某拖輪主拖纜失控放出故障分析

劉殿智

摘 要：本文闡述了拖纜機工作原理，對剎車原理進行詳細分析，對防范各類拖纜機剎車故障具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：離合器；剎車；剎車保持；電磁閥；蓄能器

中圖分類號：U676 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）3-0067-02

隨著海上石油開發(fā)以及海洋工程增加，拖輪隊伍日益壯大。拖纜機作為拖輪獨有設(shè)備，實現(xiàn)了船舶拖帶及為工程船舶起拋錨功能。某拖輪雙車雙槳，主機功率3000KW×2，螺旋槳為可調(diào)距螺旋槳，拖纜機型號為新加坡志同公司HTW-200-200-01，單驅(qū)拖力100噸，雙驅(qū)拖力200噸。

1 故障現(xiàn)象

某日該輪協(xié)助一艘5萬噸油輪在南海海域進行提油作業(yè)，將主拖纜系于受油輪船首，受油輪靠近到儲油輪一定距離后停車，拖輪主拖纜放出至正常長度后合上剎車，由拖輪保持拖力維持油輪船位，接通輸油管線進入正常駁油作業(yè)。

當(dāng)作業(yè)進行約1小時時，拖輪主拖纜突然自動放出，導(dǎo)致受油輪向儲油輪移動，造成險情。該輪立即啟動主液壓油泵，收纜后重新進行剎車，緊急情況解除，但每過一段時間就會發(fā)生這一現(xiàn)象，事后該輪被停租整頓。

2 拖纜機工作原理

2.1 設(shè)備組成

該輪拖纜機為雙卷筒，由四個低速大扭矩STAFFA雙速馬達通過兩級齒輪減速驅(qū)動。馬達輸出軸通過一對齒輪副和空氣離合器連接驅(qū)動軸，驅(qū)動軸通過液壓離合器和一對齒輪副來驅(qū)動卷筒。該拖纜機具有雙驅(qū)動和單驅(qū)動功能，四個馬達分為兩組，能同時驅(qū)動一個卷筒或分別驅(qū)動兩個卷筒實現(xiàn)兩個卷筒同時工作。拖纜機還包括棘輪（俗稱硬剎）和剎車（俗稱軟剎）。

液壓系統(tǒng)主油路采用4臺75KW變量油泵，控制油路采用2臺5.5KW伺服控制定量油泵（見下圖）。

2.2 主動力液壓系統(tǒng)

動力液壓油通過濾器經(jīng)三位四通比例閥進入液壓馬達，實現(xiàn)卷筒的收放和無級調(diào)速，馬達具有雙速功能。

2.3 液壓離合器、主離合器及氣動離合器

當(dāng)兩組馬達分別通過驅(qū)動軸和液壓離合器帶動兩個卷筒工作，為單驅(qū)；當(dāng)卷筒需要較大拖力時，脫開其中一個卷筒的離合器，合上主離合器，將兩段驅(qū)動軸連接起來，由兩組馬達共同驅(qū)動一個卷筒，為雙驅(qū)。

在馬達和驅(qū)動軸之間裝有氣動離合器，其在拖纜機正常工作期間始終是合的狀態(tài)。如打開氣動離合器，馬達與驅(qū)動軸脫離，在剎車和棘輪脫開情況下，卷筒受力會自動放出拖纜。

2.4 剎車

剎車脫合通過相應(yīng)電磁閥實現(xiàn)。在剎車脫合的液壓管路中分別設(shè)置一個壓力開關(guān)（P206和P205），用于調(diào)節(jié)設(shè)定剎車壓力。在控制面板上按下剎車“脫”或“合”按鈕時，PLC收到指令后使剎車控制脫或合電磁閥得電動作，液壓油進入剎車油缸，進行剎車脫或合動作，當(dāng)相應(yīng)液壓管路中油壓達到壓力開關(guān)設(shè)定值時，P206或P205閉合，向PLC輸入信號，PLC輸出一方面使剎車“脫”或“合”按鈕燈亮，另一方面使“脫”或“合”電磁閥斷電，剎車脫合動作完成。離合器及棘輪控制原理與剎車類似，不同之處在于二者脫合到位信號采用了接近開關(guān)。

2.5 蓄能器

控制油系統(tǒng)裝設(shè)有蓄能器，提供預(yù)充油壓（100BAR）。蓄能器具有兩個用途：一是在船舶完全失去動力時，打開上下卷筒剎車裝置；另一個是在剎車合狀態(tài)下為剎車提供維持液壓油。壓力控制器PS132用于控制蓄能器充油。

2.6 剎車保持

剎車保持通過單向閥組270g、剎車保持電磁閥組S248和S249及蓄能器實現(xiàn)。剎車合上后，剎車合電磁閥斷電，270g關(guān)閉，實現(xiàn)油缸油路封閉，保持剎車狀態(tài)。當(dāng)由于漏泄等原因造成剎車油缸油壓低于壓力開關(guān)P205的設(shè)定值時，S248和S249同時得電動作，蓄能器內(nèi)的液壓油經(jīng)S248進入剎車合液壓管路補油（同時剎車脫液壓油路經(jīng)S249泄放），待剎車壓力正常，補油過程結(jié)束。

2.7 緊急釋放

當(dāng)情況緊急或船舶失去動力時，可靠24VDC后備電源打開液壓儲能器實現(xiàn)緊急釋放。剎車和驅(qū)動部分的應(yīng)急釋放為聯(lián)動設(shè)置。按下緊急釋放按鈕，PLC發(fā)出兩個指令：一個使剎車應(yīng)急脫開電磁閥組S208和S247同時得電動作，利用蓄能器液壓油打開剎車；另一個使氣動離合器脫開控制電磁閥得電脫開氣動離合器，如卷筒受力纜繩會自動放出。進行應(yīng)急釋放前必須確認棘輪處于打開位置。

2.8 恒張力

在駕駛臺控制面板上確認棘輪處于脫開位置，液壓離合器處于閉合狀態(tài)，打開剎車，按下纜繩張力按鈕，如纜繩張力超過設(shè)定值，通過觸發(fā)比例溢流閥，降低壓力，使得卷筒自動放出拖纜，纜繩張力的設(shè)定可通過駕駛臺控制面板上的手動調(diào)節(jié)旋鈕進行調(diào)節(jié)。

3 故障原因分析

拖纜機剎車不牢可能有如下幾個原因：

（1）剎車壓力設(shè)置過低。如剎車壓力設(shè)置過低，剎車帶就不能形成有效剎車。當(dāng)拖纜受力超過剎車帶的受力極限時，拖纜將會放出，無法實現(xiàn)剎車功能。剎車壓力值可通過壓力開關(guān)P205設(shè)定。

（2）剎車帶過度磨損或磨損不均。剎車帶過度磨損或磨損不均會造成剎車帶與被剎面不能形成良好貼合，導(dǎo)致剎車力下降。

（3）液壓油缸或油缸接管泄漏。剎車機構(gòu)由液壓油缸驅(qū)動，剎車力最終通過液壓油缸內(nèi)油壓實現(xiàn)。如油缸油封不良或油缸所接剎車油管泄漏，就會造成油缸油壓降低，無法形成有效剎車。

（4）液壓油溫度過高。如液壓油溫度過高，即使剎車時壓力高，但隨著油溫下降，油缸內(nèi)的壓力必然下降，從而導(dǎo)致剎車力下降。液壓油高溫是由于冷卻不良或液壓系統(tǒng)異常高壓造成的。

（5）單向閥組270g磨損關(guān)閉不嚴。 剎車操作完成后，液壓油缸中的油通過270g實現(xiàn)油路閉鎖，如剎車方向單向閥關(guān)閉不嚴，就會導(dǎo)致油缸油壓下降，造成剎車松動。endprint

（6）液壓油臟污。如液壓油臟污，將導(dǎo)致270g密封閥面接觸不良或油缸油封滲漏，造成油缸油壓下降。

（7）剎車保持電磁閥組S248和S249故障。由于泄漏等原因，當(dāng)液壓油缸油壓下降到剎車壓力開關(guān)P205的設(shè)定值以下時，蓄能器中的液壓油經(jīng)S248進入剎車合油路保持油缸壓力（S249釋放剎車脫開油路油壓）。如電磁閥卡死、控制繼電器故障、電磁閥線圈燒壞或線路接觸不良都會導(dǎo)致拖纜機無法進行剎車保持。

（8）蓄能器不能正常充油。剎車油缸的油壓保持通過蓄壓器內(nèi)預(yù)充液壓油實現(xiàn)，如蓄壓器油壓本身不足，也就無法向剎車油缸補油。

（9）伺服控制油泵停止。蓄能器液壓油由伺服控制油泵提供，由于該型拖纜機伺服控制油泵未設(shè)置自動程序，在拖纜機使用期間至少要保持一臺運行。如伺服控制油泵未開啟或意外停止及剎車油缸同時有滲漏情況時，蓄能器不能充油，也就無法進行正常剎車保持。

4 故障原因排查及解決

4.1 故障原因排查

結(jié)合該輪拖纜機突然出現(xiàn)剎車初期可剎住，一段時間后剎不住的現(xiàn)象，原因應(yīng)為剎車液壓系統(tǒng)有泄漏及剎車不能保持。

檢查剎車壓力及剎車帶正常，液壓管路進回油濾器清潔，說明液壓油沒有臟污可能，油溫及蓄能器壓力也正常，伺服控制油泵一直在運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

剎車后，停止伺服控制油泵，分別檢查單向閥組270g及其與油缸間液壓管路無漏泄，這說明漏泄部位為剎車油缸油封（內(nèi)部漏泄外部不可見）。輕微松開油缸“剎車”油管，使油缸內(nèi)油壓下降，直到檢測剎車壓力開關(guān)P205處于斷開狀態(tài)，此時檢查蓄壓器油壓未見下降，這說明故障最根本的原因在于剎車油缸的油壓降低后蓄能器未能為油缸補油，即剎車保持電磁閥組S248和S249不能正常工作。

4.2 故障解決

開啟伺服控制油泵，打開剎車重新合剎車后停泵。拆下壓力開關(guān)P205的插頭，同時在控制箱內(nèi)檢查剎車保持電磁閥組S248和S249的控制繼電器都能正常通電工作，這說明PLC與剎車保持有關(guān)的輸入輸出正常；拆下S248和S249的電源插頭，測量二者電源信號時發(fā)現(xiàn)24V電壓都正常，但拆卸時發(fā)現(xiàn)S248的插頭有松動現(xiàn)象。裝復(fù)并把緊P205、S248和S249的插頭后，從油缸”剎車合”油管處輕微放油，發(fā)現(xiàn)S248和S249同時得電動作及蓄能器油壓下降，說明剎車保持電磁閥組工作正常向油缸補油。開啟伺服控制油泵，進一步觀察蓄能器的油壓變化，發(fā)現(xiàn)其能正常補油。更換剎車油缸油封，故障得到徹底解決。

5 總結(jié)

液壓系統(tǒng)污染是液壓系統(tǒng)失效最主要的原因。輪機人員應(yīng)按說明書要求，定期更換液壓油、主油泵出口設(shè)置的高壓濾器及液壓系統(tǒng)低壓回油濾器；工作時保持油溫在30～50℃為宜。

為防止拖纜機PLC程序丟失，要及時更換其電池，每五年一次。控制箱內(nèi)繼電器等元件要做好清潔和降溫工作，定期檢查有無松動情況。拖纜機運轉(zhuǎn)時振動大，其機體上電磁閥線圈及插頭接線要經(jīng)常檢查是否牢固。

液壓管路及拖纜機液壓部件日常要注意泄漏情況和異常噪聲，一旦發(fā)現(xiàn)，及時查找原因并消除。endprint