龐宏偉 北海救助局

船用拖纜機(jī)是海上生產(chǎn)作業(yè)必不可少的大型拖帶設(shè)備，應(yīng)用非常廣泛，如：海上大型船舶、平臺(tái)的定位與拖帶；為大型石油平臺(tái)的拋、起錨服務(wù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，拖纜機(jī)的制造技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，發(fā)生了動(dòng)力系統(tǒng)由電動(dòng)到液壓，控制方式由人工化到自動(dòng)化、智能化的轉(zhuǎn)變，拖帶能力變大，操作更簡(jiǎn)便，使用更安全，作業(yè)更高效。但由于使用頻繁、保養(yǎng)不到位、操作不當(dāng)?shù)雀鞣N原因?qū)е峦侠|機(jī)故障，重大事故時(shí)有發(fā)生，其中拖纜機(jī)溜纜、抽纜的事故較為常見(jiàn)，造成的后果較嚴(yán)重。筆者以親身接觸到一款新型拖纜機(jī)（型號(hào)：HTW-200-200-01）為分析載體，根據(jù)自己的理解和體驗(yàn)，對(duì)拖航作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)溜纜或抽纜的現(xiàn)象進(jìn)行分析，詳解原因，與同仁共享。

1.HTW-200-200-01型拖纜機(jī)的系統(tǒng)組成及工作過(guò)程

拖纜機(jī)系統(tǒng)由拖纜機(jī)機(jī)械（包括馬達(dá)、卷筒、電磁閥；離合器、剎車(chē)、棘輪輔助設(shè)備）、液壓動(dòng)力單元（型號(hào)：EHP-160X2-75-01）、啟動(dòng)屏、PLC控制屏（CPU、輸入、輸出模塊）、本地操作站（操作桿、按鈕、指示燈、儀表）、遙控操作站（包括操作桿、按鈕、指示燈、儀表等）、觸摸屏等單元組成。

通過(guò)操作操作桿，主比例閥得電動(dòng)作，動(dòng)力單元液壓泵泵出的壓力油經(jīng)主比例閥進(jìn)入馬達(dá)，以壓力油為動(dòng)力的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)空氣離合器、卷筒離合器和兩級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)纜卷筒，實(shí)現(xiàn)纜繩的收放。剎車(chē)、棘輪（備用）克服纜繩張力，實(shí)現(xiàn)卷筒的靜態(tài)制動(dòng)，保持纜繩放出的長(zhǎng)度不變；啟動(dòng)屏實(shí)現(xiàn)泵組的啟動(dòng)；PLC控制屏接收操作指令和傳感器信號(hào)，經(jīng)CPU處理，發(fā)出指令，相應(yīng)的電磁閥線圈通電或失電，電磁閥動(dòng)作，油路方向或通斷情況發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)程序控制和安全控制；液壓動(dòng)力單元由主泵、輔泵、油柜等組成，為馬達(dá)和液壓缸提供動(dòng)力液壓油；本地和遙控操作站具有操作和顯示的作用；觸摸屏可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

2.導(dǎo)致拖纜機(jī)抽纜的可能原因及分析

當(dāng)發(fā)生抽纜事故，查找原因時(shí)，應(yīng)主要以拖纜機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)為綱，具體情況，具體分析。拖纜機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)包括機(jī)械制動(dòng)和液壓制動(dòng)，剎車(chē)帶剎車(chē)和棘輪剎車(chē)（備用）屬機(jī)械制動(dòng)，氣動(dòng)離合器和馬達(dá)內(nèi)部油壓構(gòu)成油液制動(dòng)。對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種場(chǎng)景下的抽纜情況，分別進(jìn)行原因分析并提出一些建議。

2.1 纜繩收放時(shí)，摩擦片式氣動(dòng)離合器故障

在纜繩收放操作過(guò)程中，馬達(dá)通過(guò)摩擦片式氣動(dòng)離合器和齒輪式離合器的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)卷筒，兩離合器處于閉合狀態(tài)，若其中一個(gè)離合器處于脫開(kāi)或故障狀態(tài)，卷筒失去油馬達(dá)液壓制動(dòng)和收放控制，處于失控狀態(tài)，可造成纜繩受拉被抽出。

就結(jié)構(gòu)和工作方式而言，齒輪離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠，容易出問(wèn)題的是摩擦片式氣動(dòng)離合器，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1；其工作原理：內(nèi)充8-10bar壓縮空氣的氣囊8膨脹，推動(dòng)壓力板7，造成摩擦片4、中間板5、浮動(dòng)板6相互擠壓，當(dāng)離合器轉(zhuǎn)鼓2受到液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，強(qiáng)大的壓力使摩擦片4、中間板5、浮動(dòng)板6之間產(chǎn)生足夠大的靜摩擦力驅(qū)動(dòng)動(dòng)力環(huán)12旋轉(zhuǎn)，傳遞動(dòng)力；壓縮空氣缺失或壓力不足，會(huì)造成驅(qū)動(dòng)摩擦力缺失或減小，離合器呈現(xiàn)脫離或半結(jié)合狀態(tài)，液壓馬達(dá)輸出的控制力或制動(dòng)力無(wú)法正常傳遞，卷筒失去控制，易造成纜繩抽出，半結(jié)合狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，造成摩擦部件磨損加劇。

圖1 摩擦片式氣動(dòng)離合器結(jié)構(gòu)圖

維護(hù)使用中注意事項(xiàng)：a確保離合器工作氣源正常（8-10bar），b即使在非工作狀態(tài)下，氣囊8也容易老化，應(yīng)定期更換；c摩擦片屬于干式耐磨型，應(yīng)保持潔凈、干燥、無(wú)油水；當(dāng)摩擦片的間隙過(guò)大時(shí)，應(yīng)更換摩擦片，且釋放彈簧11必須同時(shí)換新。

2.2 纜繩收放時(shí)，液壓系統(tǒng)故障

壓力油是驅(qū)動(dòng)卷筒的動(dòng)力源，壓力油的可靠供應(yīng)是拖纜機(jī)正常工作的前提。收放纜操作過(guò)程中，當(dāng)壓力油供應(yīng)異常時(shí)，會(huì)發(fā)生抽纜事故。

拖帶作業(yè)時(shí)，液壓泵和液壓閥件的可靠性是壓力油正常供應(yīng)的保障，兩者相較，液壓閥件故障率較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，液控信號(hào)管路中閥件故障導(dǎo)致供油失敗的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。

液壓泵供油原理見(jiàn)“拖纜機(jī)液壓泵站局部（供油及反饋信號(hào)）系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2”：在操作主比例閥的初期，10bar的液壓油（補(bǔ)油泵供）經(jīng)馬達(dá)主油路、液控信號(hào)管路到達(dá)梭閥5左側(cè)，進(jìn)入梭閥，把閥芯頂向右側(cè)，通過(guò)梭閥輸出口，經(jīng)主油泵液控信號(hào)管路進(jìn)入定向變量液壓泵組3的伺服變量機(jī)構(gòu)4，此時(shí)，定向變量液壓泵組3開(kāi)始泵出少量液壓油，泵出的油液經(jīng)主比例閥進(jìn)入主油路供應(yīng)馬達(dá)，主油路壓力應(yīng)大于10bar；同時(shí)主油路部分油液按照初始路徑進(jìn)入油泵組伺服變量機(jī)構(gòu)4，因現(xiàn)反饋油壓大于10bar的初始油壓，伺服變量機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)幅度增大，定向變量液壓泵組3泵出較大流量的液壓油進(jìn)入馬達(dá)，主油路壓力變大；依次循環(huán)，油泵反饋油壓信號(hào)、油泵變量伺服機(jī)構(gòu)油量調(diào)節(jié)幅度、油量輸出、主油路壓力逐漸增大，使得液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷筒加速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)拖纜機(jī)負(fù)載（卷筒）與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力達(dá)到平衡時(shí)，主油路壓力和反饋油壓穩(wěn)定，液壓泵伺服變量機(jī)構(gòu)4調(diào)節(jié)幅度保持不變，卷筒開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 拖纜機(jī)液壓泵站局部（供油及反饋信號(hào)）系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

有此可見(jiàn)，油泵反饋信號(hào)油路正常工作相當(dāng)重要，當(dāng)反饋油路上的梭閥5閥芯卡在某位置時(shí)，油液流動(dòng)被阻斷，液壓泵組伺服變量機(jī)構(gòu)4失去液控信號(hào)，泵組無(wú)油液泵出。

在壓力油供應(yīng)異常和馬達(dá)管路內(nèi)的液壓油完全泄漏的情況下，馬達(dá)失去液壓控制力和制動(dòng)力，致使卷筒處于失控狀態(tài)，抽纜現(xiàn)象發(fā)生。

維護(hù)使用中注意事項(xiàng)：a保持液壓油潔凈，無(wú)外來(lái)污染物，保證油液質(zhì)量，以防閥芯卡阻。b液控信號(hào)管路梭閥5 要定期試驗(yàn)，檢查工作狀況，必要時(shí)，更換；c液控信號(hào)管路上控制閥開(kāi)、關(guān)狀態(tài)要正確，以免控制信號(hào)丟失。

第一階段：1998年之前?！缎率称贩ā贰蛾P(guān)于向環(huán)境有意釋放基因飾變生物的指令》等影響深遠(yuǎn)的關(guān)鍵性的法律法規(guī)在這一階段制定出來(lái)。因?yàn)闅W盟在很早之前就開(kāi)始了對(duì)轉(zhuǎn)基因進(jìn)行立法，所以歐盟規(guī)制轉(zhuǎn)基因食品安全的基礎(chǔ)牢固，歐盟轉(zhuǎn)基因食品安全監(jiān)管法律法規(guī)才如此完善。

2.3 拖帶航行時(shí)，剎車(chē)帶剎車(chē)系統(tǒng)故障

在拖帶航行過(guò)程中，齒輪式離合器脫離，液壓制動(dòng)被切除，帶式剎車(chē)啟動(dòng)（棘輪剎車(chē)很少使用，在此不做討論），卷筒處于帶式剎車(chē)的靜止制動(dòng)狀態(tài)。剎車(chē)帶剎車(chē)系統(tǒng)故障時(shí)，剎車(chē)能力會(huì)降低，當(dāng)纜繩張力大于剎車(chē)制動(dòng)能力時(shí)，會(huì)發(fā)生抽纜事故，剎車(chē)帶剎車(chē)系統(tǒng)工作狀況應(yīng)該得到關(guān)注。

剎車(chē)帶剎車(chē)機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3，工作過(guò)程：剎車(chē)油缸1進(jìn)油，活塞桿3下移，連接板4繞固定軸6逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連接桿5受到銷(xiāo)軸7的支撐，上移，拽動(dòng)剎車(chē)帶9的自由端，剎車(chē)帶把內(nèi)側(cè)的剎車(chē)襯套8緊緊地壓在卷筒上，產(chǎn)生阻止卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的靜摩擦力，摩擦力越大，制動(dòng)能力越強(qiáng)。

圖3 剎車(chē)帶剎車(chē)機(jī)構(gòu)

根據(jù)纜繩張力產(chǎn)生的力矩與剎車(chē)制動(dòng)力矩平衡的原理可知：最大剎車(chē)制動(dòng)力矩不變（拖纜機(jī)制造時(shí)，最大制動(dòng)力矩已確定），纜繩張力力臂越大，纜繩的允許張力就越??；出纜點(diǎn)在第一層（最外層）時(shí)，出纜點(diǎn)到滾筒中心線距離最大，即力臂最大，纜繩允許的張力最小，此時(shí)，如果僅考慮剎車(chē)制動(dòng)能力，而不考慮纜繩破斷力和剎車(chē)能力的儲(chǔ)備情況，根據(jù)出廠設(shè)定，纜繩處于第一層時(shí)的最大允許張力為350噸，超過(guò)這個(gè)力，卷筒會(huì)沖破剎車(chē)制動(dòng)能力，產(chǎn)生打滑或抽纜現(xiàn)象。為避免此故障發(fā)生，需要保持剎車(chē)帶剎車(chē)系統(tǒng)的剎車(chē)能力即剎車(chē)襯套對(duì)卷筒的摩擦力足夠大。

根據(jù)摩擦力的定義“摩擦力F=摩擦系數(shù)ε＊正壓力N”可知：卷筒受到的摩擦力F大小與摩擦系數(shù)ε和摩擦接觸面的正壓力N有關(guān)，且分別成正比關(guān)系。

2.3.1 摩擦系數(shù)ε

摩擦系數(shù)ε與摩擦接觸面材料、狀況有關(guān)，因卷筒和剎車(chē)襯套材料在拖纜機(jī)制造時(shí)就已確定，所以摩擦接觸面狀況是關(guān)注的重點(diǎn)。經(jīng)研究表明：接觸面油、水、灰塵等異物的存在和剎車(chē)襯套的嚴(yán)重磨損，都是造成摩擦系數(shù)和摩擦力變小，發(fā)生溜纜或抽纜的原因。

2.3.2 正壓力N

正壓力N是由進(jìn)入剎車(chē)油缸1的壓力油對(duì)活塞桿3的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)連接板4和連接桿5傳遞，作用到剎車(chē)帶9的自由端產(chǎn)生的，當(dāng)剎車(chē)油壓（90-120bar）保持正常，正壓力N才是正常的。剎車(chē)油壓的建立和維持是非常重要的，剎車(chē)液壓系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖4。

圖4 拖纜機(jī)剎車(chē)液壓系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)圖

當(dāng)進(jìn)行剎車(chē)帶剎車(chē)操作時(shí)，按下剎車(chē)按鈕，PLC輸出信號(hào)，合剎電磁線圈4得電，剎車(chē)電磁閥1動(dòng)作，剎車(chē)油缸15右側(cè)進(jìn)油，活塞18左移；當(dāng)活塞移動(dòng)到最左端時(shí)，剎車(chē)油缸15右側(cè)進(jìn)油壓力升高，當(dāng)壓力升高到120bar時(shí)，進(jìn)油管路上壓力開(kāi)關(guān)9動(dòng)作，向PLC發(fā)出剎車(chē)已完成的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，PLC輸出信號(hào)，合剎電磁線圈4失電，剎車(chē)電磁閥1回中，壓力油供應(yīng)被切斷；液壓鎖10閉鎖剎車(chē)油缸15兩側(cè)的油液，維持剎車(chē)油缸15右側(cè)的油壓，剎車(chē)動(dòng)作完成，剎車(chē)襯套緊緊的壓在滾筒上。

剎車(chē)動(dòng)作完成后，由于液壓油缸、閥件的密封性不能達(dá)到完美的理想狀態(tài)和液壓油具有熱脹冷縮的物理特性，剎車(chē)油壓會(huì)逐漸降低，正壓力N、剎車(chē)力會(huì)逐漸變小，當(dāng)剎車(chē)力不能平衡纜繩的張力時(shí)，溜纜會(huì)發(fā)生，甚至可能出現(xiàn)抽纜現(xiàn)象。為防止這種情況的發(fā)生，需要及時(shí)補(bǔ)充壓力油，維持剎車(chē)油壓在正常的范圍內(nèi)，避免剎車(chē)力大幅減小。本型拖纜機(jī)的剎車(chē)油壓維持原理：當(dāng)剎車(chē)油壓降低到90bar時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)9動(dòng)作，發(fā)送開(kāi)關(guān)信號(hào)給PLC，PLC發(fā)出控制信號(hào)，電磁閥7、8同時(shí)通電動(dòng)作，蓄能器13內(nèi)的壓力油（100-130bar）通過(guò)管路經(jīng)電磁閥7進(jìn)入剎車(chē)油缸15右側(cè)，剎車(chē)油缸15左側(cè)少量油液通過(guò)管路經(jīng)電磁閥8排出；當(dāng)剎車(chē)油壓增大至120bar時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)9動(dòng)作，發(fā)信號(hào)至PLC，PLC 發(fā)出信號(hào)，電磁閥7、8斷電復(fù)位，剎車(chē)油缸恢復(fù)閉鎖狀態(tài)；當(dāng)剎車(chē)油壓再次降低至90bar時(shí)，重復(fù)以上過(guò)程，確保剎車(chē)油缸15剎車(chē)油壓保持在90-120bar正常范圍內(nèi)。

在剎車(chē)操作過(guò)程中，只有剎車(chē)電磁閥1動(dòng)作為剎車(chē)油缸供油，壓力開(kāi)關(guān)9的開(kāi)關(guān)量信號(hào)被屏蔽，電磁閥7、8禁止通電動(dòng)作；當(dāng)剎車(chē)油壓達(dá)到120bar,剎車(chē)電磁閥1斷電回中，剎車(chē)操作結(jié)束，壓力開(kāi)關(guān)9的信號(hào)被激活，能夠控制電磁閥7、8的動(dòng)作,保持剎車(chē)油壓正常（90-120bar）。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是剎車(chē)電磁閥1、電磁閥7、8各司其職，避免頻繁、冗余動(dòng)作。

由上述可知，壓力開(kāi)關(guān)9故障會(huì)使剎車(chē)油壓控制失敗，不能保持正常（90-120bar）。當(dāng)油壓過(guò)低時(shí)，剎車(chē)襯套對(duì)卷筒摩擦面正壓力N不足，剎車(chē)制動(dòng)力過(guò)小，會(huì)產(chǎn)生溜纜或抽纜現(xiàn)象。

維護(hù)中注意事項(xiàng)：a定期測(cè)試剎車(chē)油路壓力開(kāi)關(guān)9的功能，檢查壓力設(shè)定范圍。

3.結(jié)束語(yǔ)

拖纜機(jī)系統(tǒng)部件組成繁多，控制程序復(fù)雜，且工作環(huán)境惡劣，易發(fā)故障較多。一種故障現(xiàn)象可由多種單一原因造成，也可由多種原因綜合所致，原因查找難度高，工作量大；本文列舉了一種故障現(xiàn)象，分析了多種可能原因，相信還有其他原因有待進(jìn)一步分析、探討。只有不斷地深入學(xué)習(xí)、分析研究和積累經(jīng)驗(yàn)，才能做到科學(xué)地維護(hù)，及時(shí)地查找原因，解決問(wèn)題，避免事故的發(fā)生，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。