船舶機(jī)械設(shè)備故障類型及維修策略

張玉超

摘? 要：該文對船舶機(jī)械設(shè)備中液壓設(shè)備和船用泵的故障類型進(jìn)行特征和成因分析，然后有針對性地提出解決對策，有利于降低故障的發(fā)生頻率，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，提升船舶運(yùn)行的安全性。從維修策略的視角出發(fā)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)的變化趨勢來制定維修決策和維修方法，可避免維修過剩和維修不足帶來的弊端，合理調(diào)度各項(xiàng)資源，快速定位故障點(diǎn)，提高維修效率。

關(guān)鍵詞：船舶；液壓設(shè)備；故障；視情維修；維修效率

中圖分類號：U672? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0133-04

Abstract： This paper analyzes the characteristics and causes of the fault types of hydraulic equipment and marine pumps in marine mechanical equipment， and then puts forward targeted countermeasures， which is helpful to reduce the frequency of faults and prolong the service life of mechanical equipment. Improve the safety of ship operation. From the perspective of maintenance strategy， the maintenance decision and maintenance method are made according to the actual running state of mechanical equipment and the changing trend of performance parameters， which can avoid the disadvantages caused by over maintenance and insufficient maintenance， and reasonably dispatch various resources. Quickly locate the fault point and improve the maintenance efficiency.

Keywords： ship; hydraulic equipment; failure; condition-based maintenance; maintenance efficiency

機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能直接關(guān)系到船舶航行的穩(wěn)定性和安全性，各機(jī)械零部件的功能不同，運(yùn)行環(huán)境不同，所承載的負(fù)荷也不相同，發(fā)生故障的原因也較為復(fù)雜，由此為船舶機(jī)械設(shè)備維修工作帶來一定的難度。船舶中的機(jī)械設(shè)備較多，本文主要以筆者工作中主要負(fù)責(zé)的液壓系統(tǒng)和船用泵為例，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出這些機(jī)械設(shè)備比較常見的故障類型，描述各部件發(fā)生故障時(shí)表現(xiàn)出的特征，在故障診斷和維修后對其故障成因進(jìn)行歸納總結(jié)，可為以后的維修和故障預(yù)防工作提供參考的依據(jù)。事后維修和計(jì)劃維修是機(jī)械故障較為常見的維修方式，事后維修雖然針對性較強(qiáng)且能夠節(jié)約檢測成本，但是卻無法避免故障發(fā)生后產(chǎn)生的危害，不利于船舶航行的安全性。計(jì)劃維修可根據(jù)檢測周期對各部件進(jìn)行維修，但由于工作環(huán)境和工作條件的差異性，設(shè)備會呈現(xiàn)不同的運(yùn)行狀態(tài)，容易出現(xiàn)維修過剩和維修不足的現(xiàn)象，在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面無法得到保障。基于此，視情維修更適用于船舶機(jī)械設(shè)備的維修，通過傳感器對各部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，再通過數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)分析，可實(shí)時(shí)反饋各部件的運(yùn)行狀態(tài)，從而有針對性地采取預(yù)防性維修策略，視情維修將會成為船舶維修決策和維修方法的主要發(fā)展方向。

1? 船舶液壓設(shè)備常見故障及處理措施

液壓技術(shù)因?yàn)樵O(shè)備體積小、重量輕，驅(qū)動力大，調(diào)速范圍寬，剛度大、精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在船舶的傳動和控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，比如在艙口蓋，水密門的啟閉，液壓舵機(jī)，液壓起貨機(jī)和起錨機(jī)等部位都應(yīng)用到液壓設(shè)備。但是液壓設(shè)備也存在油液抗污染能力差，對溫度變化較為敏感以及成本高等缺陷，船舶中的液壓設(shè)備大多處于露天環(huán)境中，經(jīng)常受到風(fēng)吹、日曬、雨淋和海水侵蝕等自然環(huán)境的影響，導(dǎo)致液壓設(shè)備發(fā)生故障的頻率較高，對船舶航行的安全性產(chǎn)生不利影響[1]。

1.1? 液壓設(shè)備故障類型

液壓設(shè)備的故障類型常表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：動作故障，比如啟動不正常、執(zhí)行元件速度慢或不能動作等；壓力故障，比如壓力無法達(dá)到規(guī)定要求、壓力不穩(wěn)定等；噪音和振動，比如工作時(shí)出現(xiàn)嘯叫聲；還有油溫過高、油液污染等。造成這些故障的原因較為復(fù)雜，還需要根據(jù)具體的表現(xiàn)特征結(jié)合技術(shù)診斷來確定故障點(diǎn)和故障成因。

1.2? 液壓設(shè)備故障特點(diǎn)

液壓設(shè)備的故障呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，有時(shí)一個(gè)液壓元件的故障可能是多種原因共同作用的結(jié)果，有時(shí)一個(gè)元件的損壞可能造成多個(gè)元件或者整個(gè)系統(tǒng)的故障，有時(shí)電氣系統(tǒng)的故障也會導(dǎo)致液壓設(shè)備故障。隨著船舶液壓設(shè)備自動化和集成化程度的提高，很多液壓設(shè)備會同時(shí)應(yīng)用機(jī)械、液壓、電氣和微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)，產(chǎn)生故障的原因也更加復(fù)雜化，即使是同一種故障類型，也可能是不同原因所致，同一原因也會造成不同的故障類型，這直接增加了液壓設(shè)備故障維修的難度。液壓設(shè)備的安裝調(diào)試、人為操作、日常維護(hù)等任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都可能導(dǎo)致故障的發(fā)生[2]。

1.3? 液壓設(shè)備常見故障類型、成因和處理措施

由于液壓設(shè)備的大部分元件處于封閉的殼體和管路中，所以在故障診斷時(shí)具有一定的難度，在液壓系統(tǒng)中一般會裝有過載保護(hù)裝置，元器件發(fā)生故障的幾率較小，所以在液壓設(shè)備發(fā)生故障時(shí)需要更多的時(shí)間去定位故障點(diǎn)。但是在長期的維修工作中可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)備在故障發(fā)生前一般會出現(xiàn)異常現(xiàn)象，比如油溫過高、動作無力、出現(xiàn)焦糊味等，通過這些比較容易發(fā)現(xiàn)的特征，即可提前防止故障的發(fā)生或者快速定位故障點(diǎn)[3]。下面針對液壓設(shè)備比較常見的故障類型，分析故障成因和處理措施。

1.3.1? 動作故障

在船舶艙口蓋的液壓裝置中常會出現(xiàn)執(zhí)行元件速度過慢或者不動作的現(xiàn)象，初期表現(xiàn)為工作速度下降或者無法正常動作。在過往的維修案例中發(fā)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)中使用的液壓齒輪泵隨著工作時(shí)間的延長，油溫會不斷升高，當(dāng)油溫升至60～70 ℃時(shí)，艙蓋無法實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作。處理措施：首先清除泵進(jìn)口濾網(wǎng)上的雜物，清除后仍然無法解決問題。下一步解體齒輪泵，發(fā)現(xiàn)齒輪泵磨損較為嚴(yán)重，軸向間隙和縱向間隙都已超出規(guī)定范圍，在更換齒輪泵后艙蓋可正常動作，故障解除。

1.3.2? 壓力故障

在一例艙口蓋的維修作業(yè)中發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的壓力逐漸降低，降至一定數(shù)值后不再恢復(fù)，也無法調(diào)整至原來壓力值。初期診斷為液壓泵在長期運(yùn)行中出現(xiàn)磨損導(dǎo)致內(nèi)泄漏量增加，但拆檢齒輪泵后發(fā)現(xiàn)磨損并不嚴(yán)重，調(diào)整軸向和徑向間隙后試車，故障仍然無法解決。在試車過程中發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)處于正常值和降低后的壓力值時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)都較為平穩(wěn)，從而判斷可能是溢流閥存在故障，拆卸溢流閥后發(fā)現(xiàn)閥座處有污物導(dǎo)致密封不良，清洗閥座后，艙口蓋液壓系統(tǒng)恢復(fù)正常[4]。由此故障可看出油液品質(zhì)的重要性，要及時(shí)更換油液，并且把好油液品質(zhì)關(guān)，降低液壓系統(tǒng)故障頻率。

1.3.3? 噪音與振動

在以往的維修案例中某船舶起貨機(jī)的液壓系統(tǒng)在工作時(shí)出現(xiàn)嘯叫聲，當(dāng)系統(tǒng)的壓力值處于某一范圍內(nèi)的最大值時(shí)，系統(tǒng)會出現(xiàn)持續(xù)性的嘯叫聲，經(jīng)過檢查嘯叫聲出現(xiàn)在油泵出口管路的溢流閥上，其他位置則無此噪音。解體此溢流閥后，發(fā)現(xiàn)主閥閥芯上的阻尼孔過大，閥芯下面的壓力油經(jīng)過阻尼孔后作用于導(dǎo)閥上的錐閥時(shí)，壓力油產(chǎn)生的壓力脈動會與錐閥上的彈簧產(chǎn)生共振，從而導(dǎo)致錐閥振動出現(xiàn)噪音。在更換閥芯后，嘯叫聲消失。在液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)噪音和振動的原因較多，系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，液壓泵、控制閥元件故障等，都可引發(fā)噪音和振動。在處理這類故障時(shí)，可根據(jù)故障特征初步定位故障點(diǎn)，然后再通過聽、看、摸、聞、拆解等檢查，進(jìn)一步診斷故障原因，然后采取相應(yīng)的處理措施。

1.4? 液壓系統(tǒng)常見故障的表現(xiàn)、原因及消除方法匯總

船舶液壓設(shè)備的故障現(xiàn)象及原因較多，根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，將液壓系統(tǒng)中比較常見的故障現(xiàn)象、原因及排除方法總結(jié)如下（表1），可為以后的維修工作提供參考依據(jù)。

2? 船用泵的振動故障

船用泵在運(yùn)行一定時(shí)間后，零件因?yàn)閾p傷會導(dǎo)致尺寸和幾何形狀發(fā)生改變，機(jī)械性能降低等現(xiàn)象。振動是造成零件損傷的主要原因之一，下面對船用泵的振動故障進(jìn)行簡要分析。

2.1? 船用泵的振動原因

船用泵振動的原因較多，主要總結(jié)為以下幾點(diǎn)。第一，電氣原因。電機(jī)作為泵機(jī)組的核心裝置，當(dāng)電機(jī)中磁力或者電氣系統(tǒng)出現(xiàn)異常，就可能導(dǎo)致泵的振動。第二，機(jī)械原因。由于泵內(nèi)使用的零件生產(chǎn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，或者安裝不規(guī)范等原因，導(dǎo)致泵在運(yùn)行過程中零件出現(xiàn)磨損或者密封失效等現(xiàn)象，泵內(nèi)各部件間運(yùn)行頻率相近，就會導(dǎo)致共振。第三，其他原因。船用泵的水工設(shè)計(jì)與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)存在差異性，機(jī)組進(jìn)水及運(yùn)行程序不規(guī)范，水泵淹沒深度不達(dá)標(biāo)等，都會導(dǎo)致泵振動。

2.2? 船用泵振動故障的預(yù)防

因?yàn)楸玫恼駝釉蜉^為復(fù)雜，為了預(yù)防泵發(fā)生振動故障，應(yīng)該做好前端預(yù)防工作。嚴(yán)格檢測泵內(nèi)零件的質(zhì)量和一致性，確保各零件與規(guī)范要求一致。控制船用泵的安裝調(diào)試，嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，從源頭預(yù)防泵發(fā)生振動故障。加強(qiáng)對泵的日常維護(hù)和檢查。重點(diǎn)檢查機(jī)組在運(yùn)行期間的聲音和振動情況，如果振動較大且有噪音，應(yīng)及時(shí)停機(jī)進(jìn)行檢查，避免發(fā)生故障或者引起安全事故。還應(yīng)對軸承的溫度進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)了解潤滑油狀態(tài)，如果軸承溫度過高，或者潤滑油數(shù)量超出警戒位，要及時(shí)采取干預(yù)措施。

2.3? 船用泵振動故障處理措施

根據(jù)泵振動故障的原因，采取對應(yīng)的處理方法。如果是電機(jī)原因引起的振動，可能是機(jī)組軸承出現(xiàn)磨損，可先對機(jī)組的同心度進(jìn)行矯正，如果無法校準(zhǔn)，則需更換零件。如果定期出現(xiàn)振動，可能是由于定轉(zhuǎn)子摩擦轉(zhuǎn)子無法停在固定位置，這種情況可對轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡進(jìn)行校準(zhǔn)。如果是由于手動盤車?yán)щy出現(xiàn)振動，可對軸承進(jìn)行校準(zhǔn)或者更換軸承?？傊枰鶕?jù)實(shí)際情況采取對應(yīng)的處理措施，以提高故障維修效率。

3? 視情維修策略在船舶機(jī)械維修中的應(yīng)用

3.1? 視情維修在船舶機(jī)械設(shè)備維修中的價(jià)值

維修策略和維修方法的選擇關(guān)系到船舶機(jī)械設(shè)備的維修成本和維修效率，我國的機(jī)械設(shè)備維修主要有事后維修和定期維修。事后維修雖然維修效率高，但是在故障潛伏期或者故障發(fā)生時(shí)，會對船舶的安全性產(chǎn)生較大的威脅。定期維修是根據(jù)事先安排好的周期進(jìn)行維修，維修工期和費(fèi)用比較容易控制，但是因?yàn)楦髁悴考墓ぷ鳝h(huán)境和工作條件不同，容易出現(xiàn)維修不足或者維修過剩的現(xiàn)象。相對于前2種維修，視情維修則更為靈活，通過對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，利用維修模型能夠?qū)υO(shè)備的可靠性進(jìn)行預(yù)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題并采取相應(yīng)的對策。視情維修是基于P-F曲線理論（圖1），設(shè)備中零件的功能和工作條件不同，可靠性的下降曲線也不同，根據(jù)P-F曲線可知設(shè)備應(yīng)該在故障發(fā)生點(diǎn)F之前進(jìn)行維修，同時(shí)在潛在故障點(diǎn)P之后維修可提高設(shè)備維修的經(jīng)濟(jì)性[5]。視情維修可避免維修不足和維修過剩的現(xiàn)象，降低機(jī)械設(shè)備故障對船舶航行安全性產(chǎn)生的影響。視情維修策略需要安裝較多的傳感器，需要建立精確的維修模型，運(yùn)行成本相對較高，所以還需要根據(jù)船舶的實(shí)際情況來決定是否采用該種策略。

3.2? 視情維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

視情維修是一個(gè)較為開放的體系，可根據(jù)不同的維修目標(biāo)建立不同的決策模型，以使維修決策與目標(biāo)設(shè)備的實(shí)際情況更加契合，有效保證機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的可靠性。視情維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括如下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集，根據(jù)船舶機(jī)械設(shè)備維修的需求和特性，在設(shè)備上安裝振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和腐蝕傳感器等，對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，然后根據(jù)實(shí)際需求選擇適宜的監(jiān)測計(jì)劃；信號處理，將傳感器收集到的信號進(jìn)行去噪、濾波和壓縮等處理，然后轉(zhuǎn)換成可識別的數(shù)據(jù)類型；狀態(tài)監(jiān)測，主要是監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)視情維修的需求，可將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分為正常工作狀態(tài)、潛在故障狀態(tài)和故障狀態(tài)，對于每種狀態(tài)設(shè)定相應(yīng)的閾值，當(dāng)設(shè)備處于潛在故障狀態(tài)時(shí)就要進(jìn)行預(yù)防性維修，當(dāng)系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)信號達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)即發(fā)出警報(bào)，維修人員及時(shí)采取維修措施；健康評估，將設(shè)備最新的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而判斷設(shè)備的健康水平；故障預(yù)測，將以往的故障參數(shù)匯總成故障庫，然后將收集到的數(shù)據(jù)與故障庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)故障的前期特征可判斷出即將發(fā)生的故障類型；輔助維修決策，根據(jù)知識庫中的數(shù)據(jù)信息，視情維修系統(tǒng)會提供維修時(shí)間、維修類型等建議，供岸基維修人員參考；岸基維修人員，維修人員對輔助維修決策系統(tǒng)給出的建議進(jìn)行審核檢查，然后結(jié)合船舶的出海時(shí)間和執(zhí)行任務(wù)的性質(zhì)等因素，制定出船舶機(jī)械設(shè)備的維修策略和任務(wù)計(jì)劃[6]。視情維修體系的基本架構(gòu)大體相同，如圖2所示。

4? 結(jié)束語

機(jī)械設(shè)備維修是保證船舶安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作，受到船舶航行環(huán)境的影響，船舶中的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的種類和成因更加復(fù)雜，對各部件的運(yùn)行性能會產(chǎn)生較大的影響?？茖W(xué)合理的維修策略和方法是船舶維修工作需要考慮的重要問題，采用視情維修策略可最大程度降低故障發(fā)生頻率，提高維修效率。通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，再根據(jù)該設(shè)備的歷史維修記錄，設(shè)定相應(yīng)的維修閾值，合理調(diào)動維修資源，延長船舶機(jī)械設(shè)備使用壽命，降低維修成本。

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