沈峰，徐而敏

（1.中港疏浚有限公司；2.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 201136）

1 概述

新海豚輪是中交上海航道局自主建造的3500m3/h絞吸挖泥船，該船的水下泥泵、絞刀等主要疏浚設(shè)備均采用了大功率的變頻驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)恒功率、恒扭矩和無(wú)級(jí)調(diào)速。絞刀傳動(dòng)系統(tǒng)是由變頻水下電機(jī)、安全聯(lián)軸節(jié)、絞刀齒輪箱、鼓形齒式聯(lián)軸器及絞刀軸組成的，驅(qū)動(dòng)絞刀作切削運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，絞刀功率為2200kW，具備挖掘巖石、珊瑚礁等功能。絞刀軸傳動(dòng)軸系采用滾動(dòng)軸承和浮動(dòng)機(jī)械密封裝置，可有效防止泥沙進(jìn)入。

2 系統(tǒng)構(gòu)成和使用情況

2．1 絞刀電機(jī)和變頻系統(tǒng)

本裝置采用西門(mén)子變頻電動(dòng)機(jī)，額定功率2200kW，在75～750r/min時(shí)恒轉(zhuǎn)速，750～1000r/min時(shí)恒功率，具有短時(shí)超轉(zhuǎn)矩能力。具有抗堵轉(zhuǎn)能力強(qiáng)、速度響應(yīng)快、切削能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高和傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。能充分利用變頻器的軟啟動(dòng)功能，啟動(dòng)電流從零開(kāi)始，最大值也不超過(guò)額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量高的要求。在公司承建的某工程中，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絞刀切削能力明顯優(yōu)于液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的絞刀。該工程土質(zhì)為含有一定量的鈣化質(zhì)石塊的硬塑性黏土，具有天然重度和黏性大的特點(diǎn)，常規(guī)設(shè)計(jì)的絞吸船很難適應(yīng)此工況條件下施工，可對(duì)于新海豚輪的絞刀系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在挖掘方面毫不困難。該船實(shí)際電機(jī)工作功率在200～800kW波動(dòng)，瞬時(shí)功率超過(guò)1000kW，遠(yuǎn)低于絞刀電機(jī)額定功率。而其他同類(lèi)型船舶絞刀油馬達(dá)的額定功率為1280kW，卻在接近800kW時(shí)頻頻發(fā)生絞刀堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，由于受液壓系統(tǒng)耐壓要求及傳動(dòng)效率所限，油馬達(dá)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有任何超載能力，油馬達(dá)本身的最大轉(zhuǎn)矩是無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，其額定轉(zhuǎn)矩一般為最大轉(zhuǎn)矩的1/2，并允許在短時(shí)間內(nèi)超轉(zhuǎn)矩工作，這對(duì)于克服絞刀堵轉(zhuǎn)具有積極的意義。因此，即使新海豚輪采用額定功率為800kW的絞刀電機(jī)，其切削能力也顯著高于同功率的油馬達(dá)且不容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)。此外，絞刀驅(qū)動(dòng)方式采用水下變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，很好地解決了因采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，易產(chǎn)生爆管泄露液壓油而造成環(huán)境污染問(wèn)題。

2．2 安全聯(lián)軸節(jié)

新海豚輪的Safeset扭力限定聯(lián)軸器擁有一個(gè)液壓扭矩設(shè)定系統(tǒng)。通過(guò)液壓調(diào)節(jié)，可以將釋放扭力設(shè)置到要求的水平，如超過(guò)了預(yù)設(shè)的扭力，聯(lián)軸器會(huì)自動(dòng)滑脫，剪管頂部會(huì)被抗剪環(huán)切斷，從而釋放出聯(lián)軸器中的油壓，整個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間僅為幾毫秒，油壓得到釋放后，聯(lián)軸器將在軸上自由運(yùn)轉(zhuǎn)。

在某工程中，疏浚土質(zhì)密實(shí)度高和黏性大，剛開(kāi)始施工時(shí)，由于對(duì)工況條件的不熟悉，新海豚輪的絞刀水下電機(jī)和齒輪箱的安全聯(lián)軸器保險(xiǎn)銷(xiāo)經(jīng)常發(fā)生過(guò)載剪切保護(hù)。每次動(dòng)作過(guò)后，須對(duì)保險(xiǎn)銷(xiāo)進(jìn)行更換和扭力重新設(shè)置。安裝保險(xiǎn)銷(xiāo)難點(diǎn)在于既保證水密又保證的施工所需的足夠扭矩。起初更換一組保險(xiǎn)銷(xiāo)安裝至少需要6～7個(gè)小時(shí)，一定程度上影響了船舶施工時(shí)間利用率。通過(guò)積極與設(shè)備制造商進(jìn)行溝通和技術(shù)咨詢，同時(shí)，對(duì)圖紙資料的進(jìn)行分析研究，從原理上分析和尋找安裝技術(shù)要領(lǐng)并加以實(shí)施，提高了設(shè)備人員維修安裝技能，更換一組保險(xiǎn)銷(xiāo)基本上只需2.5小時(shí)。同時(shí)，積極對(duì)絞刀聯(lián)軸器的過(guò)載保險(xiǎn)銷(xiāo)開(kāi)展國(guó)產(chǎn)配件代替進(jìn)口配件工作，剛開(kāi)始，加工的國(guó)產(chǎn)替代件發(fā)現(xiàn)密封面錐度和進(jìn)口件不一致，尼龍環(huán)太軟等不足，經(jīng)過(guò)與供應(yīng)商溝通改進(jìn)后，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)件已完全能代替進(jìn)口件，節(jié)約了船舶維修成本。

2．3 水下齒輪箱

絞刀系統(tǒng)齒輪箱結(jié)構(gòu)為水平異心布置，齒輪箱體采用上、下剖分的焊接結(jié)構(gòu)，輸入軸端通過(guò)安全聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)輸出軸聯(lián)接；輸入軸通過(guò)多級(jí)齒輪帶動(dòng)輸出軸；輸出軸通過(guò)與絞刀傳動(dòng)軸系聯(lián)接驅(qū)動(dòng)絞刀。所有齒輪均采用滲碳淬火磨齒加工工藝，材料均為采用合金鋼。輸入軸軸承均采用進(jìn)口SKF調(diào)心滾子軸承，其余采用巴氏合金滑動(dòng)軸承。

齒輪箱為干式油底殼，在橋架箱體前端處側(cè)面配置容量為1200L的油箱，并配置液壓泵站以供齒輪箱潤(rùn)滑和冷卻使用，油箱、液壓泵站和齒輪箱形成全密封閉式循環(huán)。系統(tǒng)帶一個(gè)電動(dòng)預(yù)供油泵和齒輪箱機(jī)帶油泵，電動(dòng)泵、冷卻器、濾器全部安裝在輔助的密封箱體內(nèi)。齒輪箱上安裝了10只溫度模擬量傳感器、油壓傳感器和部分進(jìn)水傳感器等共計(jì)23只傳感器。

通過(guò)施工實(shí)踐，齒輪箱在運(yùn)行過(guò)程中整體較為平穩(wěn)，但也存在一些問(wèn)題。

（1）齒輪箱裝置中的對(duì)外接口（潤(rùn)滑油管、傳感器電纜線管）太多，須做成水密結(jié)構(gòu)的管子密布于齒輪箱箱體周?chē)嬖谝欢ǖ陌踩[患。傳感器可靠性較差，接線盒和絞刀齒輪箱之間密封易滲油等，最主要的是多股線之間的滲漏。目前，利用施工停隙時(shí)間隔期打開(kāi)接線箱進(jìn)行檢查和清潔，同時(shí)，嘗試使用各種新材料做密封試驗(yàn)，確保箱體密封、傳感器正常使用。

（2）各輔助密閉箱體中管路的橡膠短接故障較多。輔助箱體內(nèi)的橡膠接頭經(jīng)常爆裂，在施工期間，幾乎平均每2個(gè)月要發(fā)生一次。常規(guī)換一個(gè)橡膠接頭約需半小時(shí)左右，箱體內(nèi)更換較為復(fù)雜，要先經(jīng)過(guò)開(kāi)小蓋把漏入箱內(nèi)的油抽出來(lái)后泵油尋找漏點(diǎn)，再打開(kāi)大蓋后更換接頭，大部分位置不好，扳手沒(méi)有旋轉(zhuǎn)角度，拆一只螺栓要30分鐘左右，裝復(fù)時(shí)還要做箱體密封等工作，需要約12小時(shí)左右，影響了船舶施工時(shí)間利用率，同時(shí)，也增加了設(shè)備管理人員工作強(qiáng)度。通過(guò)把大部分橡膠接頭改成硬性連接，確定無(wú)法更改的橡膠接頭換成耐壓耐油接頭，故障率明顯下降。

（3）絞刀傳動(dòng)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備如齒輪箱體積過(guò)于龐大，在有限的空間內(nèi)合理布置難度較大，對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)帶來(lái)了一些影響。

2．4 絞刀軸系

絞刀軸系設(shè)計(jì)的工作最大傾斜角為60°，可承受雙向推力250t，在30m水深條件下時(shí)，還具有良好的工作性能。軸系靠近齒輪箱一端采用浮封環(huán)密封，靠近絞刀一端采用浮封環(huán)和骨架密封，并提供3路油脂對(duì)骨架密封處連續(xù)供油潤(rùn)滑。在平時(shí)的工作中經(jīng)常檢查3路油脂的出油情況，通過(guò)檢查重力油柜油位和觀察有無(wú)滲漏判斷浮封環(huán)和各個(gè)密封件的磨損情況。根據(jù)說(shuō)明書(shū)要求每500小時(shí)密封端蓋加500ml左右機(jī)械油，定時(shí)取油樣分析滑油質(zhì)量和軸承的磨損情況等。

2．5 變頻器

新海豚輪使用的是6脈沖變頻器，6脈沖整流的總電流諧波理論含量大概為基波的30%，廠家通過(guò)加交流電抗器等簡(jiǎn)單措施，讓諧波含量得到了有所改善，但也達(dá)到了20%左右。這樣大的電流諧波含量注入電網(wǎng)后，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形嚴(yán)重變形，690V的電網(wǎng)，電壓變形后的峰值能達(dá)到1200V左右，增加電機(jī)的重復(fù)峰值電壓時(shí)間，破壞電機(jī)和電纜的絕緣，增加電機(jī)的銅損和鐵損，降低使用壽命。因此，建議今后變頻系統(tǒng)能使用12脈沖中壓系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)中小型工程船舶的泥質(zhì)絞刀使用功率均在200～800kW左右，若大型工程船所需大功率絞刀可否采用雙電機(jī)形式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則在絞刀需要較低的施工條件下，可以達(dá)到節(jié)能降耗和增加設(shè)備使用儲(chǔ)備的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)絞刀水下齒輪箱技術(shù)上還有不成熟的地方，在傳感器、滑油系統(tǒng)、箱體的密封等還有待進(jìn)一步改進(jìn)，如荷蘭IHC公司建造的大型絞吸船新海豹輪，其水下齒輪箱采用濕式油底殼，分中速區(qū)和低速區(qū)，低速區(qū)箱體內(nèi)灌滿油采用重力油柜形式，中速區(qū)油泵泵油噴淋設(shè)計(jì)和只有2只傳感器，沒(méi)有輔助箱體設(shè)備和大量的外接管路等，值得我們?cè)诮窈笤O(shè)計(jì)中借鑒。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)設(shè)備使用長(zhǎng)軸驅(qū)動(dòng)的方案已經(jīng)成熟，絞刀軸承箱水潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)，它在節(jié)能和防污染方面有很大的實(shí)用價(jià)值，值得我們關(guān)注。

本文通過(guò)對(duì)我公司大型3500m3/h絞吸船新海豚輪絞刀系統(tǒng)在船上的應(yīng)用，以及在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題作了簡(jiǎn)單闡述，并提出了一些建議，為更好地使用和管理新海豚輪的絞刀系統(tǒng)設(shè)備和在下個(gè)階段建造更大型的絞吸挖泥船提供一些借鑒。