導讀

　　船舶錨機是收放錨和錨鏈的機械，升起絞盤(即爪型離合脫開) 用作絞纜之用。

　　錨機作為船舶的主要設備，影響到船舶停泊可靠性和防風的能力，錨機的完好是航行試驗的必備條件。

　　如果錨機的速度沒有中速的過渡，來回直接切換最低速和最高速，會使液壓錨機的液壓系統(tǒng)產生液壓沖擊，錨機的操控性降低，有引發(fā)事故的風險。

　　一、故障現象

　　某船錨機進行系泊試驗，錨機在錨鏈工況運行，啟動單泵/雙泵各進行拋錨、收錨、放錨的過程中均無異?，F象，此過程中進行的剎車試驗正常。

　　錨機在系纜工況運行 (空載試驗)，運行 2 臺主油泵，操作操控臺按鈕和手柄進行系空纜運行時，發(fā)現錨機收纜、放纜方向都只有最低速(3.5r/min) 和最高速(18 r/min)，沒有中間速度。

　　錨機系空纜運行時主油壓為 7 MPa，控制壓力為 3.5MPa，回油背壓 1 MPa，液壓系統(tǒng)油壓正常。

　　電氣部分電流、電壓正常，錨機運行程序動作正確(開關、電磁閥和行程開關動作正確)。

　　錨機機械執(zhí)行部分運行沒有異響。

　　錨機運行時進行測振，由于錨機轉速較低，只監(jiān)測了油泵電機的振動數據，振動烈度為 0.45～0.90 mm/s，此錨機油泵與電機的連接為彈性連接，功率約為30 kW，其振動烈度處于A級 (優(yōu)良工作狀態(tài))。

　　二、故障分析

　　1、結構分析

　　錨機的結構組成包含電氣系統(tǒng)、機械執(zhí)行裝置、液壓系統(tǒng)。

　　1) 電氣部分電流、電壓正常，開關、電磁閥、行程開關等電氣元件動作正確，錨機運行程序 (液控拋錨、收錨、放錨、系纜等動作) 正確。

　　2) 錨機液壓執(zhí)行器為新采購的徑向柱塞式液壓執(zhí)行器，液壓執(zhí)行器的配油正常，工作平穩(wěn)。

　　錨機減速齒輪箱、系纜盤、錨鏈輪、主軸及其軸承都進行拆修并報檢合格后按工藝進行了回裝，其運行無異常響聲、振動、發(fā)熱。

　　3) 液壓系統(tǒng)的主油泵、輔油泵、單向閥、溢流閥、換向閥都進行了拆修，并按工藝進行了回裝，操控臺的減壓閥式伺服先導閥、梭閥進行了更換，液壓元件完好。

　　2、原理分析

　　1) 錨機液壓原理。

　　錨機的結構沒有發(fā)現問題，現需分析其原理，從原理中找出故障問題的原因。

　　錨機的液壓原理圖如圖1所示，圖1中數字為4個減壓閥。

　　▲圖1 錨機液壓原理

　　此錨采用液壓錨機，在操控臺操作手柄控制減壓閥式伺服先導閥輸出相應比例的控制油壓，使 2 臺變量泵的斜盤發(fā)生變化，進而使泵的輸出流量發(fā)生變化，配合電磁換向閥進行換向，使液壓執(zhí)行器以不同速度及方向進行運轉，齒輪箱進一步減速并連接絞纜盤、錨鏈輪，使其輸出動力。

　　從原理看錨機的正常速度變化過程。

　　(1) 通過操作錨機操作手柄稍微向前或向后，觸碰到正、反轉行程開關后，使電磁換向閥工作。

　　此時減壓閥式伺服先導閥還沒輸出控制油壓使柱塞泵斜盤發(fā)生傾斜，柱塞泵斜盤此時在相對最低位置，從而實現最低速，此速度可調整斜盤的下限位進行調節(jié)。

　　(2) 繼續(xù)操作錨機操作手柄向前或向后，觸碰到正、反轉行程開關的同時，減壓閥式伺服先導閥的閥芯受壓向下。

　　主油泵控制原理如圖2所示，P 腔連接 a 孔、b 孔、c 孔從而輸出壓力到達 1 口，1口油壓使閥芯向上，a孔被遮蔽直至1口油壓與減壓彈簧的受力平衡，從而使柱塞泵斜盤的控制油壓實現減壓(減壓壓力范圍0.8~2.0 MPa)。

　　▲圖2 主油泵控制原理

　　(3) 1口油壓(0.8~2.0MPa)到達主泵的斜盤機構的 X 口，主油壓 P 與動力活塞大端油腔接通，直至動力活塞上移使斜盤傾斜。

　　同時，壓縮彈簧使主泵斜盤機構閥芯上移直至 X 口小活塞與動力活塞大、小端的受力平衡，F2+F3=F1+F4。

　　X 口壓力越大，受力F3就增大，使F1增大，動力活塞上移同時壓縮彈簧，使 F2+F3=F1+F4，受力繼續(xù)達到平衡。

　　當動力活塞上移到上限位螺絲時，泵的輸出流量最大，執(zhí)行器速度最快。

　　最高速度可擰動上限位螺絲向上移，從而使動力活塞繼續(xù)向上帶動柱塞泵斜盤可以繼續(xù)傾斜，輸出排量更大。

　　(4) 主油泵控制油壓與泵排量的關系如圖3所示，圖 3中，Vg/Vgmax為現排量與最大排量的比值。

　　▲圖3 主油泵控制油壓與泵排量的關系

　　當控制壓力為 2 MPa 時，單臺泵的排量應達到 200L/min (最大排量 Vgmax);

　　控制壓力 0.8 MPa 時，單臺泵排量不小于最大排量的18%。

　　由于錨機有應急操作功能，泵的最低排量由下限位螺絲控制，控制泵的排量約40%。

　　2) 故障分析原因及處理。

　　(1) 原系統(tǒng)沒有 X 口壓力的示壓壓力表，在主泵液壓控制管路上安裝臨時壓力表。

　　試驗時發(fā)現，當 X 口控制壓力為 1～3.5 MPa 時，單泵絞盤直接從應急速度 3.5 r/min 轉為最高轉速 9 r/min，雙泵絞盤直接從應急速度 7 r/min 轉為最高轉速18 r/min。

　　錨機隨著 X 口控制壓力升高，速度變化不明顯 (肉眼觀察也無變化)。

　　錨機操控臺手柄推到最大 (控制壓力至 3.5 MPa) 其轉速也無明顯變化，操作手柄降低控制壓力，速度沒有明顯減低。

　　目前錨機的速度只有最低速度和最高速度，沒有其他速度。

　　控制壓力表顯示控制壓力可以隨著操作手柄的角度增減而增減，但錨機的轉速沒有隨著明顯變化。

　　(2) 分析上述情況及錨機的液壓原理，可以判斷此問題為柱塞泵的斜盤控制壓力與柱塞泵的斜盤機構特性不匹配導致。

　　操作臺手柄的位置、減壓閥式伺服先導閥輸出的控制壓力及柱塞泵斜盤機構的平衡特性，這三者要協(xié)調一致，控制操作臺手柄使錨機輸出相應位置的速度。

　　(3) 隨著操作臺手柄的擺動，減壓閥式伺服先導閥實際輸出的控制油壓為1～3.5 MPa，由減壓閥式伺服先導閥的減壓彈簧控制。

　　由于斜盤特性調節(jié)螺桿調節(jié)力 F4 小，需要的控制油壓較小，就會出現 1 MPa 的控制壓力可使動力活塞向上移動，通過彈簧使斜盤機構控制閥芯向上減少P口 (控制壓力 3.5 MPa和系統(tǒng)壓力，通過單向閥取大值) 與 A口 (動力活塞大端的油壓) 的流通，使動力活塞的大端的油壓減少，直到維持力平衡 (F3+F2=F1+F4)，動力活塞的移動行程已到達上限位螺絲，此時柱塞泵的輸出流量從下限位螺絲維持的應急速度流量直接變到最大流量，出現沒有中間速度的現象。

　　(4) 通過調節(jié)斜盤特性調節(jié)螺桿向上移動，使調節(jié)力 F4 增大，直至 1 MPa 的控制壓力使動力活塞剛好不移動就可以使控制閥芯減小P口與A口的連通，使動力活塞維持力平衡(F3+F2=F1+F4)。

　　如操作手柄輸出大于 1 MPa 的控制壓力時，隨著控制壓力的增大，動力活塞為了維持力平衡，向上移動，使柱塞泵斜盤傾斜，柱塞泵輸出流量增大，錨機絞盤的速度增加，實現操作手柄控制錨機速度在低速、中速、高速。

　　(5) 雖然通過上述調節(jié)斜盤特性調節(jié)螺桿恢復錨機有低速、中速、高速，但錨機絞盤處于中速位置時，柱塞泵會出現壓力不穩(wěn)定，以及類似游動的異常響聲。

　　分析柱塞泵斜盤機構，發(fā)現調節(jié)螺桿向上后使調節(jié)閥芯向上移動，A口上端處于回油T與工作油P之間。

　　F4力增大，動力活塞需向上的移動量減少，即 F1 力不需太大，需要到達動力活塞大端的油壓較小，A口上端在回油 T與工作油P之間來回移動，即動力控制閥芯上下移動，使動力活塞不斷上下移動和尋找平衡，即導致柱塞泵的壓力不穩(wěn)定同時有類似游動的異常響聲。

　　在低速和高速時，斜盤機構動力活塞都處于極限位置，動力活塞分別到達下限位螺絲和上限位螺絲，柱塞泵沒有出現游動異常現象。

　　(6) 為保證柱塞泵輸出排量至少有 3 個檔位，同時錨機絞盤中速時不出現游動現象，需將斜盤特性調節(jié)螺桿向下調節(jié)，同時減壓閥式伺服先導閥的輸出控制油壓要減少，使最低控制油壓1 MPa較少。

　　此最低控制油壓由減壓閥式伺服先導閥的減壓彈簧控制，由于減壓彈簧固定在彈簧座上，彈簧的安裝高度不會變化，調整減壓彈簧自由高度，即調整了減壓彈簧的初始壓縮量。

　　原有減壓彈簧的壓縮量對應的最低控制油壓為1 MPa，將原減壓彈簧加工 (磨短) 至安裝高度H，即減壓彈簧的壓縮量幾乎為0，減壓閥式伺服先導閥輸出的最低控制油壓為 0，其輸出的控制油壓為 0～3.5 MPa(原輸出控制油壓為1～3.5 MPa)。

　　錨機控制手柄逐漸擺動，減壓閥式伺服先導閥的輸出控制油壓逐漸增多，斜盤特性調節(jié)螺桿向下調節(jié)，柱塞泵的輸出排量逐漸增多，實現錨機絞盤低速、中速、高速運轉。

　　(7) 控制油壓約為2 MPa時，錨機絞盤的轉速已經是最高，需限制操作手柄的最大行程。

　　將操作手柄的卡位調緊，使手柄的行程限制在卡位上，控制油壓控制在 0～2 MPa，使錨機操作時不會感覺到多余的空位，錨機絞盤轉速成比例的輸出，更有利于操作的準確性和可靠性。

　　三、結束語

　　錨機操作手柄擺動，使減壓閥式伺服先導閥成比例輸出控制壓力到達柱塞泵斜盤機構，使其傾斜，進而成比例輸出排量。

　　操作手柄、減壓閥式伺服先導閥、斜盤機構要協(xié)調一致，調節(jié)減壓閥式伺服先導閥的減壓彈簧輸出正確的控制壓力到達柱塞泵斜盤，通過斜盤機構特性調節(jié)螺桿調整控制油壓與柱塞泵輸出流量的特性。

　　減壓閥式伺服先導閥為新購件，其與舊件的型號結構一樣，反映出原設備閥件的配型不合理，設計存在缺陷。

　　排除故障時，需了解清楚設備的結構和原理才能有效制定處理措施。

　　船舶修理過程中存在一些需要完善和改進的設備，要做好資料收集，熟悉實際結構與原理圖的差異，制定合理的故障處理措施，并嚴格按措施方案執(zhí)行，將故障排除。

　　原創(chuàng)作者系：

　　海濱船廠 黃成長