(中國船級社 武漢分社，武漢 430022)

1 拖纜機的類型及其發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 拖纜機的分類

拖纜機按照驅(qū)動方式可分為蒸汽機拖纜機、柴油機拖纜機、電動拖纜機和電動液壓拖纜機等。按照其操作控制方式的不同可以分為自動拖纜機和非自動拖纜機[1]。

拖纜機在進行拖帶作業(yè)時，如果海面風(fēng)平浪靜，拖船以一定航速拖帶被拖船按拖船航跡航行，排纜中收到的是恒值拉力；當(dāng)有風(fēng)浪時，拖船與被拖船間將出現(xiàn)相對航速，比如，當(dāng)船在波峰、波谷時，纜繩將被拉緊、放松，此時纜繩中的拉力將急劇增多、減小。如拖船的艏艉線與纜繩間有較大傾角，則因拖船常比被拖船小，此時可能使拖船傾斜甚至傾覆，為此要求拖纜機能自動緩和纜繩中的巨大沖擊力，使其在風(fēng)浪中進行拖帶作業(yè)時，能夠在半個波浪周期內(nèi)放出足夠長的纜繩以緩和劇增的拉力，能在另半個波浪周期內(nèi)收完前半個波浪周期放出的纜繩，以防止纜繩松弛。另外，對放出的纜繩長度必須檢測，以保證拖船和被拖船之間的相對距離，同時可以避免放纜繩過長或收繩過多造成事故。

1.2 拖纜機的發(fā)展現(xiàn)狀

早期的拖纜機主要為非自動型，隨著技術(shù)進步和用戶要求的不斷提高，現(xiàn)在拖纜機基本上為自動型拖纜機，通過電控系統(tǒng)對拖纜機的機械、液壓和電氣部分進行自動控制，安全性和可靠性大大提高，目前，我國生產(chǎn)的大部分拖纜機主要采用電動液壓驅(qū)動和控制。

2008年6月，江蘇海泰船舶設(shè)備公司為廣東粵新造船股份有限公司建造的起錨供應(yīng)船提供了100 t拖纜機。目前，該公司已自主研發(fā)、生產(chǎn)了80 t、150 t、200 t系列拖纜機并已成功交付使用。近期，該公司與挪威一家公司達成貼牌生產(chǎn)合作協(xié)議，將制造300 t大型拖纜機，用于斯里蘭卡船東訂造的船舶。其卷筒負(fù)載為300 t×6 m/min、動力制動為(60～300) t×(0～35) m/min、支持負(fù)載400 t。

武漢船用機械有限責(zé)任公司已成功研制了海洋工程船超大型低壓拖纜機。其設(shè)計采用閉環(huán)流量張力非線性控制方法，開發(fā)了大型拖纜機控制系統(tǒng)軟件；在國內(nèi)首次提出了船用拖曳設(shè)備應(yīng)急釋放模糊控制方法，建立了拖纜機應(yīng)急釋放數(shù)學(xué)模型及動態(tài)制動與張力仿真分析模型，并得到試驗及實船驗證；通過控制容錯設(shè)計，實現(xiàn)了拖纜機信號的集成處理與實時監(jiān)控。其250 t拖纜機成果已在7 400 kW三用工作船上得到應(yīng)用，主要性能指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，對促進我國海洋工程船超大型低壓拖纜機技術(shù)的提升具有重要作用。

其他國內(nèi)船舶機械生產(chǎn)廠家如華南船舶機械廠生產(chǎn)過16 t液壓拖纜機，25 t電動拖纜機；南京綠洲機器廠生產(chǎn)過25、35 t電動液壓拖纜機；無錫江南船舶設(shè)備廠也生產(chǎn)過拖纜機。

目前，拖纜機已經(jīng)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7365規(guī)定了拖纜機的分類、技術(shù)要求和驗收試驗等內(nèi)容，國家標(biāo)準(zhǔn)GB11869-2007《遠洋船用拖曳絞車》參考了該國際標(biāo)準(zhǔn)，另外，《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則(海上拖航法定檢驗技術(shù)規(guī)則)》(1999)對船用拖纜機的相關(guān)內(nèi)容也有具體規(guī)定。

2 拖纜機的主要機構(gòu)及形式

拖纜機主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、電控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。某公司生產(chǎn)的250 t電動液壓拖纜機結(jié)構(gòu)見圖1。

該250 t雙滾筒拖纜機擬用于某海洋工程支持船上，其驅(qū)動方式為電動-液壓驅(qū)動，采用低速大轉(zhuǎn)矩葉片馬達作為動力驅(qū)動元件，并具有三檔速度自動切換的功能，以適應(yīng)不同工況下作業(yè)的需要(高速輕載、低速重載)。雙卷筒上下瀑布式布置。上卷筒為拖曳卷筒,下卷筒為起拋錨卷筒。電控系統(tǒng)采用PLC控制器，實現(xiàn)對拖纜機的監(jiān)測、控制和保護功能。該拖纜機的主要性能參數(shù)見表1。

圖1 250 t拖纜機的結(jié)構(gòu)

表1 TL-2500型拖纜機主要性能參數(shù)一覽表

2.1 拖纜機的執(zhí)行機構(gòu)

拖纜機執(zhí)行機構(gòu)主要包括：卷筒裝置、驅(qū)動系統(tǒng)、排纜系統(tǒng)、剎車裝置、機座等。

2.1.1 滾筒裝置

卷筒裝置主要由滾筒、低速大齒輪M25Z123、鉸孔螺栓以及標(biāo)準(zhǔn)件組成。滾筒、低速大齒輪M25Z123為鋼結(jié)構(gòu)件形式，滾筒外形尺寸約為直徑2 600 mm、長度4 900 mm，重量17 t，為保證起吊安全性、可靠性，焊接過程中及裝配翻身時必須使用設(shè)計吊耳，并采用四點起吊的方式。低速大齒輪M25Z123外形尺寸直徑3 125 mm、長度400 mm，重量4.8 t。其它部件還包括側(cè)板、主軸、壓繩塊、制動輪、軸承端蓋等，卷筒實現(xiàn)拖曳和起拋錨作用。見圖2。

2.1.2 驅(qū)動部件

驅(qū)動部件主要包括液壓馬達、液壓馬達高速小齒輪、驅(qū)動軸、高速大齒輪、離合器小齒輪、離合器等，離合器采用牙嵌離合器，其在操縱時依靠液壓動力進行，驅(qū)動軸通過離合器的分合作用實現(xiàn)規(guī)范中關(guān)于拖纜機在制動、拖曳與回收等操作時，能從駕駛室應(yīng)急釋放纜繩[2]。該拖纜機上下了個卷筒各配置兩個液壓馬達，每個滾筒的液壓馬達設(shè)計成由一組遙控閥組同時控制，見圖3。液壓馬達高速小齒輪，通過與高速大齒輪的嚙合帶動驅(qū)動軸的運轉(zhuǎn)，見圖4。

圖2 拖纜機滾筒裝置

2.1.3 制動裝置

根據(jù)GB11869-2007《遠洋船用拖曳絞車》的規(guī)定，拖纜機制動裝置應(yīng)能對卷筒進行制動，它能支持2.5倍最大系柱拉力的負(fù)載，其最小值不應(yīng)小于鋼絲繩的破斷拉力。由于大型拖纜機的制動力矩很大，因此一般采用帶式制動器作為卷筒的制動裝置，特殊情況下還可以增加一套棘輪止動裝置。該250 t拖纜機采用帶式剎車帶的制動方式，通過液壓油缸對上下滾筒實現(xiàn)剎車作用。

圖3 拖纜機液壓馬達的操縱形式

圖4 拖纜機離合器與齒輪的裝配形式

2.1.4 排纜器部件

由于拖纜機的纜繩很長，為保證纜繩在卷筒上纏繞整齊，需要裝設(shè)排繩裝置，排繩裝置采用雙向螺紋絲桿的形式。主要包括排纜液壓馬達、支架、鏈輪軸、導(dǎo)向軸、排纜器支架、滑動軸承、水平滾子軸、垂直滾子軸等，用以在拖纜機收放繩過程中實現(xiàn)對纜繩的導(dǎo)纜作用。

2.2 拖纜機的液壓系統(tǒng)

該拖纜機的液壓系統(tǒng)主要由兩套獨立的主液壓泵站和一套伺服泵站組成，其中每套主液壓泵站包括兩臺型號HPD8-8的液壓泵和兩臺電機組成，分別獨立作用于兩套卷筒的液壓馬達。液壓系統(tǒng)提供的功能主要包括如下內(nèi)容。

1)向主馬達提供動力并控制主馬達的旋向和轉(zhuǎn)速；

2)向排纜馬達提供動力及排纜控制；

3)制動器控制(上閘、松閘)、離合器控制和蓄能器應(yīng)急備用；

4)張力控制和應(yīng)急釋放控制，補油放油功能，斷電保護和檢測保護。

2.3 拖纜機的電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)由駕控系統(tǒng)(含控制面板和駕控PLC單元)、觸摸屏、機旁控制系統(tǒng)(含機旁控制面板和機旁I/O單元)、泵站I/O單元、拖纜機主機I/O單元、油泵電機起動器組成。主要用來實現(xiàn)拖纜機的控制、監(jiān)測和報警等功能[7]。

3 拖纜機檢驗要點分析

3.1 制造檢驗過程中主要部件的控制要點

3.1.1 滾筒裝置檢驗控制要點

1)對于上滾筒，在裝焊時要保證軸1、軸2與側(cè)板的同軸度不超過1 mm;筒體與兩側(cè)板及剎車輪緣的同心度小于2 mm;筒體與兩側(cè)板垂直度小于1.5 mm;滾筒兩側(cè)板開檔尺寸的誤差在0～+3 mm之間。焊接成型后要求整體退火，同時焊縫要進行超聲波探傷。該軸承為FAG標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承,其軸承位尺寸控制應(yīng)重點關(guān)注。

2)低速大齒輪焊接前大齒圈必須按工藝要求進行預(yù)熱，焊接后要整體退火處理，在加工時以幅板為粗基準(zhǔn)校正，保證幅板跳動量在 3 mm以內(nèi)。

3)下滾筒除關(guān)注以上要求外，還須注意主軸與K76錨鏈輪和K84錨鏈輪的裝配問題。

3.1.2 驅(qū)動部件檢驗控制要點

1)驅(qū)動軸原材料為鍛件，關(guān)注材質(zhì)證書和探傷報告，調(diào)質(zhì)后按照圖紙要求進行性能試驗，半精車之后先進行超聲波探傷，在進行精車加工時注意保證軸承位的同軸度和圓柱度，兩處安裝離合器的方在同一平面上。

2)高速大齒輪的齒圈在焊前采取整體預(yù)熱的方式進行預(yù)熱，焊后整體退火處理。齒輪加工時，以幅板為粗基準(zhǔn)，保證幅板跳動量在1.5 mm以內(nèi)，同時保證輪轂內(nèi)孔與齒圈外圓的同軸度、內(nèi)孔與基準(zhǔn)面垂直度要求。

3)離合器小齒輪關(guān)注齒輪內(nèi)孔與嚙合圓直徑的同軸度、內(nèi)孔與基準(zhǔn)面垂直度要求。

離合器在加工端面凹槽時上數(shù)控銑床保證角度93°、87°。內(nèi)孔雙鍵用線切割的方法加工，鍵槽寬度方向留余量0.3 mm，與鍵配磨。

4)高速小齒輪在加工時應(yīng)注意保證小齒輪內(nèi)孔錐面的角度正確性，滾齒時與高速大齒輪用同一把刀滾齒，以此保證兩者在裝配之后的良好嚙合。

3.1.3 制動裝置檢驗控制要點

剎車帶半徑R誤差范圍為0～2 mm；焊接時注意2個耳板焊接變形量要按圖紙的技術(shù)要求控制在0.5 mm以內(nèi)；保證在頭部位置與剎車輪緣有約4 mm間隙；連桿在機加工時要注意圖紙標(biāo)識的角度尺寸，上、下滾筒的連桿內(nèi)方偏角角度不同；剎車油缸的工作壓力要保證能提供理論要求的剎車力。

機架外形尺寸7 300 mm×5 400 mm×2 700 mm，焊縫需100%UT探傷，焊后退火去應(yīng)力處理。機架的軸承座對同軸度要求及尺寸公差要求精度很高，需重點關(guān)注。馬達安裝面寬約900 mm，距機架上平面約1 400 mm，需在鏜床上重新校正進行加工。

3.2 裝配檢驗過程中的典型故障問題分析

3.2.1 機架組件

馬達與高速大齒輪間隙調(diào)整好后，所配孔與機架立板距離太近，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)圖紙上存在設(shè)計影響操作的問題，加上結(jié)構(gòu)件焊接存在變形，無法加工孔或安裝螺栓，后對立板進行氧割并打磨才將問題解決。

3.2.2 驅(qū)動部分

離合器桿銷與油缸耳板孔尺寸不相配；離合器控制桿Ⅰ正常操作時與離合器控制桿Ⅱ中止推塊相干涉；離合器控制桿Ⅰ正常操作時與滑脂嘴相干涉；由于焊縫的干涉，離合器桿Ⅰ無法裝配在機架上。以上現(xiàn)象主要原因是圖紙設(shè)計及結(jié)構(gòu)件焊接存在問題，未考慮離合器桿實際使用情況。后經(jīng)過車銅套并冷套進油缸耳板孔中，保證了裝配間隙；將止推塊長度加工掉25 mm，保證離合器控制桿Ⅰ正常操作；將離合器桿外形尺寸加大及離合器桿銷加長，保證使用時滑脂嘴均在離合器桿內(nèi)部；將離合器控制桿I裝配孔下移10 mm，避開焊縫位置。

綜合以上問題，建議修改離合器油缸技術(shù)要求，保證與銷裝配尺寸正確，充分考慮結(jié)構(gòu)件裝配誤差及使用情況，修改止推塊及離合器桿Ⅰ圖紙上尺寸及位置。

2013－2017 年，我院ICU需使用萬古霉素進行抗感染治療的老年患者共959例，其中行血藥濃度監(jiān)測的有237例（占24.7%）。這237例患者中，男性133例，女性104例；平均年齡（71.2±7.9）歲；均合并腫瘤、心功能不全等疾?。环尾扛腥?8例，血行感染87例，腹腔感染53例，中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染40例（同一患者可能存在多個部位感染，故合計值＞237）；腎功能正常者135例，異常者102例；使用萬古霉素的平均療程為（10.9±7.8）d。

3.2.3 剎車部分

1)剎車帶裝配檢驗時發(fā)現(xiàn)剎車帶相對剎車輪緣扭曲，最大凸出剎車輪緣約20 mm，將其拆下復(fù)查，發(fā)現(xiàn)其直徑120 mm銷孔平面與帶身平面傾斜約5 mm。該問題屬于焊接質(zhì)量控制不嚴(yán)。要求先將其耳板刨掉，再以銷孔為中心校正重新焊接帶身。

2)連桿本體與耳板焊接角度不對，造成剎車油缸焊接位置與設(shè)計要求偏差太遠。先將耳板刨掉，重新下料制作耳板；以連桿本體中心為基準(zhǔn)劃線，重新焊接耳板；最后上鏜床加工耳板孔，后重新裝配，達到要求。

3.2.4 排纜器組件

在對排纜器裝配檢驗時，發(fā)現(xiàn)排纜器的鏈條長度偏長，導(dǎo)致排纜器裝配后鏈條與齒輪罩相碰。后按照圖紙要求重新調(diào)整齒輪，并在排纜器安裝底板上增加墊板，問題得以解決。

3.2.5 主泵裝配

在主泵裝配檢驗中，調(diào)整彈性聯(lián)軸節(jié)與泵的同軸度，多次調(diào)整均無法滿足設(shè)計要求。彈性聯(lián)軸節(jié)與泵同軸度設(shè)計要求0.10 mm，實際安裝是先將彈性聯(lián)軸節(jié)裝于泵軸上單鍵連接，接觸面為具有彈性的橡膠面，同軸度的可調(diào)范圍為0.3～0.5 mm，再由8件銷軸固定彈性聯(lián)軸節(jié)和分動箱的機械脹套。經(jīng)分析得知，設(shè)計所要求的同軸度為0.10 mm 是針對剛性連接的聯(lián)軸節(jié)，而非彈性聯(lián)軸節(jié)。

3.3 試驗檢驗過程中的典型故障問題分析

3.3.1 齒輪嚙合噪聲問題

拖纜機在高速運轉(zhuǎn)時噪聲過大且嚙合聲音不連續(xù)，經(jīng)目測發(fā)現(xiàn)驅(qū)動軸存在徑向偏擺，并且大小齒輪靠近根部還有強接觸痕跡。分析現(xiàn)場試驗過程，造成噪音過大的原因可能是驅(qū)動軸存在軸向跳動，齒輪嚙合間隙過小。為此，進行如下檢查。

1)檢查驅(qū)動軸Ⅰ及驅(qū)動軸Ⅱ在機座上的跳動。若跳動過大，可能是安裝軸承的軸向擋圈與軸承內(nèi)圈間隙過大，造成軸承徑向游隙過大，高速運轉(zhuǎn)時軸承內(nèi)圈相對外圈有左右偏擺(假定軸的同軸度與機座的同軸度滿足圖紙設(shè)計要求)，就需要重新拆裝驅(qū)動軸。具體的操作為：拆除齒輪罩組件Ⅰ，拆下驅(qū)動軸Ⅰ上的軸用擋圈Ⅰ，將百分表座放到橫梁上，表頭放在驅(qū)動軸Ⅰ上，緩慢轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸Ⅰ，檢查軸的外圓跳動，并作詳細(xì)記錄，然后逐步提高轉(zhuǎn)速，看百分表指針讀數(shù)的變化。用同樣的方法對驅(qū)動軸Ⅱ的跳動進行檢查。結(jié)果顯示，百分表檢查驅(qū)動軸跳動約為0.08 mm，符合設(shè)計要求。由此也得知，噪聲問題不是因驅(qū)動軸在基座上的跳動引起。

2)檢查兩對齒輪的間隙。檢查高速小齒輪與高速大齒輪的間隙，將齒輪用油清洗干凈，在齒向1/3及2/3處各壓一條鉛絲，緩慢轉(zhuǎn)動齒輪。檢查每對齒輪的間隙合及相同個齒的平行度誤差。低速小齒輪與低速大齒輪的間隙檢查同上。結(jié)果顯示，高速小齒輪與高速大齒輪嚙合間隙過小，通過拔掉馬達和軸承架上定位銷，松開連接螺栓，取出裝配前安放的調(diào)整墊板，將每塊調(diào)整墊板厚度加工去1.5 mm，使齒隙增大約0.5 mm。調(diào)整后重新高速運轉(zhuǎn)，嚙合噪聲已經(jīng)有很大的改善。用分貝儀在靠近液壓泵處(此處為最大噪聲處)測量，滿足規(guī)范要求。

3.3.2 液壓管路漏油問題

拖纜機的液壓管路在工作中受到持續(xù)變化的沖擊載荷，是拖纜機的薄弱環(huán)節(jié)和潛在問題多發(fā)點[3]。拖纜機聯(lián)調(diào)試驗檢驗過程中，伺服泵站液壓管路多次發(fā)生不同程度的漏油，甚至鋼管與管接頭脫節(jié)，整個過程多次發(fā)生這個問題，主要漏油和脫節(jié)的部位為卡套式接頭與不銹鋼管的聯(lián)接處。

經(jīng)現(xiàn)場分析，拖纜機伺服系統(tǒng)部分在液壓配管時選用卡套式接頭，而該公司在以往設(shè)計常規(guī)船品液壓管路時，鋼管部分大多采用焊接式接頭，缺乏卡套式接頭的應(yīng)用經(jīng)驗，而該伺服液壓系統(tǒng)的工作壓力為高壓21 MPa，重新采用無縫鋼管焊接連接的方法，并經(jīng)RT探傷合格后重新試驗，未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

3.3.3 馬達同步問題

該拖纜機是由一組遙控閥組同時控制兩個液壓馬達進行操作，兩臺液壓馬達同時同步為一個滾筒提供動力，圖5所示為拖纜機液壓馬達布置。

圖5 拖纜機液壓馬達布置

將1#、2#馬達簡稱上滾筒馬達，3#、4#馬達簡稱下滾筒馬達。由于兩個馬達在加工工藝和裝配工藝等方面存在差異，要求遙控閥組同時傳遞給兩個馬達的壓力具有一定的準(zhǔn)確性、及時性和一致性。在初始的試驗中，沒有采用如圖3所示的用增加連桿的方式來同步控制馬達，液壓馬達無法同時提供滾筒最大力矩，因此試驗中無法滿足試驗的要求。具體試驗過程如下。

1)不安裝手柄連桿時測量電流與馬達手柄偏離中位角度，放繩測量曲線，見圖6。此曲線是在反向增加200 mA的電流基礎(chǔ)上進行測試的，出口壓力值穩(wěn)定在1.3 MPa。

圖6 拖纜機液壓馬達無同步連桿放繩曲線

2)將1#、2#馬達手柄掛上，并用馬達連接桿連接起來，重新測試1#、2#馬達，放繩曲線見圖7。

圖7 拖纜機液壓馬達有同步連桿放繩曲線

經(jīng)過對兩液壓馬達采用同步連桿進行試驗的對比，證明安裝連桿時手柄隨電流反應(yīng)的靈敏度比不安裝時高，證明拖纜機液壓馬達在如圖3所示的馬達連桿的作用下的動作才具有更高的同步性。

[1] 彭江豐.拖纜機的研究[J].船舶,2004(1):18-20.

[2] 中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2009.

[3] 吳 俊，徐 兵，王榮軍，等.拖纜機液壓主系統(tǒng)回路故障模式及硬性分析[J].船海工程,2011，40(1)：9-11.