起重吊機(jī)滿負(fù)荷試重?zé)o法起吊的故障分析及調(diào)整方法

吳紅春，李新東

(1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津 300459；2. 中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 天津 300459)

海上平臺的起重吊機(jī)屬于關(guān)鍵設(shè)備，平臺施工所需物料和生活物資全部都由起重吊機(jī)來完成吊運(yùn)，所以起重吊機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。按照中國船級社的檢驗要求，每年需對起重吊機(jī)進(jìn)行定期檢驗，同時每4 年對吊機(jī)的主鉤、副鉤分別進(jìn)行一次試重檢驗，以確保吊機(jī)在運(yùn)行期間的吊裝安全。

某海上平臺在對某一臺起重吊機(jī)年檢試重時發(fā)現(xiàn)，起重吊機(jī)的主鉤吊裝達(dá)到100%額定載荷時無法吊起試重壓塊，不能完成后續(xù)試重檢驗，需要查找原因并及時解決。在對液壓元件進(jìn)行測試與調(diào)整之后，為了保證液壓系統(tǒng)的整體性能和技術(shù)指標(biāo)，還應(yīng)對起重吊機(jī)液壓系統(tǒng)整體進(jìn)行全面細(xì)致的調(diào)試，以達(dá)到各元件的合理協(xié)調(diào)工作，進(jìn)而保證液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠[1]。

1 工作原理

海上平臺多使用液壓驅(qū)動型海洋起重吊機(jī)，由柴油機(jī)或電動機(jī)驅(qū)動的液壓油泵安裝在能夠360°回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)平臺上，液壓油泵輸出高壓的液壓油來驅(qū)動吊臂變幅、主鉤、副鉤和回轉(zhuǎn)等絞車滾筒的液壓馬達(dá)，進(jìn)而實現(xiàn)吊臂變幅、主鉤起升、副鉤起升和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動。

吊臂變幅、主鉤起升、副鉤起升和回轉(zhuǎn)等運(yùn)動的正反向都是通過起重吊機(jī)司機(jī)在駕駛室手動操作先導(dǎo)閥、液壓控制多路閥的閥芯換向來實現(xiàn)的，多路閥也叫主控制閥，多路閥上安裝的安全閥用來向各種動作提供過載保護(hù)。在360°回轉(zhuǎn)平臺上安裝的吊臂變幅、主鉤、副鉤通過液壓馬達(dá)帶動絞車滾筒轉(zhuǎn)動，將纏繞在滾筒上面的鋼絲繩進(jìn)行回收和下放，并通過三腳架和吊臂頂端的各滑輪的組合作用實現(xiàn)吊物的起升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

2 吊機(jī)分類

起重吊機(jī)主要部件包括底座、吊臂、三角架、主絞車系統(tǒng)、副絞車系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等。

2.1 底座

起重吊機(jī)底座為帶有頂部法蘭的圓柱形筒體，筒體由縱向軋制的板材焊接形成。筒體上開有人孔，人員進(jìn)入底座內(nèi)部較為方便，人孔四周設(shè)有筋板進(jìn)行加強(qiáng)。由于底座與平臺支座連接處有焊接坡口，保證了底座與平臺支座經(jīng)過焊接滿足強(qiáng)度的要求。通過底座焊接后再經(jīng)過機(jī)加工，達(dá)到了安裝使用的要求。

2.2 吊臂

海上平臺起重吊機(jī)的吊臂通常都采用桁架式，其優(yōu)點為擋風(fēng)面積小、承風(fēng)能力更強(qiáng)，適用于海上平臺惡劣的工作環(huán)境。吊臂一般分為多節(jié)的形式，以方便起重吊機(jī)安裝時的吊裝要求，節(jié)與節(jié)之間采用的是銷軸連接，吊臂頭部安裝有主鉤、副鉤鋼絲繩滑輪。組成吊臂的舷桿及斜拉筋均采用高強(qiáng)度的鋼管進(jìn)行制作，利于吊臂重量變輕，整體外形美觀大方。吊臂根部銷軸和頂滑輪軸也都采用高強(qiáng)度的鋼材制作而成，通過襯套軸承來進(jìn)行轉(zhuǎn)動，通過軸端面的油嘴對軸承進(jìn)行加油潤滑。

2.3 三角架

三角架由前后撐桿組成，變幅滑輪架與前撐桿連成一體，三角架通過前后撐桿與絞車平臺鉸接。三角架采用鉸接可卸結(jié)構(gòu)，加工、焊接、安裝、運(yùn)輸、平臺吊裝等都極為方便。三角架前后撐桿均為鋼管焊接而成，三角架上部設(shè)置了從回轉(zhuǎn)平臺到三角架頂部的維護(hù)檢修所用的通道和頂部工作平臺。

2.4 回轉(zhuǎn)平臺

回轉(zhuǎn)平臺采用圓筒的結(jié)構(gòu)形式，三角架、吊臂均與兩梁鉸接。回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、動力泵組平臺、駕駛室平臺及三角架等均布置在回轉(zhuǎn)平臺上，回轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有溢出油匯集托盤及回收口，在設(shè)備維護(hù)檢修時產(chǎn)生的污油不會影響到起重吊機(jī)之外的環(huán)境。

2.5 主絞車系統(tǒng)

主絞車由滾筒、行星減速齒輪箱、液壓馬達(dá)和支架組成。絞車的制動通過內(nèi)部安裝的彈簧制動器進(jìn)行，制動器為彈簧作用液壓釋放濕式摩擦片式常閉制動器，設(shè)有摩擦片磨損補(bǔ)償裝置。在失壓情況下，制動器會馬上接合到一起，以實現(xiàn)安全制動。減速器潤滑油油位表一般設(shè)置在進(jìn)行檢修、維修最為顯眼的位置，便于觀察。維護(hù)時潤滑油注入和排放可減到最低限度。絞車滾筒保證鋼絲繩的卷繞合理、均勻、高效、可靠、安全，并能夠延長鋼絲繩壽命，其最大起升負(fù)載通過多路閥的溢流閥和力矩限制儀來限制。

2.6 副絞車系統(tǒng)

副絞車和主絞車形式相同，也是由滾筒、行星減速齒輪箱、支架和液壓馬達(dá)4 部分組成。其制動也與主絞車系統(tǒng)類似。

2.7 變幅系統(tǒng)

變幅系統(tǒng)的動作通過一個變幅絞車鋼絲繩吊臂支承機(jī)構(gòu)來完成。絞車減速器油位表設(shè)在最為明顯的位置，便于觀察油位，潤滑油注入和排放口設(shè)置合理，便于油的注入和排出。絞車制動也是通過彈簧制動器進(jìn)行，在突然失壓情況下，制動器可以馬上接合實現(xiàn)安全制動。滾筒容量保證當(dāng)?shù)醣巯路诺阶畹臀恢?水平以下10°)時，絞車滾筒上至少有5 圈鋼絲繩。絞車滾筒的設(shè)計用來保證鋼絲繩的卷繞安全、合理、均勻、可靠、高效，并能夠延長鋼絲繩的使用壽命。滾筒上安裝有變幅鎖定裝置，用來防止吊臂意外降落造成事故，變幅鎖定機(jī)構(gòu)由安裝在變幅絞車上的棘輪和掣爪來完成鎖定動作。起重吊機(jī)的變幅動作需要通過操作人員在駕駛室內(nèi)手動操縱液壓系統(tǒng)來完成：當(dāng)?shù)醣垩銎饡r，幅度減?。划?dāng)?shù)醣鄹┫聲r，幅度會增大。

2.8 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要包括回轉(zhuǎn)齒輪箱、回轉(zhuǎn)支承、組合閥塊、液壓馬達(dá)等。每個回轉(zhuǎn)齒輪箱都是帶圓盤制動器的行星齒輪減速器，它由液壓馬達(dá)來驅(qū)動、小齒輪來輸出，以帶動整機(jī)進(jìn)行360°全回轉(zhuǎn)動作。減速器潤滑油油表設(shè)置在較為明顯的部位，回轉(zhuǎn)制動通過圓盤制動器進(jìn)行。當(dāng)?shù)鯔C(jī)吊臂位置固定后，可以拆下整個回轉(zhuǎn)裝置，也可以拆檢回轉(zhuǎn)裝置局部的零件。

2.9 動力系統(tǒng)

起重吊機(jī)一般有2 種動力形式：一種是柴油機(jī)動力系統(tǒng)，由柴油機(jī)、液壓泵和彈性聯(lián)軸器組成；一種是電動機(jī)動力系統(tǒng)，由電動機(jī)、液壓泵和彈性聯(lián)軸器組成。通過動力系統(tǒng)驅(qū)動液壓油泵輸出高壓的液壓油來驅(qū)動各絞車滾筒的液壓馬達(dá)。

3 故障原因分析

由于海上平臺各種吊裝作業(yè)較多，起重吊機(jī)使用比較頻繁，進(jìn)而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)長期運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓油對液壓系統(tǒng)管線及各閥組的沖刷和溫度變化都會導(dǎo)致閥組閥芯等的磨損、卡滯等諸多問題，易出現(xiàn)主鉤100%滿載起鉤時液壓系統(tǒng)壓力不足、主鉤在試重時無法滿載起吊的現(xiàn)象。

結(jié)合故障現(xiàn)象對多路閥特別是對多路閥主鉤起鉤安全閥進(jìn)行檢查分析，認(rèn)為可能是由于多路閥主鉤起鉤安全閥的開啟壓力降低，造成主鉤液壓系統(tǒng)在滿載試重時安全閥動作泄壓，液壓油通過回油管路最終到達(dá)液壓油箱。液壓油壓力不能滿足主鉤滿載起鉤的壓力要求，從而主鉤無法吊起試重塊。

安全閥在液壓系統(tǒng)中起著重要的作用，其開啟壓力的降低會對起重吊機(jī)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，所以對安全閥開啟壓力變小的原因進(jìn)行分析，主要包含以下幾點。

3.1 閥芯和閥座之間有雜質(zhì)

閥芯和閥座之間存在一部分雜質(zhì)，導(dǎo)致密封面密封不嚴(yán)，當(dāng)液壓油系統(tǒng)內(nèi)壓力升高時，泄漏量逐漸增大，不能維持液壓系統(tǒng)設(shè)定的壓力。針對此問題，可在安全閥進(jìn)行拆除后對閥芯和涉及的管路進(jìn)行充分的清理和檢查。

3.2 閥芯回座不正

液壓油壓力升高時會導(dǎo)致安全閥開啟。由于安全閥長期使用，閥芯、閥座、彈簧磨損后配合精度不斷下降，閥芯不能正?；刈蛘呖瑢?dǎo)致液壓油壓力升高時泄漏量逐漸增加。如若閥芯、閥座、彈簧磨損、閥桿彎曲、傾斜等原因使閥芯與閥座錯位，應(yīng)重新研磨或更換新的閥組。

3.3 溫度對彈簧的影響

當(dāng)所處環(huán)境溫度變化范圍較大時，安全閥內(nèi)部的彈簧剛度也會發(fā)生很大的變化，實際開啟壓力相比原先設(shè)定的額定壓力要低，當(dāng)溫度升高后，其彈簧剛度就會隨之變小，此時的開啟壓力就會變小了。我們通常是將安全閥拆卸下來進(jìn)行調(diào)校，此時調(diào)校溫度比實際運(yùn)行的溫度要低很多，所以調(diào)整到設(shè)定壓力后，在實際的使用中也會稍早開啟。安全閥經(jīng)常開啟會影響其使用壽命和起重吊機(jī)的穩(wěn)定。除了溫度的影響之外，也會有調(diào)校時壓力表的讀取誤差、人員的技術(shù)水平差異和采用調(diào)校時壓力表精度等方面的影響。為了使開啟壓力盡可能準(zhǔn)確，就要使調(diào)校時的工作環(huán)境接近實際運(yùn)行時的環(huán)境或設(shè)定得比實際設(shè)定壓力稍高一些。

3.4 安全閥彈簧彈力不足

安全閥達(dá)不到規(guī)定壓力而開啟的原因可能是定壓不準(zhǔn)、彈簧老化、疲勞損壞、彈力下降。經(jīng)過長期使用，彈簧的彈力下降，不能維持額定的設(shè)定壓力[2]。對于此情況，應(yīng)適當(dāng)旋緊安全閥的調(diào)整螺桿或更換新的彈簧來達(dá)到預(yù)期的壓力值。

3.5 安全閥閥芯和密封面磨損

由于安全閥使用時間較長，閥芯和閥座之間產(chǎn)生腐蝕或磨損，導(dǎo)致液壓油壓力升高時不能完全密封，部分液壓油通過回油管泄露至液壓油箱中。

根據(jù)閥芯和閥座的損傷程度，我們可以采用研磨或者車削后研磨的方法進(jìn)行修復(fù)，以保證其密封面的密封效果。

4 調(diào)整方法

多路閥具有流阻小、安全保護(hù)性能好的特點，多路閥可通過調(diào)節(jié)閥芯上行程限制螺釘?shù)姆椒?，單?dú)調(diào)節(jié)經(jīng)過每一聯(lián)閥芯的流量，使它適用于不同負(fù)載流量的環(huán)境。多路閥還具有流量分配與負(fù)載無關(guān)的性能，即當(dāng)控制人員同時操縱手柄時，系統(tǒng)會自動根據(jù)多路閥的每個開口調(diào)整進(jìn)入各用戶的流量，這與用戶所承受的負(fù)載大小沒有關(guān)系。多路閥具有各種安全保護(hù)功能，按SOLAS 公約規(guī)定“凡在液壓系統(tǒng)中能被隔斷的，并且由于動力源或外力能使其產(chǎn)生壓力的任何部位，應(yīng)設(shè)置安全閥”[3]。每一聯(lián)多路閥的閥芯中都具有單獨(dú)的動作安全保護(hù)裝置，閥塊的前端共有2 個總安全保護(hù)閥，此閥壓力應(yīng)為各動作的液壓油最大壓力值。有時為滿足起重吊機(jī)大流量的需要，起重吊機(jī)的液壓系統(tǒng)采用2 個多路閥組合起來，一起向用戶供油。起重吊機(jī)各個動作的流量壓力值在出廠試驗時均已設(shè)定好，非故障或其他特殊情況時一定不要輕易改變。

根據(jù)上述分析，需要準(zhǔn)備好內(nèi)六角等調(diào)整工具，對多路閥的主鉤起鉤的安全閥現(xiàn)場確認(rèn)后，先利用開口扳手將主鉤起鉤安全閥調(diào)整螺栓固定鎖母松開，然后利用合適尺寸的內(nèi)六角扳手順時針向內(nèi)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行微調(diào)，完成微調(diào)后鎖緊固定鎖母，通過增強(qiáng)安全閥控制壓力增加主鉤起鉤的系統(tǒng)壓力。主鉤起鉤測試，如不能吊起則繼續(xù)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)微調(diào)，直至主鉤可以吊起對應(yīng)的試重塊。調(diào)整完畢后將主鉤起鉤安全閥的固定鎖母緊固。依照此方法對100%額定負(fù)載試驗完成后進(jìn)行125%試重。

調(diào)整時需要注意的是在調(diào)整主鉤起鉤安全閥前必須檢查起重吊機(jī)液壓系統(tǒng)高壓軟管和連接管件接頭部位沒有破損、滲漏、裂紋、鼓包情況。如有滲漏、破損、裂紋、鼓包現(xiàn)象，則必須在調(diào)試前采取接頭緊固或更換高壓軟管等措施，確保管線和連接件接頭部位沒有滲漏后才能夠進(jìn)行主鉤起鉤液壓系統(tǒng)安全閥的調(diào)試。同時，注意液壓系統(tǒng)壓力表勿超過系統(tǒng)規(guī)定壓力值，以防止主鉤滿載試重時造成高壓軟管爆管、刺漏、斷裂等故障發(fā)生。

為保證開啟壓力值準(zhǔn)確，應(yīng)使調(diào)整時的介質(zhì)條件盡量接近實際運(yùn)行時的條件。

當(dāng)對安全閥調(diào)整時，向左進(jìn)行逆時針方向旋轉(zhuǎn)，排放壓力和回座壓力將會降低。反之，向右進(jìn)行順時針方向旋轉(zhuǎn)時，排放壓力和回座壓力都會升高。調(diào)整吊機(jī)主鉤液壓系統(tǒng)壓力時，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺栓要緩慢、微量進(jìn)行調(diào)整，不應(yīng)該急于求成，要分多次少量進(jìn)行調(diào)整，每一次調(diào)整時轉(zhuǎn)動的角度不宜過大，同時每次調(diào)整之后都應(yīng)將固定鎖母擰緊，避免因調(diào)整量過大對吊機(jī)主鉤液壓系統(tǒng)造成損壞或使起重吊機(jī)不能正常運(yùn)行。

調(diào)整完畢后需要對起重吊機(jī)液壓系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行全面細(xì)致的試運(yùn)，保證達(dá)到各元件之間配合精準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

起重吊機(jī)是海上平臺關(guān)鍵的設(shè)備之一，同時也屬于特種設(shè)備，所以日常檢查保養(yǎng)和按照規(guī)程要求進(jìn)行年度檢驗至關(guān)重要。定期對液壓油進(jìn)行油品分析化驗，并按照廠家維保手冊中規(guī)定的時間對回油濾器進(jìn)行更換，以保證油質(zhì)清潔、油品物理參數(shù)和化學(xué)參數(shù)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

多路閥主鉤起鉤安全閥的控制壓力降低造成主鉤液壓系統(tǒng)在滿載試重時安全閥動作泄壓，液壓油通過回油管路到達(dá)液壓油箱。液壓油壓力不能滿足主鉤滿載起鉤的壓力要求，則導(dǎo)致主鉤無法吊起試重塊。安全閥開啟壓力變小的原因很多，主要為閥芯和閥座之間有雜質(zhì)、閥芯回座不正、溫度對彈簧的影響、安全閥彈簧彈力不足、閥芯和密封面磨損等。

通過以上各方面分析，今后在起重吊機(jī)日常運(yùn)行中要加強(qiáng)保養(yǎng)，并進(jìn)行油品的定期化驗分析，以定期發(fā)現(xiàn)潛在的事故隱患，并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施加以解決，確保液壓系統(tǒng)各閥組的功能穩(wěn)定和起重吊機(jī)各部件的安全運(yùn)行。