牟 煒，張守波，范麗麗

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羅爾斯-羅伊斯AQM US 205-255系列舵槳滑差離合器淺析

牟 煒1，張守波2，范麗麗3

（1.日照港股份有限公司輪駁分公司，山東日照 276826；2. 日照港股份有限公司第一港務(wù)分公司，山東日照276826；3.日照港集團(tuán)有限公司鐵路運(yùn)輸公司，山東日照276826）

本文主要介紹Rolls-Royce公司全回轉(zhuǎn)推進(jìn)系統(tǒng)滑差離合器液壓及控制系統(tǒng)工作原理，常見(jiàn)故障及其處理方法，存在的缺陷及缺陷整改方案。

全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器 滑差離合器 比例調(diào)壓閥 先導(dǎo)式溢流閥 電磁兩位四通換向閥

0 引言

芬蘭Rolls-Royce公司研制的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)系統(tǒng)（azimuth thrusters）應(yīng)用在日照港股份輪駁公司5000-6800馬力拖輪上，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)，主機(jī)動(dòng)力傳遞給螺旋槳通過(guò)內(nèi)置式離合器實(shí)現(xiàn)。這種離合器具有滑差功能，類似汽車起步時(shí)的半聯(lián)動(dòng)，通過(guò)駕駛員緩慢操作加速手柄，可以實(shí)現(xiàn)螺旋槳轉(zhuǎn)速由0均勻上升到主機(jī)怠速時(shí)螺旋槳對(duì)應(yīng)的速度（由于傳動(dòng)比不同，主機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，螺旋槳速度不同），避免了起步時(shí)對(duì)主機(jī)的沖擊。這個(gè)系統(tǒng)液壓控制原理比較復(fù)雜，我們通過(guò)幾年的潛心研究，加上日常的故障診斷、處理，基本掌握了這個(gè)系統(tǒng)的控制原理，并且能夠比較熟練地處理日常故障。

1 系統(tǒng)原理及分析

Aquamaster Us 205-255離合器操作及潤(rùn)滑液壓系統(tǒng)液壓控制原理圖如圖1。

1.1本體上的附件（自左至右）

1) 加油透氣孔

2) ○18溫度計(jì)

3) ST200報(bào)警用溫度開(kāi)關(guān)

4) SL200液位開(kāi)關(guān)，低位報(bào)警用

5) 油尺

1.2工作原理分析

PS1、PS2是液壓泵CP1、CP2在油箱中的取油口，兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的液壓泵是傳動(dòng)軸系的動(dòng)力經(jīng)增速皮帶傳動(dòng)，泵的排出壓力由第一級(jí)先導(dǎo)式溢流閥調(diào)定在3.6 MPa，（圖中VPSC），溢流閥的功能是控制閥前壓力穩(wěn)定，因此該溢流閥把泵的排出壓力，即圖中CP點(diǎn)壓力控制在3.6 MPa。溢流閥的控制原理簡(jiǎn)要分析如下：當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速上升，泵排量上升，壓力上升，控制壓力上升，先導(dǎo)式溢流閥開(kāi)度加大，主閥上部壓力很快下降，主閥閥芯向上移動(dòng)，開(kāi)度加大，溢流量增加，使閥前壓力下降。

當(dāng)泵轉(zhuǎn)速下降，泵排量下降，壓力下降，控制壓力下降，先導(dǎo)式溢流閥關(guān)小，先導(dǎo)式溢流閥前壓力上升，液壓力和彈簧力將主閥芯壓下，主閥流量減小，使閥前壓力上升。

先導(dǎo)閥中的兩個(gè)節(jié)流孔起延時(shí)作用，避免調(diào)整時(shí)出現(xiàn)沖擊和脈動(dòng)。采用先導(dǎo)式溢流閥，導(dǎo)閥的體積可以做的較小，彈簧也比較小，因此動(dòng)作比較靈敏。一旦油壓變化，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)超調(diào)，靜態(tài)壓差小，同時(shí)由于小活塞的壓力放大作用，溢流閥的整體體積也大大減小。先導(dǎo)式溢流閥靜態(tài)調(diào)壓偏差一般不大于整定壓力的5%。

第一級(jí)溢流閥的溢油經(jīng)φ30×3.5管子直接回油箱，泵的排油供離合器操作及潤(rùn)滑使用。3.6 MPa壓力油經(jīng)濾器轉(zhuǎn)換閥進(jìn)入濾器，該雙聯(lián)濾器既可以單獨(dú)使用又可以同時(shí)使用。SP230、SP231是與濾器并聯(lián)的壓力開(kāi)關(guān)，一旦濾器堵塞，濾器進(jìn)出口壓力差加大，壓差大于或等于壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定壓力時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出濾器堵塞報(bào)警（oil filter clogged）。提醒管理人員需要更換濾芯，或者將轉(zhuǎn)換手柄轉(zhuǎn)換到另一只濾器上。當(dāng)壓差大于同濾器并聯(lián)的單向背壓閥設(shè)定壓力時(shí)，壓力油可以經(jīng)過(guò)單向背壓閥流通，可以操作，但過(guò)濾器已不起作用。要及時(shí)清洗或更換濾器。

油從過(guò)濾器流出以后分成兩路：一路往上，供離合器離合用。一路往右，供離合器摩擦片冷卻和軸承潤(rùn)滑用。濾器出口油壓由第二級(jí)溢流閥調(diào)定在2.5 MPa。

離合器的操作—滑擦及完全嚙合工作原理：當(dāng)未發(fā)出完全嚙合信號(hào)時(shí)，即滑擦狀態(tài)時(shí)，駕駛臺(tái)操作手柄控制的一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)未接通，電磁兩位四通換向閥（VCL2）電磁線圈Y360通電，換向閥右位通，此時(shí)操作離合器嚙合的油壓，由VCL1電動(dòng)比例調(diào)壓閥設(shè)定，嚙合壓力的高低取決于駕駛臺(tái)操作手柄壓入角度的大小。壓入角度越小，比例調(diào)壓閥與主閥共同作用的結(jié)果是使得嚙合離合器的油壓越低。隨著操作手柄壓入角度的加大，Y362線圈電流加大，比例閥輸出油壓逐漸升高，此壓力在0～1.0 MPa之間浮動(dòng)，即控制離合器滑擦的油壓在0～1.0 MPa之間。這個(gè)操作要靠駕駛員的手感和熟練程度來(lái)完成，類似于汽車起步時(shí)對(duì)半聯(lián)動(dòng)的掌握，控制不到位會(huì)產(chǎn)生合車過(guò)快，對(duì)汽車來(lái)說(shuō)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，在頂靠大型船舶時(shí)柴油機(jī)會(huì)冒黑煙，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成主機(jī)停車。

當(dāng)手柄繼續(xù)向前向下壓到某一位置時(shí)，會(huì)聽(tīng)到一個(gè)“咔嚓”聲，這表明手柄控制的一個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)兩位四通換向閥VCL2的電磁線圈Y361通電，線圈Y360斷電，VCL2左位通，2.5 MPa的壓力油通過(guò)φ3 mm小孔的延時(shí)后直接作用于離合器活塞，離合器完全合上，同時(shí)2.5 MPa的壓力油將比例調(diào)壓閥的主閥芯推向完全關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)離合器的嚙合油壓不再由VCL1設(shè)定。圖中壓力開(kāi)關(guān)SP313，是嚙合油低壓報(bào)警用，設(shè)定壓力1.0 MPa，當(dāng)嚙合油壓小于或等于1.0 MPA時(shí)發(fā)出報(bào)警。壓力開(kāi)關(guān)SP300，主機(jī)加速聯(lián)鎖用，設(shè)定壓力1.5 MPa，感受離合器嚙合壓力，當(dāng)嚙合壓力低于1.5 MPa時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，使主機(jī)不能加速，只能維持怠速運(yùn)行，螺旋槳轉(zhuǎn)速不超過(guò)138 RPM，防止嚙合油壓過(guò)低盲目加速，造成摩擦片打滑，從而保護(hù)離合器摩擦片，不會(huì)由于操作油壓過(guò)低，在結(jié)合不徹底的情況下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)過(guò)熱、甚至燒壞。

每一只壓力開(kāi)關(guān)前都設(shè)有一個(gè)可調(diào)節(jié)流閥，節(jié)流閥開(kāi)度約3/4圈即可，不宜過(guò)大，開(kāi)度過(guò)大壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生沖擊，容易造成壓力開(kāi)關(guān)損壞，壓力表MP300顯示離合器操作壓力，在起步階段表顯示的壓力從0慢慢加大到1.0 MPa，過(guò)了滑差區(qū)壓力會(huì)從1.0 MPa躍變到2.5 MPa 。

第一級(jí)溢流閥溢油直接回油箱。

第二級(jí)溢流閥溢油經(jīng)1.0 MPA溢流閥設(shè)定后供離合器摩擦片冷卻以及各處潤(rùn)滑點(diǎn)潤(rùn)滑用。同時(shí)重力密封油柜的補(bǔ)油也來(lái)自潤(rùn)滑系統(tǒng)。

第三級(jí)溢流閥調(diào)定在1.0 MPa，閥前壓力1.0 MPa供冷卻用，閥后油壓通過(guò)背壓閥背壓后供潤(rùn)滑用。

VQCL電磁兩位四通閥是離合器冷卻油流量控制閥，當(dāng)離合器摩擦片處在脫開(kāi)位置時(shí)，Y363電磁線圈不通電，兩位四通閥右位導(dǎo)通，即圖中所示導(dǎo)通狀態(tài)，冷卻油量經(jīng)φ3 mm小孔節(jié)流，流量很小。當(dāng)離合器合上時(shí)，電磁線圈Y363通電，兩位四通閥左位導(dǎo)通，冷卻油直接通過(guò)換向閥，并通過(guò)φ25×2.5的管子給摩擦片提供冷卻油，流量加大。

第三級(jí)溢流閥的溢油經(jīng)冷卻器冷卻后，由單向背壓閥保持在0.175 MPa，一路（L3節(jié)點(diǎn)）向上后再向左經(jīng)φ12×2管子給行星齒輪（planetary gear）提供潤(rùn)滑；有兩路（L1、L2節(jié)點(diǎn)）先向下再向右經(jīng)φ16×2管子給軸承（bearing）提供潤(rùn)滑；另外一路（L4節(jié)點(diǎn)）向上后再向右經(jīng)φ12×2管子，再通過(guò)截止閥給重力密封油柜（gravity tank）補(bǔ)油，重力密封油柜的油供舵軸及艉軸密封用，油壓高于海水壓力，防止海水漏入。其工作原理與simplex尾軸密封裝置有相似之處。

圖中○45為壓力測(cè)量點(diǎn)，對(duì)三只先導(dǎo)式溢流閥進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要分別在三只閥所控制的壓力點(diǎn)接入壓力表進(jìn)行調(diào)整，切記不要盲目調(diào)整。

2 使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

1) SP300聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)動(dòng)作異常，造成主機(jī)不能加速。

2) 3.6 MPa溢流閥調(diào)整松動(dòng)，或2.5 MPa溢流閥調(diào)整過(guò)大，造成2.5 MPa溢流閥不溢油，冷卻和潤(rùn)滑油丟失。

3) 比例調(diào)壓閥動(dòng)作異常，滑差不均勻或部分丟失。

4) 重力油柜異常漏油等。

5) SP300主機(jī)加速聯(lián)鎖信號(hào)，當(dāng)離合器嚙合有壓力大于1.5 MPa時(shí)，SP300動(dòng)作，主機(jī)可以正常加速。

造成SP300壓力開(kāi)關(guān)不動(dòng)作情況可能有：

（1）第Ⅱ級(jí)溢流閥調(diào)整螺釘松動(dòng)，使得離合器的實(shí)際嚙合壓力小于1.5 MPa。還有一種原因是某種異常情況導(dǎo)致第Ⅰ級(jí)溢流閥將泵的出口壓力設(shè)定過(guò)低，也會(huì)出現(xiàn)這種情況。只要嚙合壓力在1.0MPa以上，系統(tǒng)是不會(huì)報(bào)警的。只有當(dāng)嚙合油壓力小于1.5MPa時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)SP300觸點(diǎn)斷開(kāi)，造成主機(jī)不能加速。判斷油壓是否正常，需要將壓力表接入圖中點(diǎn)，調(diào)整三只先導(dǎo)式溢流閥的設(shè)定壓力，將閥前壓力分別調(diào)整在3.6、2.5、1.0 MPa。

（2）節(jié)流閥開(kāi)度過(guò)小或關(guān)閉。也可能是節(jié)流孔被異物堵塞，油壓傳遞異常。

（3）壓力正常，但開(kāi)關(guān)動(dòng)作不正常。

（4）由于壓力 不正常，觸點(diǎn)是斷開(kāi)，所以，線路接觸不良也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

（5）液壓管路空氣沒(méi)有徹底排干凈。

6) 滑差異常原因

（1）滑差一點(diǎn)沒(méi)有，過(guò)了滑差區(qū)，離合器可以合上。

從圖中可以看出比例調(diào)壓閥是由先導(dǎo)溢流閥和主閥組合而成，比例線圈的電磁力和先導(dǎo)閥的彈簧力是疊加效應(yīng)，而且是負(fù)疊加。開(kāi)始時(shí)，電磁力最小，彈簧力使得先導(dǎo)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，主閥在彈簧力和油壓力共同作用下，也在關(guān)閉狀態(tài)。隨著電磁力增加，先導(dǎo)閥開(kāi)度也增加，主閥左側(cè)泄油，主閥芯向左移動(dòng)，控制離合器嚙合的油壓增加，油壓與電磁線圈的電磁力成比例，當(dāng)先導(dǎo)閥無(wú)法開(kāi)啟或先導(dǎo)閥的泄油口堵塞時(shí)，主閥就不能開(kāi)啟，滑差就會(huì)消失。

（2）滑差前半段或后半段沒(méi)有

整個(gè)比例調(diào)壓閥由導(dǎo)閥和主閥組成，閥的動(dòng)作受彈簧力、電磁力、閥芯重力等影響，完全相同的兩只閥，電磁線圈動(dòng)作的起始值和終止值也不一樣。因此，對(duì)比例閥解體后，再重新裝復(fù)，就可能使部分滑差區(qū)丟失，這時(shí)就需要用電腦軟件對(duì)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整。

7) 重力油柜漏油嚴(yán)重

重力油柜里的油主要對(duì)舵軸和螺旋槳軸（艉軸后端）密封裝置起潤(rùn)滑和密封作用，油壓力稍高于海水壓力可以防止海水漏入油中，正常情況下允許微量油外漏，當(dāng)密封裝置磨損嚴(yán)重或進(jìn)入異物時(shí)，可能導(dǎo)致漏油嚴(yán)重。

3 主要報(bào)警點(diǎn)

1) SL200低油位報(bào)警。

2) ST200滑油高溫報(bào)警，設(shè)定值80℃。

3) SP313離合器操作油低壓報(bào)警，設(shè)定值1.0 MPa。

4) ST310離合器高溫報(bào)警。設(shè)定值95℃。

5) SP230、SP231濾器堵塞報(bào)警。

4 改進(jìn)建議

1) 潤(rùn)滑油管路增設(shè)滑油壓力傳感器，當(dāng)潤(rùn)滑油壓力低于0.1 MPa時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)斷開(kāi)，將此開(kāi)關(guān)量引入報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)出聲光報(bào)警。

2) 潤(rùn)滑油管路增設(shè)壓力表，直接顯示潤(rùn)滑油壓力，值班巡視時(shí)經(jīng)常查看潤(rùn)滑油的實(shí)際壓力。

[1] 羅爾斯-羅伊斯全回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū), Rauma, 芬蘭.

[2] 龔雪根, 陸志才. 船舶操縱. 北京: 人民交通出版社, 2006.

Introduction of Series AQM US 205-255 Slip Clutch of the Rolls-Royce

Mou Wei1, Zhang Shoubo2, Fan Lili3

(Barge Branch, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 2. The First Filiale of Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 3. Ministry of Railway Expansion Project, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China)

U463.211

A

1003-4862（2015）02-0037-03

2014-04-24

牟煒（1975－），男，工程師。研究方向：機(jī)電一體化。