劉殿智

摘 要：本文闡述了拖纜機(jī)工作原理，對(duì)剎車原理進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)防范各類拖纜機(jī)剎車故障具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：離合器；剎車；剎車保持；電磁閥；蓄能器

中圖分類號(hào)：U676 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）3-0067-02

隨著海上石油開(kāi)發(fā)以及海洋工程增加，拖輪隊(duì)伍日益壯大。拖纜機(jī)作為拖輪獨(dú)有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了船舶拖帶及為工程船舶起拋錨功能。某拖輪雙車雙槳，主機(jī)功率3000KW×2，螺旋槳為可調(diào)距螺旋槳，拖纜機(jī)型號(hào)為新加坡志同公司HTW-200-200-01，單驅(qū)拖力100噸，雙驅(qū)拖力200噸。

1 故障現(xiàn)象

某日該輪協(xié)助一艘5萬(wàn)噸油輪在南海海域進(jìn)行提油作業(yè)，將主拖纜系于受油輪船首，受油輪靠近到儲(chǔ)油輪一定距離后停車，拖輪主拖纜放出至正常長(zhǎng)度后合上剎車，由拖輪保持拖力維持油輪船位，接通輸油管線進(jìn)入正常駁油作業(yè)。

當(dāng)作業(yè)進(jìn)行約1小時(shí)時(shí)，拖輪主拖纜突然自動(dòng)放出，導(dǎo)致受油輪向儲(chǔ)油輪移動(dòng)，造成險(xiǎn)情。該輪立即啟動(dòng)主液壓油泵，收纜后重新進(jìn)行剎車，緊急情況解除，但每過(guò)一段時(shí)間就會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象，事后該輪被停租整頓。

2 拖纜機(jī)工作原理

2.1 設(shè)備組成

該輪拖纜機(jī)為雙卷筒，由四個(gè)低速大扭矩STAFFA雙速馬達(dá)通過(guò)兩級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)輸出軸通過(guò)一對(duì)齒輪副和空氣離合器連接驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)液壓離合器和一對(duì)齒輪副來(lái)驅(qū)動(dòng)卷筒。該拖纜機(jī)具有雙驅(qū)動(dòng)和單驅(qū)動(dòng)功能，四個(gè)馬達(dá)分為兩組，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)卷筒或分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)卷筒實(shí)現(xiàn)兩個(gè)卷筒同時(shí)工作。拖纜機(jī)還包括棘輪（俗稱硬剎）和剎車（俗稱軟剎）。

液壓系統(tǒng)主油路采用4臺(tái)75KW變量油泵，控制油路采用2臺(tái)5.5KW伺服控制定量油泵（見(jiàn)下圖）。

2.2 主動(dòng)力液壓系統(tǒng)

動(dòng)力液壓油通過(guò)濾器經(jīng)三位四通比例閥進(jìn)入液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)卷筒的收放和無(wú)級(jí)調(diào)速，馬達(dá)具有雙速功能。

2.3 液壓離合器、主離合器及氣動(dòng)離合器

當(dāng)兩組馬達(dá)分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸和液壓離合器帶動(dòng)兩個(gè)卷筒工作，為單驅(qū)；當(dāng)卷筒需要較大拖力時(shí)，脫開(kāi)其中一個(gè)卷筒的離合器，合上主離合器，將兩段驅(qū)動(dòng)軸連接起來(lái)，由兩組馬達(dá)共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)卷筒，為雙驅(qū)。

在馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)軸之間裝有氣動(dòng)離合器，其在拖纜機(jī)正常工作期間始終是合的狀態(tài)。如打開(kāi)氣動(dòng)離合器，馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)軸脫離，在剎車和棘輪脫開(kāi)情況下，卷筒受力會(huì)自動(dòng)放出拖纜。

2.4 剎車

剎車脫合通過(guò)相應(yīng)電磁閥實(shí)現(xiàn)。在剎車脫合的液壓管路中分別設(shè)置一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)（P206和P205），用于調(diào)節(jié)設(shè)定剎車壓力。在控制面板上按下剎車“脫”或“合”按鈕時(shí)，PLC收到指令后使剎車控制脫或合電磁閥得電動(dòng)作，液壓油進(jìn)入剎車油缸，進(jìn)行剎車脫或合動(dòng)作，當(dāng)相應(yīng)液壓管路中油壓達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，P206或P205閉合，向PLC輸入信號(hào)，PLC輸出一方面使剎車“脫”或“合”按鈕燈亮，另一方面使“脫”或“合”電磁閥斷電，剎車脫合動(dòng)作完成。離合器及棘輪控制原理與剎車類似，不同之處在于二者脫合到位信號(hào)采用了接近開(kāi)關(guān)。

2.5 蓄能器

控制油系統(tǒng)裝設(shè)有蓄能器，提供預(yù)充油壓（100BAR）。蓄能器具有兩個(gè)用途：一是在船舶完全失去動(dòng)力時(shí)，打開(kāi)上下卷筒剎車裝置；另一個(gè)是在剎車合狀態(tài)下為剎車提供維持液壓油。壓力控制器PS132用于控制蓄能器充油。

2.6 剎車保持

剎車保持通過(guò)單向閥組270g、剎車保持電磁閥組S248和S249及蓄能器實(shí)現(xiàn)。剎車合上后，剎車合電磁閥斷電，270g關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)油缸油路封閉，保持剎車狀態(tài)。當(dāng)由于漏泄等原因造成剎車油缸油壓低于壓力開(kāi)關(guān)P205的設(shè)定值時(shí)，S248和S249同時(shí)得電動(dòng)作，蓄能器內(nèi)的液壓油經(jīng)S248進(jìn)入剎車合液壓管路補(bǔ)油（同時(shí)剎車脫液壓油路經(jīng)S249泄放），待剎車壓力正常，補(bǔ)油過(guò)程結(jié)束。

2.7 緊急釋放

當(dāng)情況緊急或船舶失去動(dòng)力時(shí)，可靠24VDC后備電源打開(kāi)液壓儲(chǔ)能器實(shí)現(xiàn)緊急釋放。剎車和驅(qū)動(dòng)部分的應(yīng)急釋放為聯(lián)動(dòng)設(shè)置。按下緊急釋放按鈕，PLC發(fā)出兩個(gè)指令：一個(gè)使剎車應(yīng)急脫開(kāi)電磁閥組S208和S247同時(shí)得電動(dòng)作，利用蓄能器液壓油打開(kāi)剎車；另一個(gè)使氣動(dòng)離合器脫開(kāi)控制電磁閥得電脫開(kāi)氣動(dòng)離合器，如卷筒受力纜繩會(huì)自動(dòng)放出。進(jìn)行應(yīng)急釋放前必須確認(rèn)棘輪處于打開(kāi)位置。

2.8 恒張力

在駕駛臺(tái)控制面板上確認(rèn)棘輪處于脫開(kāi)位置，液壓離合器處于閉合狀態(tài)，打開(kāi)剎車，按下纜繩張力按鈕，如纜繩張力超過(guò)設(shè)定值，通過(guò)觸發(fā)比例溢流閥，降低壓力，使得卷筒自動(dòng)放出拖纜，纜繩張力的設(shè)定可通過(guò)駕駛臺(tái)控制面板上的手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 故障原因分析

拖纜機(jī)剎車不牢可能有如下幾個(gè)原因：

（1）剎車壓力設(shè)置過(guò)低。如剎車壓力設(shè)置過(guò)低，剎車帶就不能形成有效剎車。當(dāng)拖纜受力超過(guò)剎車帶的受力極限時(shí)，拖纜將會(huì)放出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)剎車功能。剎車壓力值可通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)P205設(shè)定。

（2）剎車帶過(guò)度磨損或磨損不均。剎車帶過(guò)度磨損或磨損不均會(huì)造成剎車帶與被剎面不能形成良好貼合，導(dǎo)致剎車力下降。

（3）液壓油缸或油缸接管泄漏。剎車機(jī)構(gòu)由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，剎車力最終通過(guò)液壓油缸內(nèi)油壓實(shí)現(xiàn)。如油缸油封不良或油缸所接剎車油管泄漏，就會(huì)造成油缸油壓降低，無(wú)法形成有效剎車。

（4）液壓油溫度過(guò)高。如液壓油溫度過(guò)高，即使剎車時(shí)壓力高，但隨著油溫下降，油缸內(nèi)的壓力必然下降，從而導(dǎo)致剎車力下降。液壓油高溫是由于冷卻不良或液壓系統(tǒng)異常高壓造成的。

（5）單向閥組270g磨損關(guān)閉不嚴(yán)。 剎車操作完成后，液壓油缸中的油通過(guò)270g實(shí)現(xiàn)油路閉鎖，如剎車方向單向閥關(guān)閉不嚴(yán)，就會(huì)導(dǎo)致油缸油壓下降，造成剎車松動(dòng)。endprint

（6）液壓油臟污。如液壓油臟污，將導(dǎo)致270g密封閥面接觸不良或油缸油封滲漏，造成油缸油壓下降。

（7）剎車保持電磁閥組S248和S249故障。由于泄漏等原因，當(dāng)液壓油缸油壓下降到剎車壓力開(kāi)關(guān)P205的設(shè)定值以下時(shí)，蓄能器中的液壓油經(jīng)S248進(jìn)入剎車合油路保持油缸壓力（S249釋放剎車脫開(kāi)油路油壓）。如電磁閥卡死、控制繼電器故障、電磁閥線圈燒壞或線路接觸不良都會(huì)導(dǎo)致拖纜機(jī)無(wú)法進(jìn)行剎車保持。

（8）蓄能器不能正常充油。剎車油缸的油壓保持通過(guò)蓄壓器內(nèi)預(yù)充液壓油實(shí)現(xiàn)，如蓄壓器油壓本身不足，也就無(wú)法向剎車油缸補(bǔ)油。

（9）伺服控制油泵停止。蓄能器液壓油由伺服控制油泵提供，由于該型拖纜機(jī)伺服控制油泵未設(shè)置自動(dòng)程序，在拖纜機(jī)使用期間至少要保持一臺(tái)運(yùn)行。如伺服控制油泵未開(kāi)啟或意外停止及剎車油缸同時(shí)有滲漏情況時(shí)，蓄能器不能充油，也就無(wú)法進(jìn)行正常剎車保持。

4 故障原因排查及解決

4.1 故障原因排查

結(jié)合該輪拖纜機(jī)突然出現(xiàn)剎車初期可剎住，一段時(shí)間后剎不住的現(xiàn)象，原因應(yīng)為剎車液壓系統(tǒng)有泄漏及剎車不能保持。

檢查剎車壓力及剎車帶正常，液壓管路進(jìn)回油濾器清潔，說(shuō)明液壓油沒(méi)有臟污可能，油溫及蓄能器壓力也正常，伺服控制油泵一直在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

剎車后，停止伺服控制油泵，分別檢查單向閥組270g及其與油缸間液壓管路無(wú)漏泄，這說(shuō)明漏泄部位為剎車油缸油封（內(nèi)部漏泄外部不可見(jiàn)）。輕微松開(kāi)油缸“剎車”油管，使油缸內(nèi)油壓下降，直到檢測(cè)剎車壓力開(kāi)關(guān)P205處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)檢查蓄壓器油壓未見(jiàn)下降，這說(shuō)明故障最根本的原因在于剎車油缸的油壓降低后蓄能器未能為油缸補(bǔ)油，即剎車保持電磁閥組S248和S249不能正常工作。

4.2 故障解決

開(kāi)啟伺服控制油泵，打開(kāi)剎車重新合剎車后停泵。拆下壓力開(kāi)關(guān)P205的插頭，同時(shí)在控制箱內(nèi)檢查剎車保持電磁閥組S248和S249的控制繼電器都能正常通電工作，這說(shuō)明PLC與剎車保持有關(guān)的輸入輸出正常；拆下S248和S249的電源插頭，測(cè)量二者電源信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)24V電壓都正常，但拆卸時(shí)發(fā)現(xiàn)S248的插頭有松動(dòng)現(xiàn)象。裝復(fù)并把緊P205、S248和S249的插頭后，從油缸”剎車合”油管處輕微放油，發(fā)現(xiàn)S248和S249同時(shí)得電動(dòng)作及蓄能器油壓下降，說(shuō)明剎車保持電磁閥組工作正常向油缸補(bǔ)油。開(kāi)啟伺服控制油泵，進(jìn)一步觀察蓄能器的油壓變化，發(fā)現(xiàn)其能正常補(bǔ)油。更換剎車油缸油封，故障得到徹底解決。

5 總結(jié)

液壓系統(tǒng)污染是液壓系統(tǒng)失效最主要的原因。輪機(jī)人員應(yīng)按說(shuō)明書要求，定期更換液壓油、主油泵出口設(shè)置的高壓濾器及液壓系統(tǒng)低壓回油濾器；工作時(shí)保持油溫在30～50℃為宜。

為防止拖纜機(jī)PLC程序丟失，要及時(shí)更換其電池，每五年一次?？刂葡鋬?nèi)繼電器等元件要做好清潔和降溫工作，定期檢查有無(wú)松動(dòng)情況。拖纜機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)大，其機(jī)體上電磁閥線圈及插頭接線要經(jīng)常檢查是否牢固。

液壓管路及拖纜機(jī)液壓部件日常要注意泄漏情況和異常噪聲，一旦發(fā)現(xiàn)，及時(shí)查找原因并消除。endprint