某船液压锚机速度无中档处理方法

轮机长：户士丰

船舶锚机是收放锚和锚链的机械，升起绞盘（即爪型离合脱开）用作绞缆之用。锚机作为船舶的主要设备，影响到船舶停泊可靠性和防风的能力，锚机的完好是航行试验的必备条件。

如果锚机的速度没有中速的过渡，来回直接切换最低速和最高速，会使液压锚机的液压系统产生液压冲击，锚机的操控性降低，有引发事故的风险。

1 故障现象

某船锚机进行系泊试验，锚机在锚链工况运行，启动单泵/双泵各进行抛锚、收锚、放锚的过程中均无异常现象，此过程中进行的刹车试验正常。锚机在系缆工况运行 （空载试验），运行 2 台主油泵，操作操控台按钮和手柄进行系空缆运行时，发现锚机收缆、放缆方向都只有最低速 （3.5r/min） 和最高速(18 r/min)，没有中间速度。锚机系空缆运行时主油压为 7 MPa，控制压力为 3.5MPa，回油背压 1 MPa，液压系统油压正常。电气部分电流、电压正常，锚机运行程序动作正确（开关、电磁阀和行程开关动作正确）。锚机机械执行部分运行没有异响。锚机运行时进行测振，由于锚机转速较低，只监测了油泵电机的振动数据，振动烈度为 0.45～0.90 mm/s，此锚机油泵与电机的连接为弹性连接，功率约为 30 kW，其振动烈度处于A级 （优良工作状态）。

2 故障分析

2.1 结构分析

锚机的结构组成包含电气系统、机械执行装置、液压系统。

1） 电气部分电流、电压正常，开关、电磁阀、行程开关等电气元件动作正确，锚机运行程序（液控抛锚、收锚、放锚、系缆等动作） 正确。

2） 锚机液压执行器为新采购的径向柱塞式液压执行器，液压执行器的配油正常，工作平稳。锚机减速齿轮箱、系缆盘、锚链轮、主轴及其轴承都进行拆修并报检合格后按工艺进行了回装，其运行无异常响声、振动、发热。

3） 液压系统的主油泵、辅油泵、单向阀、溢流阀、换向阀都进行了拆修，并按工艺进行了回装，操控台的减压阀式伺服先导阀、梭阀进行了更换，液压元件完好。

2.2 原理分析

1） 锚机液压原理。锚机的结构没有发现问题，现需分析其原理，从原理中找出故障问题的原因。锚机的液压原理图如图1所示，图1中数字为4个减压阀。

此锚采用液压锚机，在操控台操作手柄控制减压阀式伺服先导阀输出相应比例的控制油压，使2台变量泵的斜盘发生变化，进而使泵的输出流量发生变化，配合电磁换向阀进行换向，使液压执行器以不同速度及方向进行运转，齿轮箱进一步减速并连接绞缆盘、锚链轮，使其输出动力。

3 故障分析原因及处理

（1）原系统没有 X 口压力的示压压力表，在 主泵液压控制管路上安装临时压力表。试验时发现，当 X 口控制压力为 1～3.5 MPa 时，单泵绞盘直接从应急速度 3.5 r/min 转为最高转速 9 r/min， 双泵绞盘直接从应急速度 7 r/min 转为最高转速 18 r/min。锚机随着 X 口控制压力升高，速度变化不明显（肉眼观察也无变化）。锚机操控台手柄推到最大（控制压力至 3.5 MPa）其转速也无明显变化，操作手柄降低控制压力，速度没有明显减低。目前锚机的速度只有最低速度和最高速度，没有其他速度。控制压力表显示控制压力可以随着操作手柄的角度增减而增减，但锚机的转速没有随着明显变化。

（2） 分析上述情况及锚机的液压原理，可以判断此问题为柱塞泵的斜盘控制压力与柱塞泵的斜盘机构特性不匹配导致。操作台手柄的位置、 减压阀式伺服先导阀输出的控制压力及柱塞泵斜盘机构的平衡特性，这三者要协调一致，控制操作台手柄使锚机输出相应位置的速度。

（3） 随着操作台手柄的摆动，减压阀式伺服先导阀实际输出的控制油压为1～3.5 MPa，由减压阀式伺服先导阀的减压弹簧控制。由于斜盘特性调节螺杆调节力 F4 小，需要的控制油压较小，就 会出现 1 MPa 的控制压力可使动力活塞向上移动，通过弹簧使斜盘机构控制阀芯向上减少P口（控制 压力 3.5 MPa和系统压力，通过单向阀取大值）与 A口（动力活塞大端的油压）的流通，使动力活塞的大端的油压减少，直到维持力平衡（F3+F2=F1+F4），动力活塞的移动行程已到达上限位螺丝，此时柱塞泵的输出流量从下限位螺丝维持的应急速度流量直接变到最大流量，出现没有中间速度的现象。

（4） 通过调节斜盘特性调节螺杆向上移动，使调节力F4增大，直至 1 MPa 的控制压力使动力活塞刚好不移动就可以使控制阀芯减小P口与A口 的连通 ，使动力活塞维持力平衡（F3+F2=F1+ F4）。

如操作手柄输出大于 1 MPa 的控制压力时，随着控制压力的增大，动力活塞为了维持力平衡，向上移动，使柱塞泵斜盘倾斜，柱塞泵输出流量增大，锚机绞盘的速度增加，实现操作手柄控制锚机速度在低速、中速、高速。

（5） 虽然通过上述调节斜盘特性调节螺杆恢复锚机有低速、中速、高速，但锚机绞盘处于中速位置时，柱塞泵会出现压力不稳定，以及类似游动的异常响声。

分析柱塞泵斜盘机构，发现调节螺杆向上后使调节阀芯向上移动，A口上端处于回油T与工作油P之间。F4力增大，动力活塞需向上的移动量减少，即 F1力不需太大，需要到达动力活塞大端的油压较小，A口上端在回油 T与工作 油P之间来回移动，即动力控制阀芯上下移动，使 动力活塞不断上下移动和寻找平衡，即导致柱塞泵的压力不稳定同时有类似游动的异常响声。

在低速和高速时，斜盘机构动力活塞都处于极限位置，动力活塞分别到达下限位螺丝和上限位螺丝，柱塞泵没有出现游动异常现象。

（6） 为保证柱塞泵输出排量至少有 3 个档位， 同时锚机绞盘中速时不出现游动现象，需将斜盘特性调节螺杆向下调节，同时减压阀式伺服先导阀的输出控制油压要减少，使最低控制油压1 MPa较少。此最低控制油压由减压阀式伺服先导阀的减压弹簧控制，由于减压弹簧固定在弹簧座上，弹簧的安装高度不会变化，调整减压弹簧自由高度，即调整了减压弹簧的初始压缩量。原有减压弹簧的压缩量对应的最低控制油压为1 MPa，将原减压弹簧加工（磨短）至安装高度H，即减压弹簧的压缩量几乎为0，减压阀式伺服先导阀输出的最低控制油压为 0，其输出的控制油压为 0～3.5 MPa （原输出控制油压为1～3.5 MPa）。锚机控制手柄逐渐摆动，减压阀式伺服先导阀的输出控制油压逐渐增多，斜盘特性调节螺杆向下调节，柱塞泵的输出排量逐渐增多，实现锚机绞盘低速、中速、高速运转。

（7） 控制油压约为2 MPa时，锚机绞盘的转速已经是最高，需限制操作手柄的最大行程。将操作手柄的卡位调紧，使手柄的行程限制在卡位上，控制油压控制在 0～2 MPa，使锚机操作时不会感觉到多余的空位，锚机绞盘转速成比例的输出，更有利于操作的准确性和可靠性。

（8） 回装中间轴承底座，在中间轴前后法兰的位置各装2个临时支撑和千斤顶用来调整，然后将中间轴按照进舱路径倒运回机舱，并根据拆除前做的标记放置到原位，在对称位置各用4根假钉固定中间轴前后法兰。

（9） 将前后油封组件分别与艉轴管前法兰和桨毂前端面连接好，用新装的艉轴管润滑系统向艉轴管加润滑油，加满后打开油封壳上的塞子以 确认是否有漏油，确认完毕后将新做的防绳罩焊到艉轴毂的后端。

（10） 回装外板工艺孔出坞，将船舶吃水调整 至螺旋桨全浸没状态，使用盘车机盘车以确认中间轴的跳动量。当中间轴的跳动量符合对中要求后，测量法兰的开口偏移值在允许范围内，将全部轴钉安装好。

如果有换新的轴钉和需要镗孔的轴钉孔，此时已具备加工条件，应按照图纸要求的配合间隙进行加工。

（11） 在之前做中间轴承负荷试验的位置，施加一个与原先中间轴承负荷相同的力用来模拟中间轴承。使用顶升法确认中间轴承的负荷量，测量中间轴承底座到底座支撑的高度用来制作底座的垫块。

（12） 前艉轴承和中间轴承分别按照 0°、90°、 180°、270°方向进行负荷试验，主机 1# ～3# 主轴承分别按照0°、90°、90°进行负荷试验，测量主机曲轴拐档差。将所有数据与第一次数据进行比对，如果负荷和拐档差有较大偏差，需要再次使用顶升法来调整中间轴承的负荷以达到轴系各个部位的原始状态。

4 结束语

锚机操作手柄摆动，使减压阀式伺服先导阀成比例输出控制压力到达柱塞泵斜盘机构，使其倾斜，进而成比例输出排量。操作手柄、减压阀式伺服先导阀、斜盘机构要协调一致， 调节减压阀式伺服先导阀的减压弹簧输出正确的控制压力到达柱塞泵斜盘，通过斜盘机构特性调节螺杆调整控制油压与柱塞泵输出流量的特性。减压阀式伺服先导阀为新购件，其与旧件的型号结构一样，反映出原设备阀件的配型不合理，设计存在缺陷。排除故障时，需了解清楚设备的结构和原理才能有效制定处理措施。船舶修理过程中存在一些需要完善和改进的设备，要做好资料收集，熟悉实际结构与原理图的差异，制定合理的故障处理措施，并严格按措施方案执行，将故障排除。                                                                    

华洋海事中心有限公司 轮机长：户士丰