曾小川

（中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建莆田 351100）

0 引言

LNG 接收站碼頭采用的是旋轉(zhuǎn)平衡式卸料臂，作為L(zhǎng)NG 接收站的核心設(shè)備之一[1-2]，卸料臂的操作是工作中的主要內(nèi)容，其可靠性直接影響接收站的安全生產(chǎn)[3]。操作人員在操作卸料臂左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)延遲、漂移，尤其是風(fēng)壓較大的情況下，卸料臂出現(xiàn)了在向后、向下操作過(guò)程中，卻向右緩慢漂移，直至出現(xiàn)相鄰兩卸料臂接觸碰撞的情形，易造成設(shè)備故障，影響工作時(shí)效。

以旋轉(zhuǎn)式配重海上卸載臂—懸吊式（RCMA-S）卸料臂為研究對(duì)象，其左右操作的工作范圍，相鄰兩立柱之間的距離是4 m，相鄰兩卸料臂之間的距離是2.5 m，而每條卸料臂的最大左右極限角度均為40°，可知卸料臂的左右操作范圍較小[4]。為此，通過(guò)對(duì)液壓油路的分析、液壓油缸的計(jì)算來(lái)解釋卸料臂左右漂移的原因，并提出一些相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)診斷和解決方案，以便對(duì)操作人員安全、平穩(wěn)地操作卸料臂提供參考。

1 卸料臂操作液壓原理

卸料臂由液壓控制系統(tǒng)主要是由液壓動(dòng)力單元、蓄能器單元、選擇閥組單元、液壓執(zhí)行單元（液壓缸及液壓管）組成。齒輪泵啟動(dòng)后，通過(guò)液壓油管，將液壓油輸送到選擇閥組單元，當(dāng)液壓油超過(guò)溢流閥設(shè)定的壓力（21 MPa）時(shí)，將會(huì)通過(guò)溢流閥回流至油箱，確保油路系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定在21 MPa。通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控器（RCT）或選擇閥組單元（SVU）上的操作手柄，調(diào)節(jié)三位四通閥的開(kāi)斷，控制液壓油進(jìn)出液壓缸，實(shí)現(xiàn)卸料臂的位置移動(dòng)。當(dāng)選擇閥組單元或電源出現(xiàn)故障時(shí)，蓄能器單元可以通過(guò)釋放充壓氣囊中的液壓油，操作緊急釋放連接器（PERC），實(shí)現(xiàn)船岸緊急脫離。卸料臂操作局部液壓油路圖如圖1 所示。

圖1 卸料臂液壓油路

2 卸料臂漂移發(fā)生工況及原因分析

2.1 解除風(fēng)浪鎖，操作卸料臂

解除風(fēng)浪鎖，開(kāi)始操作卸料臂時(shí)，液壓油油溫較低，其黏度受溫度影響會(huì)變大，就會(huì)使其流動(dòng)性變差，導(dǎo)致液壓缸動(dòng)作緩慢。

解決措施：①更換黏度和黏溫性能都比較好的液壓油，或在低溫的情況下借助機(jī)器自身加熱設(shè)備使啟動(dòng)時(shí)油溫升高；②天氣溫度較低時(shí)，操作卸料臂之前，提前20 min 啟動(dòng)液壓油泵，使油溫升高后，再操作卸料臂。

7 MPa 的溢流閥出現(xiàn)故障：閥芯卡住或是閥孔堵塞的時(shí)候，使溢流閥常開(kāi)，液壓油會(huì)通過(guò)溢流閥直接回到油箱，導(dǎo)致液壓油路中無(wú)壓力或壓力達(dá)不到操作要求。過(guò)猛操作會(huì)導(dǎo)致卸料臂發(fā)生漂移。

解決措施：出現(xiàn)上述情況，及時(shí)檢查和調(diào)整溢流閥，并查看液壓油是否被污染，閥芯是否有雜質(zhì)或沉淀物卡住，導(dǎo)致閥孔堵塞[5]；同時(shí)，閥體磨損的程度也是檢查范圍。

2.2 遙控器遠(yuǎn)程操作左右點(diǎn)動(dòng)卸料臂

卸料臂快速接頭與船上法蘭對(duì)中操作過(guò)程中，很難對(duì)中，通過(guò)RCT 左右點(diǎn)動(dòng)（無(wú)風(fēng)壓作用在卸料臂上），向右漂移量往往大于向左漂移量；對(duì)4 條卸料臂左右運(yùn)動(dòng)各階段進(jìn)行液壓動(dòng)力單元（HPU）出口瞬時(shí)壓力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 卸料臂左右運(yùn)動(dòng)測(cè)試 MPa

由表1 測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在操作卸料臂初始階段（RCT 操作），液壓動(dòng)力單元油泵出口瞬時(shí)壓力達(dá)到了19 MPa 以上，卸料臂才開(kāi)始動(dòng)作。當(dāng)卸料臂動(dòng)作平穩(wěn)后，到達(dá)指定位置，通過(guò)RCT 左右點(diǎn)動(dòng)微調(diào)時(shí)，油泵出口瞬時(shí)壓力也達(dá)到了14 MPa 以上，卸料臂左右漂移較大。結(jié)合圖1 卸料臂局部液壓油路圖分析可知，溢流閥在壓力高于7 MPa 以上時(shí)就會(huì)溢流，因此，RCT 左右點(diǎn)動(dòng)微調(diào)但壓力超過(guò)7 MPa，故可判斷溢流閥故障或壓力調(diào)整不當(dāng)。

當(dāng)通過(guò)SVU 上三位四通電磁閥的手桿操作卸料臂左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，油泵出口壓力均在2.3 MPa（RCT 操作卸料臂時(shí)，會(huì)選中HPU 中的21 MPa 的溢流閥，故壓力較高，而SVU 操作則不會(huì)選中21 MPa 的溢流閥），卸料臂動(dòng)作較為平穩(wěn)。

綜合上述兩種操作對(duì)比可知：溢流閥故障或壓力調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致液壓油缸受到的沖擊力較大，致使油缸兩端壓差很大，容易造成活塞密封圈過(guò)度磨損，油缸內(nèi)漏，卸料臂漂移較大。

2.3 遙控器遠(yuǎn)程向后、向下操作卸料臂

在收回卸料臂的過(guò)程中，通過(guò)RCT 向后、向下操作卸料臂（在風(fēng)壓作用下），卸料臂卻向左或向右大量滑移，致使相鄰卸料臂接觸或碰撞。通過(guò)圖1 卸料臂局部液壓油路圖分析可知，在非操作卸料臂的情況下，三位四通電磁閥處于中位，進(jìn)油口和回油口均處于阻斷狀態(tài)，但卸料臂仍然向左或向右漂移，分析如下。

（1）液壓油管及接頭處外漏，在液壓油壓力或風(fēng)壓作用下，使兩腔形成壓差，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移，這種原因很容易在操作中發(fā)現(xiàn)，立即停止油泵，處理外漏油管和接頭即可。

（2）兩位四通液控?fù)Q向閥有內(nèi)漏，導(dǎo)致液壓油缸的有桿腔與無(wú)桿腔連通，在液壓油壓力或風(fēng)壓作用下，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移。

（3）三位四通電磁閥有內(nèi)漏，致使液壓油缸的其中一腔與回油箱管路導(dǎo)通或其中一腔與齒輪油泵出口管線(xiàn)導(dǎo)通，在兩腔壓差作用下，造成卸料臂向左或向右漂移。

（4）溢流閥閥芯卡住，使溢流閥常開(kāi)，液壓油回油箱，在液壓油壓力或風(fēng)壓作用下，使兩腔形成壓差，克服摩擦力后，造成卸料臂向左或向右漂移。

（5）雙作用單桿活塞缸內(nèi)漏，在液壓油壓力或風(fēng)壓作用下，使兩腔形成壓差，造成卸料臂向左或向右漂移，這種原因最隱蔽，很難發(fā)現(xiàn)，也最容易出現(xiàn)。

下面對(duì)卸料臂液壓油缸進(jìn)行受力分析，以活塞桿為研究對(duì)象，排除上述中（1）～（4）中的原因，可將其簡(jiǎn)化成如圖2 所示。

結(jié)合圖2 分析，當(dāng)活塞靜止時(shí)：

圖2 活塞桿受力分析

其中，f 為活塞與液壓缸之間的摩擦力，F(xiàn) 為負(fù)載或風(fēng)壓，P1、P 為各缸壓強(qiáng)，A1、A 為各缸作用面積。

假設(shè)液壓油路及油缸無(wú)內(nèi)漏和外漏，同時(shí)液壓油不可壓縮（液壓油缸內(nèi)無(wú)氣體），正常情況下活塞桿處于力平衡的狀態(tài)，不可能運(yùn)動(dòng)，但事實(shí)顯示RCT 停止操作或僅是向后、向下操作過(guò)程中，卻不斷地向右漂移（UA0101B 動(dòng)作最為明顯）。

當(dāng)活塞穩(wěn)定向右運(yùn)動(dòng)（漂移）時(shí)：

由式（2）可知：液壓缸輸出力與活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比，在排除液壓油管、換向閥、溢流閥無(wú)內(nèi)漏和外漏的情形，即液壓油缸進(jìn)出油口處于斷開(kāi)狀態(tài)，假設(shè)液壓油不可壓縮（液壓油缸內(nèi)無(wú)氣體），因此可判斷卸料臂UA0101B 控制左右運(yùn)動(dòng)的液壓油缸內(nèi)漏量較大，導(dǎo)致卸料臂左右漂移量過(guò)大。

由于卸料期間，卸料臂處于浮動(dòng)狀態(tài)，則P=P1，結(jié)合式（2）得出：

式（3）說(shuō)明在拆臂初始階段（僅向后動(dòng)作卸料臂），在油溫較低的情況下，液壓油存在一定的可壓縮量，只要風(fēng)壓F 大于活塞與液壓缸之間的摩擦力f，卸料臂就會(huì)在液壓缸兩端壓差作用下，導(dǎo)致卸料臂向右較小量地漂移；但在活塞桿的壓縮下，液壓缸右腔壓力P1逐漸增大，卸料臂又處于平衡狀態(tài)，得出式（4）。

移動(dòng)量S 與泄漏量Q 的關(guān)系：

活塞的移動(dòng)量與活塞密封的泄漏量呈線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)卸料臂左右運(yùn)動(dòng)的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)卸料臂UA0101B 的活塞向右的移動(dòng)量最大，故其控制左右運(yùn)動(dòng)的液壓油缸內(nèi)漏量最大。

3 卸料臂漂移實(shí)時(shí)診斷方案

當(dāng)通過(guò)RCT 向后、向下操作卸料臂，在風(fēng)壓作用下，卸料臂向右大量漂移時(shí)，可依據(jù)以下步驟開(kāi)展實(shí)時(shí)診斷液壓油缸漂移量過(guò)大的原因及解決措施。

（1）停止用RCT 操作卸料臂，排除其信號(hào)故障導(dǎo)致卸料臂誤動(dòng)作的可能。

（2）在SVU 上操作手動(dòng)選臂手柄，將球閥關(guān)閉，排除液控?fù)Q向閥內(nèi)漏故障的可能。

（3）檢查油路管線(xiàn)及接頭是否有外漏，排除液壓油外漏的可能。

（4）在SVU 上操作三位四通電磁閥的手桿，向左操作（與漂移方向相反）卸料臂，防止相鄰兩卸料臂接觸、碰撞。

（5）卸料臂向左動(dòng)作過(guò)程中，觀察HPU 處油泵出口壓力表的壓力顯示，正常操作壓力是2.1 MPa，在此壓力下，卸料臂向左運(yùn)動(dòng)緩慢、平穩(wěn)。

（6）當(dāng)在SVU 上操作三位四通電磁閥的手桿，向左操作（與漂移方向相反）卸料臂時(shí)，卸料臂不動(dòng)作，觀察HPU 處油泵出口壓力表的壓力顯示，操作壓力低于2.1 MPa，說(shuō)明溢流閥出現(xiàn)故障，閥芯卡住或是閥孔堵塞，使溢流閥常開(kāi)，液壓油會(huì)通過(guò)溢流閥直接回到油箱，導(dǎo)致液壓油路中無(wú)壓力或壓力達(dá)不到操作要求[6]。應(yīng)及時(shí)檢查調(diào)整溢流閥，直至油路中壓力達(dá)到正常值，并將卸料臂移動(dòng)至安全位置。

（7）對(duì)液壓油缸排氣。液壓油缸內(nèi)如果存在大量氣體，有導(dǎo)致卸料臂漂移量過(guò)大的可能。

（8）以上步驟完成后，如果卸料臂左右運(yùn)動(dòng)仍然存在漂移量較大的情形，即可判斷單桿活塞缸內(nèi)漏量大于允許值，需對(duì)單桿活塞缸進(jìn)行相關(guān)處理。液壓油缸內(nèi)漏的較常見(jiàn)原因是活塞密封過(guò)量磨損，而造成活塞密封過(guò)量磨損的主要原因是速度控制閥調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成過(guò)高的背壓、密封件安裝不當(dāng)、液壓油污染等。所以，要解決液壓缸內(nèi)漏問(wèn)題，需要更換活塞密封圈，正確安裝密封件，適當(dāng)調(diào)整速度控制閥，使其速度和背壓在合理范圍，并更換液壓油。

4 結(jié)論與建議

（1）依據(jù)液壓缸的結(jié)構(gòu)分析，密封件損壞是液壓油缸故障的常見(jiàn)原因，而造成卸料臂左右漂移的根本原因是液壓油缸的內(nèi)漏。

（2）通過(guò)對(duì)液壓油路的分析，總結(jié)出了現(xiàn)場(chǎng)診斷卸料臂液壓油缸漂移量過(guò)大的原因及解決步驟，以便對(duì)操作人員安全、平穩(wěn)地操作卸料臂提供參考。