁螺距控制見CPP伺服油系統(tǒng)原理圖（圖1）。

圖1 CPP伺服油系統(tǒng)原理

2.1.1 機(jī)旁螺距操作原理

操作手動(dòng)旋鈕，比例換向閥4左側(cè)或右側(cè)電磁線圈得電，閥芯移動(dòng)，來自油泵的壓力油經(jīng)濾器10、換向閥4、液壓鎖23、軸系內(nèi)部油道進(jìn)入進(jìn)或倒車伺服油缸，推動(dòng)伺服活塞向前或向后移動(dòng)，通過十字頭傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)螺旋槳螺距的變化。

當(dāng)伺服油進(jìn)入伺服油管時(shí)，壓力油經(jīng)梭閥12進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)閥5的控制端，壓力調(diào)節(jié)閥5關(guān)閉，伺服油管內(nèi)油壓升高，提高了伺服活塞的動(dòng)力。

2.1.2 機(jī)旁操作停止原理

釋放手動(dòng)旋鈕，比例換向閥4電磁線圈失電，閥芯回中，P口被封住，A、B、T口相互聯(lián)通；液壓鎖23前部伺服油經(jīng)換向閥4泄放至油柜，液壓鎖前部管路失壓，伺服活塞前后的伺服油被液壓鎖23鎖定，螺距角大小保持穩(wěn)定。

當(dāng)液壓鎖前部管路失壓時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥5的控制端油壓通過梭閥12 釋放，壓力調(diào)節(jié)閥5 把閥前管路油壓維持在3MPa（調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力3 MPa），為下次螺距操作儲(chǔ)備壓力。

2.2 CPP機(jī)旁應(yīng)急操作試驗(yàn)

在艉軸轉(zhuǎn)速為0rpm狀況下，進(jìn)行左、右螺旋槳進(jìn)、倒車操作試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)見表1。

從表1可看出：右推進(jìn)系統(tǒng)在油壓稍大的情況下，進(jìn)、倒車完成時(shí)間均長于左推進(jìn)系統(tǒng)。由此現(xiàn)象分析可得：伺服系統(tǒng)故障泄漏可導(dǎo)致進(jìn)油量不足，造成進(jìn)、倒車完成時(shí)間過長；閥件的磨損、卡阻和油管連接異常都可能是泄漏的原因。

表1

啟動(dòng)主機(jī)，合離合器，在螺旋槳怠速轉(zhuǎn)動(dòng)狀況下，進(jìn)行機(jī)旁螺距操作試驗(yàn)。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換到機(jī)旁時(shí)，右CPP螺距會(huì)自發(fā)往倒車方向漂移。根據(jù)槳的旋轉(zhuǎn)方向和槳葉的形狀分析，當(dāng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉受到水流的推力會(huì)使螺距產(chǎn)生向倒車方向變化的趨勢，液壓鎖23對油液的止回作用阻止了這種變化的發(fā)生。依據(jù)現(xiàn)象分析得出原因：進(jìn)車油路上液壓鎖23可能發(fā)生故障，喪失止回功能，進(jìn)車管路油液泄漏；或液壓鎖23后部管路密封部位損壞，導(dǎo)致進(jìn)、倒車油路聯(lián)通，使伺服活塞處于自由狀態(tài)。

2.3 液壓鎖拆檢

打開ODF19（油分配單元）端蓋，拆卸液壓鎖23（見圖2）檢查，單向閥（見圖3）外觀正常，密封圈狀況良好，閥芯移動(dòng)靈活，密封面良好，止回功能正常。

圖2 液壓鎖

圖3 單向閥

2.4 綜上可得

排除了液壓鎖故障的可能后，初步確定軸系內(nèi)伺服油管的某連接松動(dòng)，或伺服活塞密封圈損壞，導(dǎo)致正、倒車液壓油在松動(dòng)的接頭處或伺服活塞處旁通，產(chǎn)生螺距漂移、操槳速度變慢的現(xiàn)象。

3.泄漏方式分析、判斷

伺服活塞密封狀況不容易直接判斷，先從伺服油管連接狀況檢查做起。各段伺服油管、伺服活塞通過法蘭緊固連接，形成一個(gè)整體，構(gòu)成伺服油路；伺服油管前起于ODF，貫穿于齒輪箱、中間軸、艉軸、槳榖之中，后止于伺服活塞，伺服油管中心孔腔構(gòu)成進(jìn)車油道，外側(cè)形成倒車油道；伺服油管連接數(shù)量眾多，連接松動(dòng)會(huì)造成密封不良，可能成為內(nèi)部泄漏的原因。

拆掉ODF端蓋，從伺服油管前端拆掉磁性圈，裝上2個(gè)M12螺栓，用工具試轉(zhuǎn)伺服油管見圖4。

圖4 試轉(zhuǎn)伺服油管

伺服油管被輕松轉(zhuǎn)動(dòng)。正常情況下，旋轉(zhuǎn)的槳榖通過十字頭帶動(dòng)伺服油管、伺服活塞一起旋轉(zhuǎn)，但人力驅(qū)動(dòng)伺服油管帶動(dòng)槳榖旋轉(zhuǎn)是困難的；所以可判定易轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服油管很可能是某處連接松動(dòng)造成的，而非與槳榖一起轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果。伺服油管法蘭連接見圖5。

圖5 伺服油管法蘭連接

3個(gè)緊固螺栓7強(qiáng)大的拉力使法蘭1、2、伺服油管3、4、插件8相互擠壓，形成牢固連接，密封圈5、6實(shí)現(xiàn)管路密封。螺栓松動(dòng)會(huì)造成零件接觸面壓力減小，摩擦力減小，零件易發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，密封損壞。由上述現(xiàn)象分析可得：伺服油管連接松動(dòng)造成油液內(nèi)泄的分析是合理的。

4.故障點(diǎn)定位、解決問題

從伺服油管連點(diǎn)接數(shù)量和檢修工程量方面考慮，連接艉軸與中間軸的可拆液壓聯(lián)軸附近的油管連接，是伺服油管分段檢查的合適隔離點(diǎn)。松開液壓聯(lián)軸節(jié)，向后移動(dòng)合適距離，暴露出一處油管連接，見圖6。

圖6 液壓聯(lián)軸節(jié)處伺服油管連接檢查

檢查3根螺栓松動(dòng)；后法蘭傾斜，與插件失去裝配位置；連接松動(dòng)，整套連接可輕易轉(zhuǎn)動(dòng)。拆卸管連接，分解插件，插件兩端密封圈均已斷裂，且部分缺失（見圖7）。

圖7 插件分解

據(jù)現(xiàn)象分析，斷裂并缺失的密封圈導(dǎo)致泄漏，使得伺服油管內(nèi)部進(jìn)車油道與外部倒車油道聯(lián)通；由于連接未完全失位，不會(huì)導(dǎo)致大量泄漏；當(dāng)螺距操作范圍較大（螺距差較大）時(shí)，比例換向閥開度較大，伺服油流量較大，部分泄漏對螺距的操作影響不明顯；當(dāng)螺距操作范圍較小（螺距差較小）時(shí)，比例換向閥開度較小，伺服油流量較小，部分泄漏對螺距的操作影響較大，當(dāng)進(jìn)油量與泄漏量達(dá)到平衡時(shí)，螺距停止變化，螺距差保持穩(wěn)定且達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)定值，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不斷發(fā)出指令，比例電磁閥得電，伺服油壓持續(xù)存在，不能撤出。

對整個(gè)系統(tǒng)而言，徹底查出所有泄漏位置，才是解決問題的根本。在已拆連接處，用工具鎖住前部的油管，在伺服油管的前端再次人力試轉(zhuǎn)，油管不易被轉(zhuǎn)動(dòng)；人力試轉(zhuǎn)后部油管，也不易被轉(zhuǎn)動(dòng)，可判斷其余油管連接緊固，泄漏幾率很小，除非密封圈出現(xiàn)問題。

更換損壞密封圈，裝復(fù)油管連接，按要求力矩緊固法蘭螺栓，并用鋼絲鎖緊。右車機(jī)旁操作試驗(yàn)，螺距漂移現(xiàn)象消失，螺距操作速度正常；遙控操作試驗(yàn)，螺距差大小正常，螺距操作指令消失，伺服油壓正常。正常的試驗(yàn)結(jié)果表明伺服活塞密封狀況良好。

5.結(jié)論

綜上所述，液壓聯(lián)軸節(jié)處伺服油管連接松動(dòng)，密封圈斷裂、缺失，使油管內(nèi)部正車油道與外部倒車油道聯(lián)通，發(fā)生內(nèi)漏，產(chǎn)生流量損失和液壓鎖定失效，導(dǎo)致：機(jī)旁位時(shí)（電控系統(tǒng)切除），螺距自發(fā)向倒車方向快速漂移，螺距完成較慢；遙控位時(shí)，螺距差較大且持續(xù)存在，達(dá)不到系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)不斷發(fā)出操作指令，比例電磁閥持續(xù)得電，伺服油壓一直存在，不能撤出。

6.油管連接故障分析及改進(jìn)建議

徹底解決問題需找出根本原因，油管連接故障需進(jìn)一步分析。

6.1 密封圈斷裂分析

油管連接松動(dòng)，零件配合間隙增大；在高油壓作用下，橡膠材質(zhì)的密封圈被拉伸變形，部分伸出環(huán)槽，受到擠壓，在環(huán)槽邊緣處被切斷；同時(shí)，零件由連接松動(dòng)造成的相對轉(zhuǎn)動(dòng)，加速了密封圈的磨損、斷裂。

6.2 油管連接松動(dòng)原因分析及改進(jìn)建議

從裝配上分析。螺栓松動(dòng)，可造成連接松動(dòng)。建議采用最佳的螺栓鎖緊方式，如：鎖緊鋼絲、螺紋膠、尼龍鎖、焊接。

從材質(zhì)上分析。零件材質(zhì)的特性，關(guān)乎到連接的可靠性。建議采用耐腐蝕，耐磨損，剛性合適的零件材料。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析。增大螺栓、螺紋尺寸；優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

從操作方式上分析，如非必要，禁止頻繁、大范圍螺距操作，以減小伺服油管瞬時(shí)扭矩沖擊，當(dāng)船舶處于重載或惡劣海況時(shí)，用車更應(yīng)謹(jǐn)慎。

7.結(jié)束語

就本案例而言，“伺服油管連接的松動(dòng)，導(dǎo)致伺服油內(nèi)部泄漏發(fā)生，進(jìn)而使螺距控制發(fā)生異常”這種故障很少發(fā)生，但不代表不會(huì)發(fā)生，這警示我們：在遇到問題時(shí)，打破慣性思維，思考問題要全面、縝密。在本案故障查找的過程中，“推進(jìn)控制由遙控轉(zhuǎn)至機(jī)旁，把控制系統(tǒng)和機(jī)械隔離開，進(jìn)行試驗(yàn)，快速判斷出機(jī)械故障；拆卸液壓聯(lián)軸節(jié)附近的伺服油管，把伺服油系統(tǒng)分成兩個(gè)部分，分別進(jìn)行檢查、判斷，準(zhǔn)確找出故障位置”警示我們：當(dāng)遇到難以解決的復(fù)雜問題時(shí)，一定要把機(jī)械和電控系統(tǒng)隔離開，先判斷機(jī)械狀況，因?yàn)闄C(jī)械故障會(huì)影響到電氣控制，這樣做，容易辨明問題的方向，使問題簡單化；當(dāng)查找機(jī)械故障時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找出合適的隔離點(diǎn)，采用分段檢查、部分排除的方法，可以減少工作量。最后還告誡我們：發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決，消除隱患于萌芽之中，避免問題惡化、發(fā)生重大事故。