鄧津林

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

1 引言

海洋平臺吊機主要用于海上石油平臺裝卸貨物和吊運人員上下的平臺裝置，是海洋石油作業(yè)中重要的生產(chǎn)和安全設(shè)備之一，其安全可靠性、可維修性、可抗風(fēng)性及耐腐蝕性要求很高。目前國內(nèi)海洋石油平臺上廣泛使用的是電動液壓吊車，它具有起重能力大，操縱方便，耐沖擊，制動性能好，安全可靠等特點。溜鉤故障是吊機常見故障之一，一旦發(fā)生很可能給海上安全生產(chǎn)造成重大損失。筆者以LIEBHERR利勃海爾CBO型吊機為例如圖1所示，就吊機溜鉤問題中液壓系統(tǒng)方面的原因進行了分析和總結(jié)，為解決同類型吊機的溜鉤問題提供參考。

圖1 LIEBHERR海洋平臺吊機

2 吊機起升機構(gòu)液壓工作原理

海洋平臺吊機液壓系統(tǒng)由泵站系統(tǒng)、換向閥系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)及操作系統(tǒng)等組成。其中起升系統(tǒng)是吊機最主要的工作系統(tǒng)，其基本液壓機構(gòu)原理如圖2所示［1］。

圖2 起升機構(gòu)液壓圖

起升機構(gòu)要求所吊重物可升降或在空中停留，要求速度平穩(wěn)、變速方便、啟動轉(zhuǎn)矩和制動力要大，在起升回路中采用柱塞液壓馬達帶動重物升降，換向通過操縱手動換向閥1來實現(xiàn)，變速主要通過改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。用液控單向節(jié)流式閥(平衡閥)2來限制重物自由下降。單作用液壓缸4是制動缸。單向節(jié)流閥5:一是保證液壓油先進人馬達，使馬達產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩，再解除制動，以防止重物帶動馬達旋轉(zhuǎn)而向下滑;二是保證吊物升降停止時，制動缸中的油馬上與油箱相通，使馬達迅速制動。

3 故障現(xiàn)象

某海洋平臺使用利勃海爾CBO型吊機，使用近1年時間。近期吊機在吊起鉆桿下放過程中，當操作手柄拉到中位，需停止下放時，常出現(xiàn)重物突然快速下降，但又會瞬間停止，不會一直做自由落體的現(xiàn)象，此過程并無異常聲響。溜鉤故障發(fā)生不很頻繁，通常發(fā)生在寒冷天氣及剛開始起吊作業(yè)階段，使用一段時間后則很少發(fā)生。吊機在提升重物的過程中一切正常，在吊物懸停在空中時也無溜鉤故障出現(xiàn)［2］。

4 溜鉤的液壓系統(tǒng)故障原因分析及處理

4.1 溜鉤故障分析

液壓吊機溜鉤主要分為三種情況，分別是電氣問題、制動器問題與液壓系統(tǒng)問題。根據(jù)吊機溜鉤故障現(xiàn)象，吊物在空中靜止時沒有發(fā)生溜鉤，可以排除制動器問題［3］。再由吊機在提升重物過程中無溜鉤現(xiàn)象以及吊物下放過程中出現(xiàn)的短暫溜鉤故障分析，基本可以排除馬達的原因。因為如果馬達回油路未能及時關(guān)閉，則馬達進、回油路連通且都與油箱接通，吊物會自行下降。

排除了馬達和制動器的原因后，基本可以推斷為平衡閥問題。平衡閥是起升液壓系統(tǒng)中非常重要的元件，常態(tài)下單向閥芯被彈簧壓緊而處于關(guān)閉狀態(tài)，可實現(xiàn)背壓，并阻止油缸在反方向上的運動。

根據(jù)溜鉤現(xiàn)象的分析，平衡閥的閥芯、閥座之間的磨損或者閥芯阻尼孔堵塞及異物卡住閥芯，都會導(dǎo)致平衡閥的失效。當平衡閥失效后，下放吊重過程中就會發(fā)生自由落體式溜鉤，直至墜落甲板面或伴有劇烈的剎車聲。筆者所描述的故障是吊重在瞬間下墜后又即刻停在空中且無剎車聲，由此判斷平衡閥在吊重過程中并沒有失效，平衡閥本身沒有機械故障［4］。

該型吊機所用平衡閥為單向節(jié)流式，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。下面分析該閥組的作用導(dǎo)致故障的原因。

圖3 單向截止型平衡閥原理結(jié)構(gòu)圖

在吊物下降過程中，液流方向由B到A。A口通過方向控制閥與回油接通。油缸活塞腔有與工況相應(yīng)的流量。X口的控制壓力與B口的負載壓力比為1∶20。在X口打開由B到A所需的先導(dǎo)壓力，這與閥腔9中的彈簧有關(guān)。調(diào)節(jié)流量開口面積漸進增大，開口壓力由閥套中的徑向孔和主閥芯棱邊開啟時形成。由B到A的控制壓力、開啟壓力、壓差確定了執(zhí)行器的流量，這消除了執(zhí)行器不可控制的失速。

由此可知問題的關(guān)鍵在于X口的控制壓力，在負載停止降落時，壓縮彈簧的壓力油經(jīng)單向閥和X口泄壓。X的開口太大，起不到阻尼作用，負載驟然停止會對吊車產(chǎn)生沖擊;X開口太小泄壓時間較長，即回油路關(guān)閉遲緩，就會產(chǎn)生上述的溜鉤現(xiàn)象。液壓油黏度越大，X的阻尼作用就越大，發(fā)生故障的可能性就越大，所以寒冷天氣發(fā)生故障率越高。至此基本可以判定為平衡閥開啟控制壓力設(shè)定值不合適。

4.2 故障處理［5］

拆檢此平衡閥，先慢慢擰松從平衡閥至油缸下腔管道的螺栓接頭，讓油從間隙中慢慢流出，使油缸受自重而慢慢縮回。然后拆下平衡閥，切不可直接拆卸平衡閥，油缸可能快速回縮造成危險。檢查清洗控制油路進油小孔，解體檢修平衡閥，正如上述所判斷，閥體內(nèi)部閥芯、阻尼孔并無損傷及堵卡現(xiàn)象。

重新調(diào)節(jié)平衡閥開啟控制壓力值，X的開口量在出廠時已設(shè)定好，使用過程中一般不做調(diào)整，吊機使用手冊中也無相關(guān)參數(shù)值設(shè)定說明。將開口調(diào)的過大時溜鉤故障消失，但是在落鉤時有劇烈的沖擊。通過做多次空鉤實驗進行調(diào)整后正常，故障排除。

5 結(jié)語

吊機溜鉤故障多發(fā)生在液壓系統(tǒng)，而其中平衡閥問題又是故障多發(fā)的主要原因之一。故障判斷重在分析，根據(jù)現(xiàn)象弄清系統(tǒng)工作原理及各部件的實際作用，理清各工作子系統(tǒng)的功能，是分析判斷故障的一種有效方法。同時不能教條的相信進口設(shè)備的出廠調(diào)試，在故障判斷過程中應(yīng)嚴格按照科學(xué)的思路方法逐步排查，以達到排除故障的目的。

［1］ 徐福玲，陳堯明.液壓與氣動傳動［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［2］ 王梅生，許長山.起重機溜鉤問題簡析［J］.起重運輸機械，2011(6):92-94.

［3］ 蔡 峰，林 梅.橋式起重機常見故障分析及對策［J］.機械研究與應(yīng)用，2011(6)，137-139.

［4］ 胡兆旭.液壓起重機中的平衡閥及故障分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2008(8):80-83.

［5］ 代瑞國，王長勝.起重吊車液壓系統(tǒng)泄漏故障研究［J］.機械研究與應(yīng)用，2007(10)，17-18.