中圖分類(lèi)號(hào)：U664.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Fault Cause Analysis of a Ship Bow Thruster

HUANG Xiangyu， XU Hui， ZHANG Zhisheng （CSSCHuangpu Wenchong Shipping CO.，LTD.，Guangzhou 510715， China）

Abstract： During navigation， a ships bow thruster experienced severe vibration， rendering the equipment inoperable and compromising maneuverability and safety in restricted waters.This study conducts fault tree analysis （FTA）based on the failure symptoms and system composition. Through fault inspection， equipment disassembly， andcomponentanalysis，damaged parts were identifed，rotcauses determined，and failuremechanisms investigated. Corrective measures were formulatedand implemented，efectively resolving the malfunction，restoring equipment functionality， and ensuring ship maneuverability and safety.

Key words： bow thruster; fault tree analysis; assembly process

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和世界貿(mào)易的日益頻繁，海上交通運(yùn)輸不斷發(fā)展，同時(shí)增加了港口、河道的通航密度。對(duì)于大型船舶來(lái)說(shuō)，較好的船舶動(dòng)力定位能力和操控性能是非常重要的。輔推裝置是現(xiàn)代船舶操縱系統(tǒng)的重要組成部分，輔推裝置具有較高的操縱性能，當(dāng)船舶在受限水域中航行時(shí)可以有效減少船舶出現(xiàn)擱淺、碰撞等危險(xiǎn)現(xiàn)象，利于提高船舶運(yùn)行的安全性，自前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代船舶操縱輔助機(jī)構(gòu)中，極大提高了船舶的操縱性能。部分先進(jìn)的輔推裝置具備水下舵槳 全回轉(zhuǎn)推進(jìn)能力，當(dāng)船舶推進(jìn)系統(tǒng)故障時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)船舶應(yīng)急推進(jìn)。

輔推裝置一旦發(fā)生故障將使船舶失去部分操縱能力，安全性受到一定影響，尤其是在受限水域中航行時(shí)船舶擱淺、碰撞等風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，如何排查并解決艏輔推裝置故障，是保障船舶操縱性能及安全性的重要課題。本文闡述某船艏輔推裝置故障的分析和解決過(guò)程。

2 故障現(xiàn)象

某船f輔推裝置是一種升降式調(diào)距駝槳裝置，主要由調(diào)距舵槳裝置、升降裝置、電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。裝置采用變頻驅(qū)動(dòng)，L型傳動(dòng)，電機(jī)立式安裝。操縱人員可以通過(guò)操舵手柄實(shí)現(xiàn)對(duì)水下舵槳 全回轉(zhuǎn)控制，并可控制主機(jī)速度和槳葉螺距。當(dāng)船舶主推進(jìn)系統(tǒng)故障時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)船舶應(yīng)急推進(jìn)。

該船的艏輔推裝置在航行過(guò)程中，出現(xiàn)右f輔推裝置振動(dòng)現(xiàn)象。航行期間使用次數(shù)不多，間隔數(shù)個(gè)月后，使用方反映右輔推裝置運(yùn)行過(guò)程中有強(qiáng)烈振動(dòng)。

故障發(fā)生后，將船舶在碼頭系泊狀態(tài)下，運(yùn)行右首輔推裝置進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)和確認(rèn)。初步確認(rèn)如下：進(jìn)1、進(jìn)2、進(jìn)3工況時(shí)無(wú)明顯振感，進(jìn)4工況時(shí)振感明顯，轉(zhuǎn)舵角度只有往內(nèi)側(cè)時(shí)才有強(qiáng)烈振感，其他方向無(wú)異常。升降無(wú)異常，變距時(shí)無(wú)異常。

3 問(wèn)題定位

現(xiàn)將問(wèn)題可能的原因按故障樹(shù)要求進(jìn)行梳理列舉，見(jiàn)圖1所示。

3.1下齒輪箱組件方面

1）螺旋槳

采用檢測(cè)工具，現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)檢查線(xiàn)型。螺旋槳無(wú)磕損，槳葉沒(méi)有變形，葉梢和抗鳴音邊線(xiàn)型符合要求。

2）推進(jìn)電機(jī)

電機(jī)與電機(jī)支架連接的隔振器（聚氨酯材料）沒(méi)有損傷。推進(jìn)電機(jī)功能正常。

3）下聯(lián)軸器

發(fā)現(xiàn)下齒輪箱組件中下聯(lián)軸器內(nèi)圈外花鍵齒受損，下聯(lián)軸器內(nèi)圈上部外圓有摩擦痕跡，如圖2所示。

4）輸入軸上軸承

目視發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承和推力軸承保持架有細(xì)小變形。

3.2升降回轉(zhuǎn)組件方面

1）聯(lián)軸器

發(fā)現(xiàn)與下齒輪箱組件配合的中間傳動(dòng)軸組件聯(lián)軸器內(nèi)花鍵齒受損。

2）升降導(dǎo)向油缸

升降油缸底部與不銹鋼軸套之間間隙符合要求。

3）傳動(dòng)軸零件

中間傳動(dòng)軸組件中，中間傳動(dòng)軸組件中的聯(lián)軸器內(nèi)圈外花鍵齒沒(méi)有受損，用于聯(lián)軸器外圈和聯(lián)軸器內(nèi)圈軸向定位兩顆螺釘銷(xiāo)被剪斷。中間傳動(dòng)軸等直段一軸向位置跳動(dòng)度 3 . 5 m m ，超差。如圖3所示。

4）軸承檢查關(guān)聯(lián)軸承正常。

5）其他檢查情況

檢查彈性聯(lián)軸器的彈性元件（梅花形）外觀，無(wú)破損、老化開(kāi)裂等明顯缺陷。

4故障原因分析

4.1輔推裝置主傳動(dòng)鏈基本原理

首輔推裝置由推進(jìn)電機(jī)、彈性聯(lián)軸器、軸承蓋、球軸承、螺釘及固定銷(xiāo)、中間軸、螺旋槳、導(dǎo)管、升降油缸、外筒體等部件組成。下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉(zhuǎn)組件下部，組成輔推裝置。

輔推裝置下聯(lián)軸器內(nèi)圈外花鍵齒與聯(lián)軸器外圈下部的內(nèi)花鍵齒嚙合，中間軸驅(qū)動(dòng)下齒輪箱組件的錐齒輪軸；錐齒輪軸上部由圓錐軸承和推力軸承支撐，下部由徑向調(diào)心軸承支撐；錐齒輪軸的錐齒面與槳軸上大錐齒輪齒面嚙合，錐齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給槳軸以及和槳軸固接的螺旋槳。

4.2振動(dòng)可能的原因

1）中間傳動(dòng)軸支撐變化引起振動(dòng)

（1）中間傳動(dòng)軸的變形和中間軸兩端的支撐件變形過(guò)大引起振動(dòng)拆檢下齒輪箱組件，發(fā)現(xiàn)下聯(lián)軸器內(nèi)圈外花鍵齒及與其配合的中間傳動(dòng)軸組件聯(lián)軸器內(nèi)花鍵齒受損，聯(lián)軸器外圈兩處螺釘銷(xiāo)（頸部直徑 Φ 9 mm ）被剪斷，是中間傳動(dòng)軸下部支撐變化的根源。

（2）中間軸組件軸向偏離不多，花鍵齒局部嚙合的相互切削磨損和振動(dòng)。當(dāng)聯(lián)軸器外圈喪失軸向約束，向上竄動(dòng)不多時(shí)，聯(lián)軸器外圈內(nèi)齒和下聯(lián)軸器外齒脫離嚙合，僅是聯(lián)軸器外圈內(nèi)齒下端面和下聯(lián)軸器外齒上端面局部接觸，中間傳動(dòng)軸組件連同其上的聯(lián)軸器外圈失去驅(qū)動(dòng)下聯(lián)軸器內(nèi)圈的能力，如圖4所示。

（3）中間軸組件軸向偏離較多，花鍵齒不嚙合的偏心帶來(lái)的振動(dòng)。由于中間軸組件的聯(lián)軸器內(nèi)、外圈之間軸向固定的兩件螺釘銷(xiāo)（頸部直徑 Φ 9 ）被剪斷，聯(lián)軸器外圈喪失軸向約束，可以上下竄動(dòng)。當(dāng)聯(lián)軸器外圈喪失軸向約束，向上竄動(dòng)較多時(shí)，見(jiàn)圖5所示，聯(lián)軸器外圈內(nèi)齒和下聯(lián)軸器外齒脫離嚙合，中間軸組件連同其上的聯(lián)軸器內(nèi)、外圈失去下端的徑向支撐約束，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于離心力作用，必然會(huì)產(chǎn)生較大偏心。

（4）中間傳動(dòng)軸組件上的聯(lián)軸器外圈兩處螺釘銷(xiāo)（頸部直徑 Φ 9 ）被剪斷。聯(lián)軸器外圈兩處螺釘銷(xiāo)作用是軸向固定聯(lián)軸器外圈，防止其上下竄動(dòng)，保證聯(lián)軸器外圈和下聯(lián)軸器內(nèi)圈的花鍵齒正常嚙合，傳遞主動(dòng)力扭矩和徑向支撐中間傳動(dòng)軸下部。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝配人員回憶和設(shè)備廠人員反復(fù)推演，下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉(zhuǎn)組件時(shí)，沒(méi)有將聯(lián)軸器外圈和下聯(lián)軸器內(nèi)圈的端部花鍵齒凹凸面良好嵌入，就強(qiáng)行把下齒輪箱組件吊裝上拉，下聯(lián)軸器內(nèi)圈的花鍵齒上端部頂?shù)铰?lián)軸器外圈的花鍵齒下端部，下齒輪箱組件吊裝拉力剪斷聯(lián)軸器外圈兩處螺釘銷(xiāo)。

2）排除因下齒輪箱組件引起的振動(dòng)

從升降回轉(zhuǎn)裝置拆離下齒輪箱組件后，盤(pán)動(dòng)槳葉可以轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下齒輪箱組件的驅(qū)動(dòng)軸組件可以跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)；手盤(pán)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，有輕重不均勻現(xiàn)象。

進(jìn)一步拆離驅(qū)動(dòng)軸組件，目視發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承和推力軸承保持架有細(xì)小變形，后續(xù)為保險(xiǎn)起見(jiàn)，更換新的圓錐滾子軸承和推力軸承。同時(shí)更換新的下聯(lián)軸器內(nèi)圈。

清洗下齒輪箱箱體內(nèi)部和主傳動(dòng)部件，無(wú)損檢測(cè)錐齒輪軸和大螺旋錐齒輪，未發(fā)現(xiàn)受損。復(fù)裝下齒輪箱組件，用手盤(pán)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸沒(méi)有別卡和輕重不均現(xiàn)象，錐齒輪齒面嚙合良好。

復(fù)裝下齒輪箱組件其它拆離的零件。進(jìn)行下齒輪箱組件臺(tái)架試驗(yàn)。均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異響、異常振動(dòng)等情況，說(shuō)明右輔推裝置振動(dòng)主要來(lái)源不是下齒輪箱組件。

檢查下齒輪箱體上平面相對(duì)錐齒輪軸的跳動(dòng)度符合要求，排除了下齒輪箱頸部可能產(chǎn)生的形變。

3）排除下齒輪箱組件關(guān)聯(lián)的軸承引起的振動(dòng)

分離拆卸下來(lái)被替換的推力軸承和圓錐滾子軸承（屬于驅(qū)動(dòng)軸組件），檢查推力軸承和圓錐滾子軸承的滾動(dòng)體和滾道，滾動(dòng)體和滾道良好，軸承沒(méi)有受到傷害。對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸組件，目視發(fā)現(xiàn)圓錐滾子軸承和推力軸承保持架僅有細(xì)小變形，更換新的圓錐滾子軸承和推力軸承。排除軸承引起的振動(dòng)。

4）排除其它零部件引起的振動(dòng)

檢查槳葉葉稍間隙均在公差范圍內(nèi)，槳葉抗鳴音邊沒(méi)有變形。螺旋槳槳葉沒(méi)有變形、磕損，排除螺旋槳槳葉變形產(chǎn)生的振動(dòng)。

檢查升降油缸底部與不銹鋼軸套導(dǎo)向套間隙，符合要求，排除升降油缸底部與不銹鋼缸套間隙過(guò)大、推力作用區(qū)域不穩(wěn)定而誘發(fā)的振動(dòng)。

自視彈性聯(lián)軸器的彈性元件（梅花形）外觀，無(wú)破損、老化開(kāi)裂等明顯缺陷。檢查電機(jī)與電機(jī)支架連接的隔振器（聚氨酯材料），沒(méi)有損傷。排除這兩處彈性零件破損引起的異常振動(dòng)。

4.3確定故障的原因

依據(jù)拆檢情況及原因分析，故障原因可明確：

1）直接原因是：中間傳動(dòng)軸組件聯(lián)軸器螺釘銷(xiāo)在安裝過(guò)程中剪斷，外圈失去軸向定位，聯(lián)軸器外圈和下聯(lián)軸器內(nèi)圈的花鍵齒無(wú)法正常嚙合，花鍵齒相互碰撞切削、磨損，誘發(fā)強(qiáng)烈振動(dòng)；中間傳動(dòng)軸組件下部失去徑向支撐，中間傳動(dòng)軸組件高速圓錐轉(zhuǎn)動(dòng)，離心力激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)；

2）根本原因是：安裝右輔推裝置過(guò)程中，裝配人員耐心不足，下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉(zhuǎn)組件時(shí)，沒(méi)有將花鍵齒凹凸面良好嵌入，下齒輪箱組件吊裝拉力剪斷聯(lián)軸器外圈兩處螺釘銷(xiāo)，使聯(lián)軸器外圈失去軸向定位。

5 故障處理措施

5.1組裝新的中間傳動(dòng)軸組件

利用設(shè)備廠原有的備件零件：中間傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器外圈、螺釘銷(xiāo)以及沒(méi)有受損的聯(lián)軸器內(nèi)圈，組裝新的中間傳動(dòng)軸組件，該組件跳動(dòng)量滿(mǎn)足圖紙要求。

5.2復(fù)裝下齒輪箱組件和臺(tái)架試驗(yàn)

更換新的下聯(lián)軸器內(nèi)圈、圓錐滾子軸承和推力軸承，復(fù)裝驅(qū)動(dòng)軸組件。臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證復(fù)裝后下齒輪箱組件功能，功能正常。

5.3制定下齒輪箱組件與升降回轉(zhuǎn)組件裝配工藝

下齒輪箱組件與升降回轉(zhuǎn)組件裝配工藝要求較高，耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì)人員技能要求高，應(yīng)選派有經(jīng)驗(yàn)的吊裝、組裝人員；制定裝配工藝如下：

1）裝配準(zhǔn)備：準(zhǔn)備吊具，導(dǎo)管上兩個(gè)吊環(huán)掛吊鉤和下齒輪箱體及導(dǎo)流帽穿吊帶方式起吊；

2）對(duì)中：將下齒輪箱組件逐步上拉，下齒輪箱箱體上平面接近轉(zhuǎn)舵管下平面 ，穿兩個(gè)螺栓，初步對(duì)中；小幅度調(diào)整下齒輪箱組件位置上拉，完成對(duì)中；

3）內(nèi)外花鍵齒凹凸面嵌入：（1）需要較長(zhǎng)時(shí)間細(xì)心、耐心操作，確保花鍵齒凹凸面初起相互良好嵌入；（2）緩慢上拉下齒輪箱組件，邊盤(pán)動(dòng)中間傳動(dòng)軸組件，邊感覺(jué)聯(lián)軸器外圈和下聯(lián)軸器內(nèi)圈花鍵齒嚙合前后，盤(pán)動(dòng)中間傳動(dòng)軸組件的力度應(yīng)有明顯變化，并以此為裝配判斷準(zhǔn)則，密切觀察螺旋槳跟轉(zhuǎn)情況；（3）采取兩位有經(jīng)驗(yàn)的人員分別檢查，減少單人判斷失誤；

4）最終上拉下齒輪箱組件使下齒輪箱箱體上平面與轉(zhuǎn)舵管下平面貼合，擰緊連接螺栓。

5.4試驗(yàn)驗(yàn)證

右首輔推裝置在塢內(nèi)嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行復(fù)裝后開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證：1）系泊試驗(yàn)：系泊試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有再出現(xiàn)異常振動(dòng)，主要功能、性能指標(biāo)等符合規(guī)定的使用要求；2）航行試驗(yàn)：航行試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有再出現(xiàn)異常振動(dòng)，主要功能、性能指標(biāo)等符合規(guī)定的使用要求。

5.5糾正措施

1）為避免同類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，后續(xù)應(yīng)采取以下措施：加強(qiáng)人員培訓(xùn)，配置相關(guān)設(shè)備熟練操作人員；2）裝配調(diào)試采用雙人檢查確認(rèn)；3）探索量化安裝工藝。

6 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，右輔推裝置振動(dòng)得到解決，故障排除，右首輔推裝置經(jīng)整改后，滿(mǎn)足使用和技術(shù)要求。復(fù)雜設(shè)備裝配、調(diào)試，施工人員的技能和耐心細(xì)致十分重要。一個(gè)小環(huán)節(jié)的疏忽，都可能造成船舶操縱性能部分缺失，影響船舶安全性。

參考文獻(xiàn)

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