波浪補償絞車故障樹分析及安全措施

李欣一，張立聰，劉 賀，丁海建，馬建偉

（1. 海軍裝備部駐上海地區第三軍事代表室，上海 200031；2. 中國船舶集團有限公司，上海 200010；3. 上海船舶設備研究所，上海 200031）

0 引言

波浪補償式絞車是廣泛應用于船舶和海上設施的設備，主要應用于起重機、布放回收系統和車輛跳板等各種大型系統設備中。

本文針對波浪補償絞車在工作中突發報警信息、導致系統停機的故障，進行故障樹分析及處理，排除了故障，并通過程序優化，實現了波浪補償絞車的可靠工作。

1 工作原理

絞車采用力士樂公司（簡稱“力士樂”）的波浪補償技術，配置的二次控制單元為力士樂專有的A4VSG變量馬達，負載大、轉速高、響應快。圖1為波浪補償絞車的原理圖。

圖1 波浪補償絞車原理圖

二次控制單元的一端與高壓的恒壓源連接，另一端與低壓的恒壓源連接，使其壓差恒定不變，建立其排量與其負載成正比的關系。基于節能驅動的概念，電控系統調整二次控制單元的排量，實現電液閉環位置、速度或扭矩控制及能源回收的功能。當二次控制單元的排量大于負載的需求時，為馬達工況，驅動貨物上升；當二次控制單元的排量小于負載的需求時，為泵工況，被貨物拖動下降，能源回收到蓄能器內[1]。

2 故障樹的建立及分析

波浪補償絞車是大型的機、液、電綜合設備，其結構復雜，功能強大，對實現上級系統的功能至關重要。因此，針對故障的快速分析和處理方式，對于保障設備正常工作十分重要。

波浪補償絞車在各個關鍵部位均安裝有檢測元件，對整個絞車的狀態進行監督。當絞車出現故障時，會及時發出報警信息，并根據情況進行不同的應急處理，防止發生事故。

2.1 建立故障樹

針對可能出現的報警信息，建立故障樹模型，有利于我們快速定位故障，分析故障原因，及時采取有效措施。波浪補償絞車的故障樹見圖2。

圖2 波浪補償絞車故障樹

2.2 故障分析

條目1.1電氣接插件故障：

1）元器件的插頭松動或損壞。元器件的插頭由于安裝不牢或結構振動等原因，容易松動，導致信號傳遞不穩定；或者由于外部碰撞、浸水和腐蝕等原因損壞。需采用手動拆解和目測方式確定。

2）接線端子接觸不良。電氣柜體、接線箱等有大量端子排，由于安裝不牢或結構振動等原因，容易松動，導致信號傳遞不穩定。需采用手動檢查方式確定。

條目1.2電氣線路故障：

1）絞車外部線路不通。絞車外部線路可能由于碰撞、擠壓等原因導致損壞。需采用萬用表測量其通斷的情況。

2）絞車內部線路不通。絞車內部線路可能由于碰撞、擠壓、腐蝕等原因導致損壞。需采用萬用表測量其通斷的情況。

條目1.3元器件故障：

1）直接元器件故障。根據報警信息指示的元器件，檢查該元器件是否功能良好。可通過目測、拆檢、萬用表測量等方式確定。

2）相關元器件故障。與報警信息指示元器件的相關元件，比如電源模塊、信號傳遞模塊等，檢查該元器件是否功能良好。可通過目測、拆檢、萬用表測量等方式確定。

條目2.1外部液壓系統故障：

1）供壓不足。出現報警信息，可首先檢查油源供壓是否正常。可通過觀察壓力指示儀表確定。

2）外部管路泄漏。外部管路泄漏可能導致相關的操作失敗。可通過目測檢查是否有泄漏點[2]。條目2.2內部管路故障：

1）內部管路泄漏。內部管路泄漏可能導致相關的操作失敗，可通過目測檢查是否有泄漏點。

2）內部管路堵塞。內部管路堵塞可能導致相關的操作失敗，可通過測壓點接壓力指示儀表檢查確定。

條目2.3元器件故障：

1）電磁閥故障。電磁閥作為先導閥或功能閥，對液壓控制的實現起關鍵作用。閥故障可能由于電磁鐵損壞、閥芯卡死或損壞導致，需用萬用表測量或拆檢確定。

2）插裝閥故障。插裝閥作為主閥，是液壓油的主要通路。閥故障可能由于閥芯卡死或損壞導致，需用拆檢確定。

3）馬達本體故障。馬達作為驅動絞車的核心元件，其故障可能由于雜質損壞內部元件，需用拆檢確定[3]。

條目3.1運轉補給潤滑不良：開式齒輪、齒輪箱等潤滑不良，可能導致異常噪音和絞車效率降低。需目測及聽覺檢查確定。

條目3.2摩擦補給磨損嚴重：制動器摩擦件由于磨損嚴重，可能導致制動力下降。需經常目測檢查。

條目4.1電液相互作用故障：某些故障可能不是單一的機械、液壓和電氣方面引起的，而是多個因素共同作用的結果。本條目分析，在油液存在大顆粒雜質時，可能引起接近開關的感應出現錯誤，發出誤信號。

條目4.2機電相互作用故障：某些故障可能不是單一的機械、液壓和電氣方面引起的，而是多個因素共同作用的結果。本條目分析，接近開關在安裝時，由于未能做到精細調節，使得接近開關的檢測信號不夠穩定，發出誤信號。

3 故障樹實例分析的應用

3.1 故障現象

波浪補償絞車在試驗過程中出現了如下故障：在應急回收工況完成后、絞車正常回收過程中。出現報警信息如下：“2#絞車隔離閥Y231打開故障報警”。該故障的報警機理為：系統給出了2#絞車Y231閥打開信號，沒有收到該閥打開對應的反饋信號。根據信號命名規則，可以將故障初步定位在2號絞車3#二次單元隔離閥處。

3.2 隔離閥部分的液壓原理

隔離閥為二次單元的功能閥之一。二次單元由大排量高速油馬達和專用的控制閥組構成。其結構原理見圖3。二次單元采用的油馬達為軸向柱塞變量馬達，可雙向變排量。專用閥組分為隔離安全閥組和排量控制閥組。隔離安全閥組為二次單元工作時提供油路隔離保護、二次溢流保護和反向吸油保護。其中，隔離保護部分由先導電磁閥Y231、插裝閥主閥和反饋開關組成。當電磁閥未通電時，隔離閥關閉，切斷高壓油路；當電磁閥通電時，隔離閥打開，溝通油路。油路的通斷依靠反饋開關來指示。排量控制閥組控制馬達排量在正向最大值和可控排量之間進行切換和控制[1]。

圖3 二次單元液壓原理圖

3.3 故障建立及分析

根據波浪補償絞車故障樹及實際的故障情況，對機械故障方向排查進行簡化，得出該故障的故障樹見圖4。

圖4 隔離閥打開故障報警故障樹

根據故障樹分析和排查如下：

條目1.1插頭接觸不良。用萬用表測量反饋開關和先導電磁閥的絞車內部接線和插頭的通斷信號，結果表明電纜及插頭正常。

條目1.2電纜線路不通。用萬用表測量絞車接線箱上反饋開關和先導電磁閥供電的接線端子，能夠測量到正確的電氣信號，說明這部分的電纜正常。

條目1.3供電不足。用萬用表測量給反饋開關和先導電磁閥供電的電源，電源輸出24VDC，工作正常。

條目1.4反饋開關失效。反饋開關經單獨拆檢測試，能夠正常發出感應信號。

條目2.1供油不足。經檢測液壓油源及相關壓力儀表，未發現供油不足。

條目2.2先導電磁閥故障。1）電磁鐵失效，先導電磁閥電磁鐵經通電測試，具有磁力，能夠正常工作；2）閥芯卡死；3）閥損壞，先導電磁閥經專業檢查發現有顆粒狀雜質，導致閥損壞；但經更換后故障未排除。

條目2.3主閥故障。隔離閥的主閥經檢查未發現卡死或損壞，但經更換后故障排除。

條目3.1反饋開關與主閥閥芯位置的感應區域沒有調節好。經拆檢，發現反饋開關能夠正確反應閥芯的位置，正常發出信號。

條目3.2油液存在大顆粒雜質導致反饋開關發出誤信號。經拆檢測試，發現大顆粒雜質確實能夠使得反饋開關發出錯誤的信號。

經過以上的檢查和分析，可以確定產生故障的原因是油液有大顆粒雜質混入隔離閥主閥，導致反饋開關發出誤信號，使得電控系統報警，絞車停機。

3.4 故障排除

通過對隔離閥主閥的清洗，去除了大顆粒雜質。在復裝后，從新對油液進行循環過濾，保證清潔度合格。經反復多次試驗，故障排除，沒有再次出現。

4 安全措施研究及確定

根據波浪補償絞車故障樹的建立和分析，以及通過故障處理實例的驗證，為保證絞車的可靠、安全運行，采取以下措施：

1）保證油液清潔度滿足設備使用要求，在設備的安裝階段、調試階段和使用階段固定時間對油液進行清潔度化驗，并保留記錄；最后，執行重大任務之前，必須檢查油液清潔度。

2）機械部件要經常檢查，保證部件狀態良好。

3）電氣設備應定期通電檢查，以保證電氣元件的正常和電氣線路的暢通。

4）改進控制軟件，在某些故障發生的情況下，增加應急操作說明，指導用戶安全停止設備；并將該故障的現象和處理方法加入使用說明書中，保證該故障發生后，船員可以根據使用說明書的指導，完成故障處理。

5 結論

故障樹分析是一種快速處理和解決故障的方法。本文針對波浪補償絞車的特點建立故障樹，對實際設備使用時的故障處理起到了關鍵作用，并能夠指導后續安全措施的建立，保證設備正常運行。