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发表于 2008-8-1 16:16:53
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来自： 中国江苏苏州
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船用液压马达系统具有结构简单、低速性能良好、
; Y6 n! A# Z0 f# J* ]9 N抗冲击、工作可靠等特点，被广泛用于船舶的绞缆(锚)- b# `; X( `. |, b( i8 S
机上。但宁波港轮驳公司3088 kW 拖轮上所采用的液
0 r1 U$ S1 O9 ^9 E; M9 M" [. O9 n% `压绞缆机系统，自1996年以来已出现5次液压马达壳7 v: h# j6 w" o0 z
体破裂事故，类似事故在其他港口中也有发生。为防
! s4 X9 R; N/ q& @& D* |, l4 y止此类事故的再发生，向使用单位和制造商提供有关
. ~* Q) V# X- d5 b9 j- o6 E情况，本文就我们在使用过程中，液压马达壳体破损的) P$ G0 U+ m! _3 b
情况和原因作简要的分析，并提出相应的预防措施。0 M. ]' F( f! q% Z- Q
2 事故基本情况+ I9 I' L& I ^, h2 v) o
宁波港轮驳公司3O88 kW大马力拖轮的液压绞缆机/ q1 P0 g2 b* U: y4 e
系统采用的马达型号为MPd-／-750，在拖轮助泊作业过程+ J Y: }: i& `: V3 t# }; [
中，出现绞缆机液压马达壳体破裂，主要有3种情况：
8 [3 F2 f3 D: O1 G1)放缆过程 宁波港大马力拖轮在助泊作业过# S* L% s0 o$ N$ u8 }/ U
程中，采用的是顶推联合作业。在助泊过程中，主缆始
+ k" t4 {, F/ S6 Z8 f& g终系在被助泊的大轮上。顶推时，主缆回收；拖离时，& i& |3 P& w3 X% E/ p; T' _. I: W
拖轮倒车，绞缆机放缆，放到一定长度时，开始拖离作# k0 O: y& x( o6 s2 W& p( w
业。这样，每次助泊作业过程中，绞缆机平均需1O次( [- y4 U, A! s, a0 W5 c0 _
左右收、放缆作业。如需从顶推紧急换成拖离时，拖轮
( R; ~5 k0 R% y8 J9 {迅速倒车，绞缆机快速放缆，当拖轮倒车航速高于绞缆
& t# @0 F2 T. q% Z [机放缆速度时，绞缆机液压马达出现壳体破裂。( w8 z. \( P" b' T- R) C7 Q
2)刹车打滑拖轮在拖离作业时，放出拖缆．绞; f; D" Z# o+ H) Y5 a# t
缆机处于刹车状态，在风浪较大时，因风浪影响，主缆2 @+ U5 a% @% ?2 O" \* `: S( ^. ]
受到船体晃动的冲击力或作顶推时拖缆系在大轮上放
. F" ]* j0 b: M8 T出的缓冲长度小于浪高，在波谷时拖缆受船体重量的2 [6 N( Z: |& i& [0 [+ N# B
影响，使缆绳受力大于刹车力，绞缆机刹车打滑，造成8 u: O: i+ }) e+ `; a: `6 h) Q
液压马达壳体破裂。7 T! q* n/ b, r
3)刹车失灵采用液压刹车的绞缆机，当在拖离1 }8 U% X' U$ y) a8 o
作业时，刹车系统故障或液压泵突然停泵，刹车不能自
( M% d- N) k# n1 N5 C' q锁而失灵，使主缆的作用力直接作用在马达上，造成马
$ U, I) T- e& M( H" r达壳体破裂。
) T" _; O. Z3 ~' e3 C3 壳体破裂现象' M7 n7 I! g- R$ M; i4 m6 K- j. h
从5次液压马达壳体破损现象看，破裂的部位和
4 s' Y t+ _1 X7 V. }" t) ?形状有一定的规律。从液压马达5次壳体破裂所分布) T! x: ?; R1 R
的缸号来看，3次出现在第4缸(见图1)，2次出现在第
. H. P' {; b/ }2 z1缸。如以绞缆机放缆为基准，液压马达为B管进油，
6 }+ H2 ?. F( h3 W, ]$ R7 vA管排油时，不管是放缆过程中还是刹车打滑和刹车' v- f X# E7 g3 t& ?
失灵后出现的壳体破裂，都在第4缸。如A、B管相$ E" v, v. M6 o5 |
反，则壳体破裂在第1缸。
3 L3 V% v+ }1 |9 J6 ?从壳体破裂的形状看，5次破裂形状相同，裂纹都9 ?2 I: X% \* n* I: p* Y
出现在缸体油道进口处，以油道进口处为中心向外分
6 Q2 t! R* |) N布，只是裂纹的长度和数量不同。8 ?. w4 Z! I+ i" W& \, `
收液压马达破裂后，经拆检，除壳体裂纹外，缸盖、活/ \2 d" z8 m$ f( j
塞件、传动件都正常。系统中的管系、安全阀、操纵阀
+ F4 O6 @: }7 R3 ^8 W% ~+ k9 k+ e有轻微异常，其他正常，只要更换马达的壳体，系统即
& z$ y$ n1 z! G( ?恢复正常
) C" W' r1 U, K) r) O5 x4 原因分析! L7 {1 p8 w% i2 q" I% I/ i
从液压马达壳体破裂情况分析，都存在外力大于
, W5 k! Z/ N8 T$ R! d! D- _5 l马达输出力，使马达出现泵工况。综合壳体破裂的现& ~' c) g/ _$ l
象分析，主要原因为：
, ]& P% R! Z- k1)在放缆过程中，拖轮倒车航速高于绞缆机放缆速
a$ L1 }" A {8 g: x9 A度，绞缆机外力大于马达输出力，使马达处于泵工作状. _# b: R8 b. F6 v; a+ k
态。从5次壳体破裂情况看，绞缆机放缆的速度都相对
6 d+ l; @; m, T$ Y/ b较低，实际使用时高速挡在20—50 m／min之间，而拖轮正: p* N% k5 I% p) v8 g; d$ B6 p7 p
常作业时，主机以最低稳定转速(4OO r／ n)带主缆倒航，
# X! p3 P, d/ o1 S9 I; p$ z8 k0 ~5 E( E1 h从0到50m时，航速即可达3～4节(93—12oⅡl／Ⅱ曲)。通# R( `3 Q7 V0 u: e- v
常作业时，放缆长度在50～1(1om之间。所以，在助泊作
% {9 X$ j! g6 O% R9 ~业时，从顶推紧急转至拖离时，拖轮的倒车航速控制不0 I. Z4 J, G" z) y W
好，最后就会出现拖轮拖动绞缆机以90～120 m／rr,in的速6 F: {- s. r' H0 |
度放缆，使绞缆机液压马达处于泵状态，对应所需吸收流
! Z* T/ h5 D4 O `$ ^5 X. a, |( s量为110～140 L／nfin。而液压系统中液压泵输出流量不- |$ e: i% G/ n( h& i
够，使系统出现真空状态。根据气液两相流理论，当真空
) i: E; I# m7 [8 Y5 O" R) f* t状态达到一定值时，系统液压油会释放空气 因放缆时，' Y5 P; A! K' f1 l- j6 F
通常B管进油，A管排油，马达各缸工作次序为1—2一/ Y5 t! b L# O7 V0 c2 p4 ~0 `
卜_4—5循环，这样会使系统中处于最高位置的第4缸最
, ?; E; E' w: h先出现气液两相流，在第4缸活塞下行时，缸内油道进口& z8 ^, Z" Z, A
处出现大气团，循环到恬塞上行时，气团迅速破裂爆炸，7 ~% D4 |9 n1 B' n4 K @
产生高压，造成马达缸体以油道进口处为中心的破裂裂
# Z& n* e' S6 O8 U. M8 ^8 ?纹。如A、B管接^相反，则破裂出现在马达的第l缸上，% _( }8 ?) A3 w+ ?
成因相同。但可排除马达超速的可能，因该液压马达的9 E. L4 M4 ^) C' \' R4 T0 {
转速范围为1—400 r／mln，对应马达在400 r／n'fin时，放缆
* {7 h j3 a& J4 N* [0 |: j1 |速度为150 m／rain，航速要高于6节 而拖轮在带缆倒车1 s3 y1 Y( r$ E; v$ q. j
时(主机转速400—450 r／nfin)，难以达到这一速度，所以完 F: [! ]2 |; I: C2 M, h; u
全可排除超速损坏的可能性
# M5 |& M4 t) j, G5 n2 H! c2)刹车打滑和失灵时，出现的液压马达壳体破
3 Z9 L' b) j/ Y& Z裂，主要出现在投有补液的液压系统中。绞缆机刹车
G/ _& N; ?) R1 |时．操纵阀联锁关闭，系统不向马达供油，当刹车打滑- t" R# M% l8 q0 R9 l2 b
时．主缆滑出，带动马达向放缆方向转动成泵状态，A1 G# x' U+ E1 k% H7 ]7 O8 J
管排油经安全阀通过B管进油。通常液压马达的容
( w5 }3 _* Y4 S2 Z积效率为90％ ～95％，在循环过程中，有近10％的液! C2 v4 `3 Z( O+ `' X% V' ^5 D
压油进人马达低压油腔，经低压管系回到油箱，使系统
+ U( h2 ]6 G& u' E2 ~油量不断减少，产生真空。同样，在相对位置最高的第
& m6 G* z2 f2 X! j4缸最先出现气液两相流，造成马达壳体破裂。如A、
5 s3 c+ X8 E0 ]) X( V2 NB管接人相反，则破裂出现在第l缸。
0 }1 m+ C( `, t4 p5 预防措施/ s: O4 n K+ G9 T
从造成液压马达壳体破裂事故的原因来看，是由
# J% Z' m8 b0 L于液压马达处于泵工作状态时，造成系统真空所 l起
( H H5 ]- `6 p' M的。要防止液压马达壳体破裂，必须防止系统真空的# ~6 n. H3 Q( f/ v% d1 P: o0 F
出现，主要措施有：
# ]4 U% g5 F: B. E1)在作业时，要防止拖轮高速倒车，使拖轮的倒车8 y. y; I5 t: [% w1 b
航速与绞缆机的放缆速度相同；在大风浪顶推作业时，8 [, h# h+ b) ^" R- X
要根据浪高，在甲板上放出相应长度的缓冲缆，防止在, V! b$ @( v0 W. E
波谷时，拖轮的船体重力作用在主缆上，造成刹车打滑；
' a7 x8 z6 p/ E2 o- \3 ]在拖离时，适当放长拖缆，长度应在70 m以上，防止受
3 N& o5 \$ d; w8 t, T风浪影响，主缆受冲击力大于刹车力，造成刹车打滑。# [4 w3 W' y1 D2 ]" Z q/ i
必要时主缆在缆桩上挽一道或人工脱开离合器。% b6 z/ Y) d! I/ e9 x ]
2)在设计绞缆机液压系统时：① 应充分考虑到实( ^' r `1 l9 w4 r/ B" R
际作业中对快速放缆的需要。从马达本身性能和绞缆: [$ X4 U; r- E, V, u; N. e/ F# H
机装船尺寸来看，放缆速度可达到150 m／nfin，可以满) ]# J* n8 X1 f4 J% H
足紧急放缆的要求。关键是液压泵的输出量，在设计
) S4 e( i& O- s0 M! l& `时要保证马达全速时的供油，选用变量泵，最大排量在
9 s8 S# ?5 y* o' _1．50 L／min左右；② 要增加能快速单向补油的补油系* A; d8 K* ^. x. f! A6 I. O: F" l
统，补油管要接到马达放缆时的进油管上，补油量要大: J2 ^/ B7 O* X4 ]3 m
于马达最大可能的泵油量，防止马达出现泵状态，使系7 h4 j% U9 _& C" U1 e% M" X% Z
统出现真空；③ 安全阀的安装位置尽量靠近马达；④ 绞 z2 u7 _7 b1 a2 P) C6 J
缆机的离合器能遥控方便地离合，使放缆时，在控制台& \! y+ X: {& D2 U: v# \; w
操纵离合器脱开，可以自由放缆，马达不受影响；刹车
/ }3 c5 U9 Q: [. C时+脱开离合器，即使刹车打滑，马达也不受外力影响， q! v& a9 p9 e" L+ b, r1 h
或采用单向输出离合器，防止外力反输到马达上；⑤ 刹
1 V" Z$ u9 }5 t; H8 e$ f: T车系统采用弹簧液压刹车，即使遇刹车系统故障或液% B. N: z; \0 n; K
压泵突然停泵，刹车能自锁。
) J. p' ^' u, c上述提出的只是基于现有系统条件下，通过操纵和% S9 w2 M& p( B9 W4 Q8 _6 c
经少量改造，就能防止此类事故发生的一些措施。以上
5 V% m1 {7 E& @% X9 K, J# e分析结果和措施，得到日本光洋、北川两家绞缆机制造& l: A H/ ~! r
商和国内上海东海船厂液造分厂的认同，日本光洋、北
/ E7 k: Q& B% ^' q川公司已在我们新订购的绞缆机上进行了上述改进，并3 |( J7 D& O( S% N
推广应用。上海东海船厂也按照该方案进行了改造，已4 o0 m4 E9 g, e) `" i
取得良好的效果，有效地防止此类事故的发生。' o' H% o$ T5 V& L2 u
( M0 v5 G$ d) R) v, G0 R7 q: B8 J P[ 本帖最后由 bensonhus 于 2008-8-1 16:41 编辑 ] |
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