肖特爾SRP1515FP舵槳 氣動(dòng)離合器空氣系統(tǒng)分析與改進(jìn)

馬明軒

摘 要：本文主要介紹一種全回轉(zhuǎn)拖輪常用的肖特爾SRP1515FP型舵槳，通過(guò)對(duì)其氣動(dòng)離合器的空氣系統(tǒng)工作原理和常見(jiàn)故障進(jìn)行總結(jié)，分析其系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不足，進(jìn)一步研究空氣系統(tǒng)的改進(jìn)方法和解決措施，從而提高舵槳離合器運(yùn)行的安全性和可靠性，對(duì)港口拖輪同類型舵槳?dú)鈩?dòng)離合器空氣系統(tǒng)改進(jìn)有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：拖輪;舵槳;離合器;空氣系統(tǒng)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外全回轉(zhuǎn)拖輪動(dòng)力傳輸系統(tǒng)廣泛采用Z型傳動(dòng)形式，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是柴油機(jī)通過(guò)中間軸驅(qū)動(dòng)舵槳運(yùn)行，并在中間軸和舵槳中間安裝離合器，以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)和舵槳間動(dòng)力傳輸?shù)姆趾?，通常離合器會(huì)集成到舵槳設(shè)備中。按照動(dòng)力源的不同，拖輪舵槳用離合器主要分為液壓離合器和氣動(dòng)離合器，兩種形式各有所長(zhǎng)，其中氣動(dòng)離合器具有轉(zhuǎn)矩范圍廣、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、啟動(dòng)性能柔和、動(dòng)力源易獲取等特點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛和成熟，但對(duì)空氣控制系統(tǒng)可靠性和氣源質(zhì)量有較高的要求[1]。本文介紹的SRP1515FP型舵槳，就是采用氣動(dòng)離合器，由于其控制空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在一些不足，經(jīng)常發(fā)生無(wú)法正常合脫排等異常情況，給船舶航行造成了一定隱患。本文通過(guò)分析該氣動(dòng)離合器空氣控制系統(tǒng)工作原理，結(jié)合其常見(jiàn)故障和實(shí)際管理經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)的解決措施，給同類型設(shè)備生產(chǎn)者和使用者提供參考。

1離合器空氣系統(tǒng)工作原理

肖特爾SRP1515FP舵槳?dú)鈩?dòng)離合器空氣控制系統(tǒng)如圖1所示。圖示A入口是經(jīng)氣瓶提供的11.5bar壓縮空氣，圖示B出口與氣動(dòng)離合器氣囊相連通。圖示①是氣容，②是調(diào)壓閥，③是兩位五通氣動(dòng)閥，④是壓力表，⑤是兩位三通手動(dòng)閥，⑥是單項(xiàng)節(jié)流閥，⑦是兩位五通氣動(dòng)閥，⑧是濾器，⑨是調(diào)壓閥，⑩是接線端子，是消音器，、是壓力開(kāi)關(guān)，、是兩位三通電磁閥。

氣動(dòng)離合器合排過(guò)程，駕駛臺(tái)給出合排指令，入口A氣壓在正常范圍，在工作檔允許合排，電磁閥得電動(dòng)作，失電，⑦左位通，壓縮空氣后經(jīng)⑧、⑦后在⑥的節(jié)流下緩緩向①充氣，⑨閥芯開(kāi)度逐漸開(kāi)大，出口B氣壓緩慢上升，離合器氣囊緩慢膨脹。當(dāng)①壓力升高至設(shè)定值約3.5bar，②閥芯打開(kāi)，③動(dòng)作，壓縮空氣不經(jīng)過(guò)節(jié)流直接經(jīng)③左位通向①，壓力迅速升高，⑨完全打開(kāi)，出口B氣壓迅速上升至額定壓力，離合器氣囊完全脹開(kāi)，動(dòng)作發(fā)出合排成功信號(hào)。離合器脫排時(shí)，電磁閥得電動(dòng)作，失電，①及附屬管路內(nèi)空氣經(jīng)⑥單向閥迅速放氣，⑨復(fù)位，離合器氣囊空氣經(jīng)泄放大氣，離合器脫排。

離合器合排時(shí)，氣囊壓力-時(shí)間曲線如圖2所示，氣壓隨時(shí)間先緩升，達(dá)到壓力拐點(diǎn)后，再速升至額定壓力。采用這種壓力升高的特性，能夠使氣動(dòng)離合器合排過(guò)程更加平滑，減少合排機(jī)械沖擊，增加離合器使用壽命。

2 離合器空氣系統(tǒng)常見(jiàn)故障

由于拖輪協(xié)助貨船靠離泊的作業(yè)特點(diǎn)，每天需多次靠離碼頭，舵槳離合器使用頻率較高，通常故障也出現(xiàn)在離合器合排或脫排的過(guò)程中，經(jīng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，常見(jiàn)故障主要有以下六種。

故障一，駕駛臺(tái)給出合排指令后，離合器不合排，壓力表④指示為零，經(jīng)檢查入口A氣源壓力正常，壓力開(kāi)關(guān)處于工作狀態(tài)，電磁閥有電。故障二，發(fā)出合排指令后，離合器不合排，壓力表④指示氣壓從零緩慢升至3.5bar左右即停止上升，檢查氣源A壓力正常，重新脫排等待片刻后再次合排，故障現(xiàn)象仍然存在。故障三，發(fā)出合排指令后，離合器迅速合排，壓力表④顯示氣壓迅速陡升，沒(méi)有緩慢升壓的過(guò)程，特性曲線失常。故障四，發(fā)出合排指令后，離合器緩慢合排，壓力表④顯示氣壓從零緩慢升高至工作壓力，特性曲線失常。故障五，發(fā)出合排指令后，離合器氣壓正常上升，但合排后，螺旋槳驅(qū)動(dòng)主機(jī)無(wú)法加速。故障六，發(fā)出脫排指令后，電磁閥動(dòng)作，但離合器氣壓不下降或略微下降，離合器無(wú)法脫開(kāi)[2]。

3 離合器空氣系統(tǒng)故障原因分析

根據(jù)舵槳離合器工作原理，無(wú)法正常合、脫排故障原因，排除人員操作失誤因素外，按照工作機(jī)理主要可分為三類：一是離合器自身機(jī)械故障，例如氣囊破損、摩擦瓦損壞、復(fù)位彈簧片損壞、進(jìn)氣接頭漏氣、接觸面打滑等;二是控制電路故障，例如電源失電、線路虛接、電子元件損壞等;三是壓縮空氣相關(guān)故障，例如氣壓不足、閥塊卡阻、空氣泄露、空氣臟污等。結(jié)合這三類故障原因和前述六種故障情況，經(jīng)實(shí)際故障排查記錄，故障原因統(tǒng)計(jì)如表1所示。

可以看出上述故障一、三、四均是由于閥塊卡住造成，其根本原因還是由于系統(tǒng)內(nèi)濾器⑧對(duì)壓縮空氣過(guò)濾不到位，空氣清潔度無(wú)法保證，而系統(tǒng)內(nèi)部閥塊的偶件配合精密，微量的灰塵或顆粒都可能導(dǎo)致閥塊卡住。故障六是由于閥塊彈簧性能不足造成，在頻繁收縮工作中，易發(fā)生卡住情況，無(wú)法正常復(fù)位。故障五是由于氣源壓力低造成，其主要原因是系統(tǒng)前減壓閥活塞運(yùn)動(dòng)不靈活，空氣進(jìn)系統(tǒng)壓力降低，根源還是空氣過(guò)濾不充分。故障二是由于閥塊密封不嚴(yán)造成。以上六種常見(jiàn)故障均屬壓縮空氣相關(guān)故障，離合器機(jī)械故障及電路故障少見(jiàn)。

4 離合器空氣系統(tǒng)改進(jìn)措施

根據(jù)上述系統(tǒng)故障及原因分析，研究制定技術(shù)改進(jìn)方案。其中故障二涉及閥塊密封漏氣，發(fā)生頻率較低，可通過(guò)加強(qiáng)日常檢查，定期更換密封圈等管理手段避免，本文不再詳細(xì)闡述。故障一、三、四、五可歸為一類研究，一般發(fā)生在拖輪離泊，舵槳合排過(guò)程，主要應(yīng)通過(guò)技術(shù)手段提高系統(tǒng)進(jìn)氣清潔度，確?？諝饨?jīng)過(guò)充分過(guò)濾，避免閥件卡阻。故障六，一般發(fā)生在拖輪靠泊，舵槳脫排過(guò)程，該過(guò)程一旦單槳脫排失敗，易引發(fā)斷纜等事故，應(yīng)從提高閥塊彈簧可靠性和應(yīng)急手動(dòng)脫排兩個(gè)角度研究。

技術(shù)措施一。為提高系統(tǒng)進(jìn)氣清潔度，可在儲(chǔ)氣瓶后端，進(jìn)系統(tǒng)A口前端的空氣管路上安裝空氣濾器，濾器選擇應(yīng)考慮適用介質(zhì)、工作壓力、耐壓等級(jí)、工作溫度、過(guò)濾精度、處理流量等技術(shù)參數(shù)，能夠充分過(guò)濾空氣中水份及雜質(zhì)。SRP1515FP型舵槳配備離合器品牌為Airflex，型號(hào)24VC1000，額定工作壓力1.15MPa，估算理論最大流量應(yīng)不低于685L/min。[3]據(jù)此設(shè)計(jì)選用一只中壓空濾濾器和一只中壓精密濾器串聯(lián)使用，達(dá)到過(guò)濾效果，其技術(shù)參數(shù)如表2所示。

技術(shù)措施二。為提高閥塊彈簧可靠性，一方面可以考慮重新加工制作彈簧，改善彈簧材質(zhì)，適當(dāng)提高彈簧剛度，特別是彈簧端部應(yīng)給予磨削整平和局部加強(qiáng);另一方面在不更換原有彈簧基礎(chǔ)上，可以配置一只彈簧座，安裝于彈簧一側(cè)，提高彈簧性能，彈簧座厚度約1.5mm，材質(zhì)優(yōu)先選用銅或不銹鋼材質(zhì)。受彈簧加工能力限制，本文選用后者，增加彈簧座方式。

技術(shù)措施三。為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)應(yīng)急脫排功能，可在出系統(tǒng)B口后端，至離合器中間管路上安裝手動(dòng)轉(zhuǎn)換三通閥，正常工作時(shí)系統(tǒng)直接向離合器供氣，當(dāng)出現(xiàn)脫排故障時(shí)，根據(jù)駕駛臺(tái)指令，手動(dòng)轉(zhuǎn)換三通閥，將離合器氣囊內(nèi)的空氣直接排放大氣，實(shí)現(xiàn)脫排工作，保證拖輪順利靠泊。該閥門(mén)只在應(yīng)急情況下使用，為避免誤操作，應(yīng)涂刷紅色，并張貼警示標(biāo)識(shí)及操作說(shuō)明。

根據(jù)上述三項(xiàng)改進(jìn)措施，組織對(duì)某拖輪舵槳離合器空氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，經(jīng)過(guò)充分運(yùn)行試驗(yàn)，改進(jìn)效果明顯，設(shè)備故障率顯著降低，能夠給船舶行業(yè)同類設(shè)備使用提供借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張金國(guó)， 王雋， 王剛偉，等. 船用離合器氣胎充氣時(shí)間計(jì)算及試驗(yàn)分析[J]. 船海工程， 2017，46（4）.134-136