Z型舵槳離合器故障分析及處置探討

摘要：文章根據(jù)某拖輪舵槳離合器脫開故障的處置過程，分析了拖輪常見的Z型舵槳濕式多片式離合器的工作原理，總結(jié)了舵槳離合器故障檢查的方法，對(duì)于采用液壓濕式多片式離合器的Z型舵槳的類似故障排除有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：拖輪；Z型舵槳；離合器；故障分析；故障排除 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U672 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.053

摩擦離合器是目前全回轉(zhuǎn)拖輪船舶動(dòng)力裝置廣泛采用的舵槳附屬部件，它是利用離合器摩擦面之間的摩擦力矩將動(dòng)力從主動(dòng)軸傳到從動(dòng)軸。對(duì)于港口作業(yè)全回轉(zhuǎn)拖輪來說，摩擦離合器可以方便地適用于主機(jī)頻繁啟停、船舶機(jī)動(dòng)操作為主的特殊作業(yè)特點(diǎn)，通過使主動(dòng)軸與從動(dòng)軸結(jié)合或脫開，使船舶迅速由空車待命狀態(tài)轉(zhuǎn)入作業(yè)狀態(tài)，從而大幅度節(jié)省燃油消耗，有利于節(jié)能減排。目前，拖輪Z型舵槳裝置經(jīng)常使用的有多片式摩擦離合器、錐形摩擦離合器、滑差式摩擦離合器和氣胎摩擦離合器等。

在對(duì)“神華拖2”輪離合器脫開故障的分析和維修過程中積累了一些關(guān)于多片式摩擦離合器的經(jīng)驗(yàn)，在此進(jìn)行總結(jié)，希望能對(duì)廣大船員和船舶維修從業(yè)人員提供一定參考。

1 故障概況

“神華拖2”輪是神華黃驊港務(wù)公司2001年建造的全回轉(zhuǎn)拖輪，船長35m，船寬9.8m，主機(jī)型號(hào)為“洋馬6N260-EN”，功率1471kW×2，Z型舵槳裝置型號(hào)為“羅爾斯-羅伊斯US205”，采用多片式濕式摩擦離合器。該船主要承擔(dān)黃驊港內(nèi)協(xié)助貨船靠離泊作業(yè)和港池到錨地接送引航員作業(yè)，離合器的結(jié)合和脫開操作較為頻繁。該船右舵槳離合器突然出現(xiàn)一次脫開失敗故障，駕駛員反復(fù)操作幾次后，舵槳離合器脫開成功，且無明顯“帶排”情況。在隨后一段時(shí)間內(nèi)，該舵槳離合器脫開失敗故障出現(xiàn)頻率明顯增加，于是從舵槳控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)入手逐項(xiàng)分析和查找各種故障，最終確認(rèn)了故障原因，并予以排除。

2 離合器不能脫開故障分析和處置

2.1 多片式濕式摩擦離合器結(jié)構(gòu)和原理

多片式濕式摩擦離合器安裝在舵槳齒輪箱輸入主動(dòng)軸上，傳遞扭矩的鋼片和摩擦片組合分別交替安裝在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上。當(dāng)壓力油進(jìn)入液壓缸時(shí)，活塞向主動(dòng)軸方向滑動(dòng)，將鋼片和摩擦片組合壓緊，通過摩擦力將主動(dòng)軸的扭矩傳遞給從動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)舵槳機(jī)構(gòu)與主機(jī)的同步運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)液壓缸齒輪油泄壓后，彈簧的復(fù)原力矩將活塞推向從動(dòng)軸方向，鋼片和摩擦片組合之間恢復(fù)間隙狀態(tài)，通過摩擦力將主動(dòng)軸傳遞給從動(dòng)軸的扭矩消失，主機(jī)實(shí)現(xiàn)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 離合器電控液壓系統(tǒng)的控制過程

駕駛員向下稍旋轉(zhuǎn)控制手柄（約5°），舵槳控制單元ACU判斷控制手柄旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值，同時(shí)主機(jī)轉(zhuǎn)速處于怠速狀態(tài)，則自動(dòng)輸出舵槳離合器結(jié)合信號(hào)。若控制手柄旋轉(zhuǎn)恢復(fù)到0°時(shí)，舵槳控制單元ACU判斷控制手柄旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定值，則自動(dòng)輸出舵槳離合器脫開信號(hào)。在舵槳控制單元ACU輸出離合器結(jié)合信號(hào)時(shí)，電磁閥Y53首先通電吸合（Y53指示燈閃亮），P1-A1油路通，離合器減壓控制閥動(dòng)作使控制齒輪油壓力Pcl=24bar降至Pen=8bar。經(jīng)過約1s后，離合器控制電磁閥Y51通電吸合，P-A油路通，Pen=8bar控制齒輪油進(jìn)入離合器液壓油缸內(nèi)，活塞向主動(dòng)軸方向滑動(dòng)，克服彈簧彈力使鋼片和摩擦片組合初步貼合在一起，以減小離合器結(jié)合過程中的沖擊。再經(jīng)過約2s，電磁閥Y53斷電，P1-A1油路截止，控制齒輪油壓力由Pen=8bar恢復(fù)至Pcl=24bar，Pcl=24bar控制齒輪油使活塞把鋼片和摩擦片組合更加緊密地貼合在一起，完成離合器結(jié)合，電磁閥Y51指示燈長亮。

在舵槳控制單元ACU輸出離合器脫開信號(hào)時(shí)，離合器控制電磁閥Y50通電吸合，Pcl=24bar齒輪油截止，T-A油路通，離合器液壓油缸泄壓，彈簧的復(fù)原力矩將活塞推向從動(dòng)軸方向，鋼片和摩擦片組合之間恢復(fù)間隙狀態(tài)，完成離合器脫開，電磁閥Y50指示燈長亮。

2.3 舵槳離合器故障檢查和分析過程

2.3.1 檢查舵槳控制手柄信號(hào)給定是否正確。若舵槳控制手柄電位器出現(xiàn)故障，信號(hào)給定出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，舵槳控制單元ACU將無法正確判斷駕駛員操作指令，不能正確輸出離合器結(jié)合或脫開信號(hào)。

為此，將一個(gè)電流表（或用萬用表電流檔）串聯(lián)接入舵槳控制單元ACU接線排上的4～20mA接線端子，測(cè)量4～20mA電流隨手柄旋轉(zhuǎn)變化情況，測(cè)量結(jié)果未見

異常。

2.3.2 檢查舵槳離合器控制閥開啟是否正常。離合器結(jié)合過程中，若電磁閥Y53正常吸合，齒輪油壓力表指示壓力將會(huì)降到8bar，并保持約3～4s。若電磁閥Y53不能正常吸合，則會(huì)出現(xiàn)離合器結(jié)合過程中沖擊較大的現(xiàn)象。若Y50、Y51不能正常吸合或釋放，則滑閥將不能把離合器控制油路正確啟閉，會(huì)導(dǎo)致離合器結(jié)合或脫開控制失靈。

故障狀態(tài)下檢查舵槳離合器控制閥，確認(rèn)該離合器控制閥隨舵槳控制手柄旋轉(zhuǎn)，電磁閥Y53、Y51、Y50通電吸合過程均正常，指示燈指示正常。

拆檢離合器控制閥滑閥，確認(rèn)內(nèi)部清潔，沒有明顯劃痕和變形，滑閥在閥體內(nèi)滑動(dòng)順暢。

2.3.3 檢查舵槳離合器控制齒輪油是否正常。經(jīng)過檢查確認(rèn)離合器控制油路及其他管路均無泄露，各壓力測(cè)量點(diǎn)檢查確認(rèn)壓力正常，沒有堵塞現(xiàn)象。

打開離合器控制齒輪油濾器檢查，確認(rèn)濾器內(nèi)無異常磨屑，油質(zhì)正常。

2.3.4 離合器故障分析和處置。通過上述檢查，基本可以排除離合器本體以外的電氣控制和液壓系統(tǒng)導(dǎo)致故障的可能，問題應(yīng)該在離合器本體內(nèi)。從濾器檢查結(jié)果正常和離合器脫開后并無明顯“帶排”現(xiàn)象分析，鋼片和摩擦片組合之間尚無明顯的變形和燒蝕故障。根據(jù)設(shè)備廠家提供的技術(shù)手冊(cè)和得到的相關(guān)資料進(jìn)行檢索，并未發(fā)現(xiàn)類似故障的案例和解決方案，必須對(duì)該離合器解體。解體后，發(fā)現(xiàn)螺栓有多根斷裂，其他螺栓拉長變形，壓盤向一側(cè)翹起。在此狀態(tài)下進(jìn)行離合器結(jié)合操作時(shí)，壓盤在剩余壓緊螺栓的作用下與離合器液壓油缸活塞可以將鋼片和摩擦片組合壓緊傳遞扭矩。進(jìn)行離合器脫開操作時(shí)，壓盤翹起一側(cè)彈簧復(fù)原力矩不足，離合器液壓油缸活塞不能復(fù)位，導(dǎo)致離合器脫開失敗。

經(jīng)分析認(rèn)為，該舵槳離合器已使用十余年，以往檢查離合器時(shí)，輪機(jī)人員往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注鋼片和摩擦片組合的磨損情況，極少關(guān)注壓盤壓緊螺栓的損傷。由于從未聽說壓盤壓緊螺栓斷裂的情況發(fā)生，一般性拆檢確定鋼片和摩擦片組合正常后即不再進(jìn)一步拆檢或更換壓盤壓緊螺栓。

經(jīng)過進(jìn)一步檢查，確認(rèn)鋼片和摩擦片組合磨損量均正常，未出現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)損傷。便將殘余的螺栓全部取出，檢查確認(rèn)螺紋孔內(nèi)沒有明顯變形，對(duì)全部螺栓用同型號(hào)的新螺栓進(jìn)行了替換。

組裝完畢后試車，該舵槳離合器不能脫開故障完全消除。

3 防止離合器故障的日常管理措施

（1）加強(qiáng)齒輪油（或液壓油）日常管理。每日檢查油位，查看油品有無明顯變質(zhì)，消除部件和管路的泄露；（2）每年或2000小時(shí)對(duì)齒輪油（或液壓油）進(jìn)行化驗(yàn)，必要時(shí)更新，濾器也要同時(shí)隨之更新；（3）每?jī)赡昊?000小時(shí)檢查和調(diào)整相應(yīng)的液壓元件所給定的數(shù)值，并打開離合器檢查一次；（4）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期間，輪機(jī)值班人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)舵槳的巡回檢查，注意齒輪油（或液壓油）的溫度和壓力變化，用手摸或點(diǎn)溫計(jì)點(diǎn)測(cè)離合器及其他相關(guān)運(yùn)動(dòng)件的外殼溫度，確保冷卻器冷卻海水暢通，以防過熱；（5）船舶作業(yè)期間盡量減少離合器的結(jié)合和脫開次數(shù)，減少對(duì)相關(guān)機(jī)械部件的沖擊。Z型舵槳的全回轉(zhuǎn)拖輪需短時(shí)間待命時(shí)，采用兩個(gè)舵槳同時(shí)向外對(duì)吹的方式保持船位，減少設(shè)備損耗；需較長時(shí)間待命時(shí)，再將離合器脫開，從而更加有效地降低設(shè)備損耗和節(jié)約油耗。

4 結(jié)語

由于該US205舵槳的多片式濕式摩擦離合器是羅爾斯-羅伊斯公司外購產(chǎn)品，舵槳用戶手冊(cè)缺少該離合器的詳細(xì)技術(shù)資料，可供用戶維修和保養(yǎng)工作參考的信息較少。船舶輪機(jī)管理人員除了要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，也要汲取同類型設(shè)備管理和維修經(jīng)驗(yàn)，向廠家服務(wù)工程師積極求教，以提高舵槳離合器相關(guān)設(shè)備的管理水平和排除故障的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚壽廣，肖民.船舶動(dòng)力裝置[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012.

[2] 羅爾斯-羅伊斯公司用戶手冊(cè)[S].2000.

作者簡(jiǎn)介：岳小林（1978-），男，河北保定人，神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：輪機(jī)工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）