某輪齒輪箱故障原因分析與處理

周春磊 煙臺(tái)打撈局

1.引言

航運(yùn)業(yè)屬高風(fēng)險(xiǎn)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(shí)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(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制的具體體現(xiàn)。本文結(jié)合實(shí)際案例，分析某輪齒輪箱故障的原因，探究解決問(wèn)題的途徑、辦法。通過(guò)故障的解決，保證了船舶的安全運(yùn)營(yíng)。

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(dú)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(hào)LAF 6755 HR K 41A，通過(guò)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(dòng)艉軸螺旋槳，同時(shí)聯(lián)動(dòng)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(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，現(xiàn)象如下：

①右機(jī)齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑壓力一直比左機(jī)潤(rùn)滑壓力低；

②備車時(shí)離合器經(jīng)常無(wú)法合排；

③離合器合排后加速到500 r/min時(shí)經(jīng)常故障性脫開(kāi)；

④在主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后的完車過(guò)程中，當(dāng)降速到500 r/min時(shí)離合器極易故障性脫開(kāi)。

4.齒輪箱工作程序

根據(jù)控制系統(tǒng) 圖（見(jiàn) 圖1）齒輪箱的工作程序是：開(kāi)啟預(yù)潤(rùn)滑油泵，滑油工作壓力（-A 35 operating pressure）為26bar。操作啟動(dòng)主機(jī)，主機(jī)怠速450 r/m i n 正常運(yùn)轉(zhuǎn)（由于預(yù)潤(rùn)滑油泵和機(jī)帶泵間的單向閥作用，機(jī)帶泵此時(shí)處于卸載回流工作狀態(tài)），系統(tǒng)油一路通過(guò)溢流閥到各個(gè)支點(diǎn)去潤(rùn)滑各個(gè)部位，另一路通過(guò)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(shí)，預(yù)潤(rùn)滑油泵自動(dòng)停止，機(jī)帶泵投入工作，主機(jī)轉(zhuǎn)速加至750r/min后定速運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 齒輪箱控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(gè)方面進(jìn)行檢查：

5.1 檢查電磁閥組電控信號(hào)

監(jiān)測(cè)電磁閥組電控信號(hào)（見(jiàn)圖1電磁閥 a、b 處），測(cè)量得出：在合、脫離合器時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)送的電控信號(hào)均正常，監(jiān)測(cè)-A465、-A103、-A74等處（見(jiàn)圖2）反饋信號(hào)也正常。

5.2 檢查閥組處溢流閥

測(cè)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(rùn)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(shí)潤(rùn)滑壓力基本維持不變。

5.3 檢查與分析滑油壓力情況

檢測(cè)溢流閥后潤(rùn)滑壓力（-A465）情況：潤(rùn)滑壓力管到各處潤(rùn)滑點(diǎn)共10個(gè)分支，因建造圖紙中沒(méi)有各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)處的詳細(xì)說(shuō)明，只能一起打開(kāi)左、右齒輪箱的對(duì)應(yīng)道門(mén)后開(kāi)啟潤(rùn)滑油泵，并對(duì)應(yīng)各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑油流量進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)一一對(duì)比拆卸的左、右各個(gè)支管管徑。經(jīng)比對(duì)后發(fā)現(xiàn)：右機(jī)潤(rùn)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(jiàn)圖3），對(duì)比其他進(jìn)機(jī)管情況基本相同。右機(jī)裝上阻尼螺栓（見(jiàn)圖 4）后試驗(yàn)潤(rùn)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(guò)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(shí)滑油工作壓力從26bar瞬間降到8bar，但也瞬時(shí)恢復(fù)到正常工作壓力，主機(jī)加速到500r/min時(shí)預(yù)潤(rùn)滑油泵停止，機(jī)帶泵投入工作瞬間壓力降到18bar也瞬時(shí)恢復(fù)到正常壓力；合右車離合器時(shí)工作壓力卻降到7bar，有時(shí)恢復(fù)到正常壓力所需時(shí)間較長(zhǎng)（此時(shí)正是合不上離合的時(shí)候），當(dāng)合離合器成功，主機(jī)加速到500r/min預(yù)潤(rùn)滑油泵、機(jī)帶泵切換時(shí)工作壓力降到17bar左右，有時(shí)保持時(shí)間較長(zhǎng)（此時(shí)也正是離合故障脫開(kāi)時(shí)）；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(shí)）故障②現(xiàn)象仍存在，但主機(jī)加/減速到500r/min預(yù)潤(rùn)滑泵停止/啟動(dòng)切換時(shí)，工作壓力下降到18bar且很快恢復(fù)到正常工作壓力，試驗(yàn)多次并沒(méi)有再發(fā)生開(kāi)始的故障③④現(xiàn)象。

結(jié)合系統(tǒng)圖，通過(guò)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(rùn)滑壓力大小也沒(méi)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(rùn)滑點(diǎn)，合離合時(shí)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(rùn)滑油泵及附屬管件規(guī)格型號(hào)都相同，但右機(jī)卻在合離合器時(shí)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(shí)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(jiàn)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(yàn)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(cè)量點(diǎn)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(rùn)滑壓力明顯低于左車，并容易導(dǎo)致后續(xù)支點(diǎn)處潤(rùn)滑不良，但裝復(fù)該缺失的阻尼螺栓后仍存在潤(rùn)滑壓力比左車低的現(xiàn)象，這說(shuō)明右機(jī)潤(rùn)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(guò)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(shí)對(duì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后降速到500r/min時(shí)，在備用泵的切換節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)脫離合現(xiàn)象，是由于機(jī)器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致油溫較高粘度偏低，容易使切換時(shí)壓力降到17bar以下導(dǎo)致壓力低脫離合，通過(guò)調(diào)高滑油壓力同時(shí)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(yǔ)

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(shí)不能習(xí)慣性定義型判斷，要利用掌握的理論知識(shí)再結(jié)合實(shí)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(wèn)題要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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！