某輪拖纜機(jī)纜繩張力顯示故障分析與排查

陳顯報(bào)

摘? 要：拖纜機(jī)主要用于拖帶沒有自航能力或失去自航能力的船舶和海上設(shè)施，是救助船舶的重要設(shè)備，在歷次救助拖帶任務(wù)中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。準(zhǔn)確的纜繩張力顯示可以直觀判斷纜繩受力情況，本文主要介紹某輪拖纜機(jī)纜繩張力顯示故障分析與排查過程，供參考。

關(guān)鍵詞：拖纜機(jī);滾筒;纜繩;動(dòng)態(tài);張力

0 引 言

某專業(yè)救助船舶配備了新加坡ZICON公司生產(chǎn)的AHTW-200-200-01型液壓拖纜機(jī)。該拖纜機(jī)有上下雙滾筒，各配有2臺(tái)雙速液壓馬達(dá)，能同時(shí)或獨(dú)立工作，額定拉力可達(dá)到2 000 kN，剎車力3 600 kN，上下滾筒容繩量分別為Ф70 mm×1 200 m（鋼纜）、Ф70 mm×500 m（鋼纜）+Ф72 mm×400 m（高分子強(qiáng)力纜）。其控制系統(tǒng)采用以PLC控制器為主，結(jié)合繼電接觸器所組成的一套高度集成化、智能化的控制系統(tǒng)，控制精準(zhǔn)、功能強(qiáng)大，可在駕駛臺(tái)遙控操縱和機(jī)旁就地操縱。

1 故障現(xiàn)象

某次拖帶作業(yè)，在操縱拖纜機(jī)上滾筒進(jìn)行收放纜繩過程中，駕駛臺(tái)、機(jī)旁操縱面板和觸摸屏上纜繩張力顯示均為零，剎車閉合之后才有張力顯示。而操縱下滾筒進(jìn)行收放纜繩和剎車閉合后的纜繩張力均顯示正常。由于上下滾筒纜繩配置不同，正常拖帶作業(yè)是以上滾筒為主用，這就導(dǎo)致操縱人員無法準(zhǔn)確判斷收、放拖纜過程中纜繩的受力情況，這極大地影響了接拖、解拖作業(yè)安全，必須盡快排查故障。

2 纜繩長度及張力檢測原理

該拖纜機(jī)控制系統(tǒng)配備了纜繩的張力與長度檢測功能，以實(shí)現(xiàn)在收放纜繩及拖帶過程中對(duì)纜繩受力情況的監(jiān)測，其中張力值又是在纜繩長度的基礎(chǔ)上計(jì)算得出，纜繩長度及張力檢測電氣原理如圖1所示。

2.1 纜繩長度檢測原理

纜繩長度檢測傳感器采用的是歐姆龍E6F-CWZ5C增量型編碼器，安裝在由滾筒大齒輪帶動(dòng)的小齒輪軸上，隨小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖信號(hào)，A、B、Z三相，其中A、B兩相相差90°，Z相是編碼器每轉(zhuǎn)過一圈發(fā)出一個(gè)脈沖，三相輸出至高速計(jì)數(shù)器單元，計(jì)數(shù)結(jié)果送入CJ2M-CPU15控制器，由控制器計(jì)算出小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)過圈數(shù)及轉(zhuǎn)過角度，再結(jié)合廠家預(yù)設(shè)參數(shù)計(jì)算出纜繩長度數(shù)值，由1#模擬量輸出模塊輸出至纜繩長度顯示窗口進(jìn)顯示，以及由通訊模塊輸出至觸摸屏顯示。另外，控制器又利用這個(gè)長度數(shù)值根據(jù)滾筒每層的實(shí)際纜繩長度計(jì)算出纜繩出纜點(diǎn)與滾筒中心距離，為計(jì)算纜繩張力提供數(shù)據(jù)。

2.2 纜繩張力檢測原理

纜繩的張力又分為動(dòng)態(tài)張力和靜態(tài)張力，動(dòng)態(tài)張力指的是纜繩在收放過程中的張力，裝在供油管路上的液壓油壓力傳感器將液壓壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由2#模擬量輸入模塊輸入至CJ2M-CPU15控制器，控制器結(jié)合當(dāng)前滾筒轉(zhuǎn)速、纜繩出纜點(diǎn)與滾筒中心距離計(jì)算得出動(dòng)態(tài)張力數(shù)值。靜態(tài)張力是指滾筒剎車合上滾筒不動(dòng)，拖帶過程中纜繩所受到的張力。這時(shí)，張力的測量由裝在滾筒剎車機(jī)構(gòu)的一個(gè)橫向軸銷內(nèi)的應(yīng)變電阻檢測，纜繩受力使得剎車機(jī)構(gòu)產(chǎn)生彈性形變，帶動(dòng)橫向軸銷里面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生形變，經(jīng)變送處理單元轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至1#模擬量輸入模塊再輸入至CJ2M-CPU15控制器，控制器根據(jù)此電信號(hào)大小及當(dāng)前纜繩出纜點(diǎn)與滾筒中心距離計(jì)算出纜繩張力數(shù)值。控制器再根據(jù)滾筒剎車的狀態(tài)選擇輸出動(dòng)態(tài)張力值還是靜態(tài)張力值進(jìn)行顯示，剎車打開輸出動(dòng)態(tài)張力值，剎車閉合輸出靜態(tài)張力值，由1#模擬量輸出模塊輸出至纜繩張力顯示窗口顯示，以及由通訊模塊輸出至觸摸屏顯示。纜繩動(dòng)態(tài)靜態(tài)張力與動(dòng)態(tài)張力的計(jì)算都需要用到纜繩出纜點(diǎn)到滾筒中心距離，而這個(gè)距離是通過纜繩放出長度及滾筒每層纜繩實(shí)際長度計(jì)算得出，所以只有保證纜繩長度測量準(zhǔn)確，纜繩張力數(shù)值才能準(zhǔn)確，如此纜繩長度的檢測準(zhǔn)確顯得尤為重要。

3 故障分析與排查

3.1 故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象和纜繩長度及張力檢測原理分析可知：動(dòng)態(tài)張力與靜態(tài)張力在CJ2M-CPU15控制器輸出部分是同一電路，只是根據(jù)滾筒剎車是否閉合選擇輸出動(dòng)態(tài)張力值還是靜態(tài)張力值進(jìn)行顯示，而剎車閉合后的靜態(tài)張力顯示是正常的，那么在CJ2M-CPU15控制器輸出電路也應(yīng)該是正常的，所以故障應(yīng)該是出現(xiàn)在動(dòng)態(tài)張力壓力傳感器至CJ2M-CPU15控制器輸入電路部分。

根據(jù)纜繩動(dòng)態(tài)張力輸入端電氣原理如圖2所示，分析可知：上、下滾筒動(dòng)態(tài)張力在2#模擬量輸入模塊輸出部分是同一電路，而下滾筒的動(dòng)態(tài)張力顯示是正常的，那么在2#模擬量輸入模塊輸出電路也應(yīng)該是正常的，所以可以進(jìn)一步確定故障應(yīng)該是出現(xiàn)在上滾筒動(dòng)態(tài)張力壓力傳感器至2#模擬量輸入模塊輸入電路部分?？赡艿脑蛴校?/p>

（1）2#模擬量輸入模塊（上滾筒部分）內(nèi)部程序錯(cuò)誤;

（2）上滾筒動(dòng)態(tài)張力壓力傳感器故障;

（3）上滾筒壓力傳感器至2#模擬量輸入模塊輸入電路部分接線松動(dòng)或接觸不良。

3.2 故障排查

在2#模擬量輸入模塊上，將上、下滾筒動(dòng)態(tài)張力傳感器輸入的接線A1、A2、A5和B1、B2、B5分別對(duì)調(diào)，打開滾筒剎車，分別操縱拖纜機(jī)上、下滾筒收放纜繩，上滾筒張力有顯示，而下滾筒張力無顯示，所以基本可以排除可能原因（1）：2#模擬量輸入模塊（上滾筒部分）內(nèi)部程序錯(cuò)誤。

上滾筒動(dòng)態(tài)張力壓力傳感器有3根接線，TS+為電源正極，TS-為公共端，AD5+為信號(hào)輸出端，分別接至電源正極、負(fù)極及2#模擬量輸入模塊的A1輸入口。測量傳感器電源TS+、TS-兩端電壓24.5 V正常。將下滾筒壓力傳感器拆下裝至上滾筒，打開滾筒剎車，操縱拖纜機(jī)上滾筒收放纜繩，張力無顯示，所以基本可以排除可能原因（2）：上滾筒動(dòng)態(tài)張力壓力傳感器故障。

排除了可能原因（1）和（2），所以基本可以鎖定故障的原因是（3）：上滾筒壓力傳感器至2#模擬量輸入模塊輸入電路部分接線松動(dòng)或接觸不良。查看電路圖，動(dòng)態(tài)張力輸入端接線如圖3所示：壓力傳感器是先接至一個(gè)14針的電纜束接口，再接到PLC控制箱的接線排，最后再接到2#模擬量輸入模塊的A1輸入口。拆下2#模擬量輸入模塊A1口接線，把接線搭地，再拆下上滾筒壓力傳感器接線，測量傳感器這端接線對(duì)地絕緣，如果為0則線路通，無窮大則線路不通，測量結(jié)果顯示果然線路不通。按此方法又測量了PLC接線排到14針電纜束接頭AD5+對(duì)應(yīng)的12號(hào)針腳的通斷，結(jié)果對(duì)地絕緣200 kΩ左右;再次插上接頭測量傳感器到PLC通斷，這次結(jié)果對(duì)地絕緣1 000 kΩ左右，所以應(yīng)該是14針電纜束接口接觸不良導(dǎo)致。仔細(xì)觀察接口針腳及另一端插口，上面都有一層氧化層，特別12針腳最嚴(yán)重。用細(xì)砂紙及電氣清潔劑對(duì)針腳及插口進(jìn)行打磨和清潔，裝復(fù)再測量通斷，恢復(fù)正常，打開滾筒剎車，操縱拖纜機(jī)上滾筒收放纜繩，動(dòng)態(tài)張力顯示正常。

本次故障根本原因，應(yīng)該是該電纜線束接口在拖纜機(jī)長期使用過程中發(fā)生松動(dòng)，潮氣進(jìn)去導(dǎo)致個(gè)別針腳表面氧化，接觸電阻越來越大，直至故障發(fā)生。查看該電纜線束里還有控制上滾筒收放的比例電磁閥等接線，若情況繼續(xù)惡化，有可能引發(fā)拖纜機(jī)更大故障，也算消除了一次故障隱患。

4 結(jié) 語

拖纜機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，理清其中的邏輯關(guān)系及各種功能的實(shí)現(xiàn)方法，再結(jié)合具體的電氣圖紙，理解起來就會(huì)容易得多，對(duì)查找故障往往也能起到事半功倍的效果。在電氣故障查找中，遠(yuǎn)距離的線路傳輸發(fā)生斷路是一種常見故障，將線纜一頭接地，測量另一頭的對(duì)地絕緣，以此來判斷線路通斷，是一種簡單快捷的方法。若接線線號(hào)缺失或無法辨認(rèn)，用此方法也可以快速地找到對(duì)應(yīng)接線。