(中國船級社 武漢分社,武漢 430022)
拖纜機(jī)按照驅(qū)動方式可分為蒸汽機(jī)拖纜機(jī)、柴油機(jī)拖纜機(jī)、電動拖纜機(jī)和電動液壓拖纜機(jī)等。按照其操作控制方式的不同可以分為自動拖纜機(jī)和非自動拖纜機(jī)[1]。
拖纜機(jī)在進(jìn)行拖帶作業(yè)時(shí),如果海面風(fēng)平浪靜,拖船以一定航速拖帶被拖船按拖船航跡航行,排纜中收到的是恒值拉力;當(dāng)有風(fēng)浪時(shí),拖船與被拖船間將出現(xiàn)相對航速,比如,當(dāng)船在波峰、波谷時(shí),纜繩將被拉緊、放松,此時(shí)纜繩中的拉力將急劇增多、減小。如拖船的艏艉線與纜繩間有較大傾角,則因拖船常比被拖船小,此時(shí)可能使拖船傾斜甚至傾覆,為此要求拖纜機(jī)能自動緩和纜繩中的巨大沖擊力,使其在風(fēng)浪中進(jìn)行拖帶作業(yè)時(shí),能夠在半個(gè)波浪周期內(nèi)放出足夠長的纜繩以緩和劇增的拉力,能在另半個(gè)波浪周期內(nèi)收完前半個(gè)波浪周期放出的纜繩,以防止纜繩松弛。另外,對放出的纜繩長度必須檢測,以保證拖船和被拖船之間的相對距離,同時(shí)可以避免放纜繩過長或收繩過多造成事故。
早期的拖纜機(jī)主要為非自動型,隨著技術(shù)進(jìn)步和用戶要求的不斷提高,現(xiàn)在拖纜機(jī)基本上為自動型拖纜機(jī),通過電控系統(tǒng)對拖纜機(jī)的機(jī)械、液壓和電氣部分進(jìn)行自動控制,安全性和可靠性大大提高,目前,我國生產(chǎn)的大部分拖纜機(jī)主要采用電動液壓驅(qū)動和控制。
2008年6月,江蘇海泰船舶設(shè)備公司為廣東粵新造船股份有限公司建造的起錨供應(yīng)船提供了100 t拖纜機(jī)。目前,該公司已自主研發(fā)、生產(chǎn)了80 t、150 t、200 t系列拖纜機(jī)并已成功交付使用。近期,該公司與挪威一家公司達(dá)成貼牌生產(chǎn)合作協(xié)議,將制造300 t大型拖纜機(jī),用于斯里蘭卡船東訂造的船舶。其卷筒負(fù)載為300 t×6 m/min、動力制動為(60~300) t×(0~35) m/min、支持負(fù)載400 t。
武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司已成功研制了海洋工程船超大型低壓拖纜機(jī)。其設(shè)計(jì)采用閉環(huán)流量張力非線性控制方法,開發(fā)了大型拖纜機(jī)控制系統(tǒng)軟件;在國內(nèi)首次提出了船用拖曳設(shè)備應(yīng)急釋放模糊控制方法,建立了拖纜機(jī)應(yīng)急釋放數(shù)學(xué)模型及動態(tài)制動與張力仿真分析模型,并得到試驗(yàn)及實(shí)船驗(yàn)證;通過控制容錯(cuò)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了拖纜機(jī)信號的集成處理與實(shí)時(shí)監(jiān)控。其250 t拖纜機(jī)成果已在7 400 kW三用工作船上得到應(yīng)用,主要性能指標(biāo)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,對促進(jìn)我國海洋工程船超大型低壓拖纜機(jī)技術(shù)的提升具有重要作用。
其他國內(nèi)船舶機(jī)械生產(chǎn)廠家如華南船舶機(jī)械廠生產(chǎn)過16 t液壓拖纜機(jī),25 t電動拖纜機(jī);南京綠洲機(jī)器廠生產(chǎn)過25、35 t電動液壓拖纜機(jī);無錫江南船舶設(shè)備廠也生產(chǎn)過拖纜機(jī)。
目前,拖纜機(jī)已經(jīng)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展,國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7365規(guī)定了拖纜機(jī)的分類、技術(shù)要求和驗(yàn)收試驗(yàn)等內(nèi)容,國家標(biāo)準(zhǔn)GB11869-2007《遠(yuǎn)洋船用拖曳絞車》參考了該國際標(biāo)準(zhǔn),另外,《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)規(guī)則(海上拖航法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則)》(1999)對船用拖纜機(jī)的相關(guān)內(nèi)容也有具體規(guī)定。
拖纜機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、電控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。某公司生產(chǎn)的250 t電動液壓拖纜機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。
該250 t雙滾筒拖纜機(jī)擬用于某海洋工程支持船上,其驅(qū)動方式為電動-液壓驅(qū)動,采用低速大轉(zhuǎn)矩葉片馬達(dá)作為動力驅(qū)動元件,并具有三檔速度自動切換的功能,以適應(yīng)不同工況下作業(yè)的需要(高速輕載、低速重載)。雙卷筒上下瀑布式布置。上卷筒為拖曳卷筒,下卷筒為起拋錨卷筒。電控系統(tǒng)采用PLC控制器,實(shí)現(xiàn)對拖纜機(jī)的監(jiān)測、控制和保護(hù)功能。該拖纜機(jī)的主要性能參數(shù)見表1。
圖1 250 t拖纜機(jī)的結(jié)構(gòu)
表1 TL-2500型拖纜機(jī)主要性能參數(shù)一覽表
拖纜機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括:卷筒裝置、驅(qū)動系統(tǒng)、排纜系統(tǒng)、剎車裝置、機(jī)座等。
2.1.1 滾筒裝置
卷筒裝置主要由滾筒、低速大齒輪M25Z123、鉸孔螺栓以及標(biāo)準(zhǔn)件組成。滾筒、低速大齒輪M25Z123為鋼結(jié)構(gòu)件形式,滾筒外形尺寸約為直徑2 600 mm、長度4 900 mm,重量17 t,為保證起吊安全性、可靠性,焊接過程中及裝配翻身時(shí)必須使用設(shè)計(jì)吊耳,并采用四點(diǎn)起吊的方式。低速大齒輪M25Z123外形尺寸直徑3 125 mm、長度400 mm,重量4.8 t。其它部件還包括側(cè)板、主軸、壓繩塊、制動輪、軸承端蓋等,卷筒實(shí)現(xiàn)拖曳和起拋錨作用。見圖2。
2.1.2 驅(qū)動部件
驅(qū)動部件主要包括液壓馬達(dá)、液壓馬達(dá)高速小齒輪、驅(qū)動軸、高速大齒輪、離合器小齒輪、離合器等,離合器采用牙嵌離合器,其在操縱時(shí)依靠液壓動力進(jìn)行,驅(qū)動軸通過離合器的分合作用實(shí)現(xiàn)規(guī)范中關(guān)于拖纜機(jī)在制動、拖曳與回收等操作時(shí),能從駕駛室應(yīng)急釋放纜繩[2]。該拖纜機(jī)上下了個(gè)卷筒各配置兩個(gè)液壓馬達(dá),每個(gè)滾筒的液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)成由一組遙控閥組同時(shí)控制,見圖3。液壓馬達(dá)高速小齒輪,通過與高速大齒輪的嚙合帶動驅(qū)動軸的運(yùn)轉(zhuǎn),見圖4。
圖2 拖纜機(jī)滾筒裝置
2.1.3 制動裝置
根據(jù)GB11869-2007《遠(yuǎn)洋船用拖曳絞車》的規(guī)定,拖纜機(jī)制動裝置應(yīng)能對卷筒進(jìn)行制動,它能支持2.5倍最大系柱拉力的負(fù)載,其最小值不應(yīng)小于鋼絲繩的破斷拉力。由于大型拖纜機(jī)的制動力矩很大,因此一般采用帶式制動器作為卷筒的制動裝置,特殊情況下還可以增加一套棘輪止動裝置。該250 t拖纜機(jī)采用帶式剎車帶的制動方式,通過液壓油缸對上下滾筒實(shí)現(xiàn)剎車作用。
圖3 拖纜機(jī)液壓馬達(dá)的操縱形式
圖4 拖纜機(jī)離合器與齒輪的裝配形式
2.1.4 排纜器部件
由于拖纜機(jī)的纜繩很長,為保證纜繩在卷筒上纏繞整齊,需要裝設(shè)排繩裝置,排繩裝置采用雙向螺紋絲桿的形式。主要包括排纜液壓馬達(dá)、支架、鏈輪軸、導(dǎo)向軸、排纜器支架、滑動軸承、水平滾子軸、垂直滾子軸等,用以在拖纜機(jī)收放繩過程中實(shí)現(xiàn)對纜繩的導(dǎo)纜作用。
該拖纜機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由兩套獨(dú)立的主液壓泵站和一套伺服泵站組成,其中每套主液壓泵站包括兩臺型號HPD8-8的液壓泵和兩臺電機(jī)組成,分別獨(dú)立作用于兩套卷筒的液壓馬達(dá)。液壓系統(tǒng)提供的功能主要包括如下內(nèi)容。
1)向主馬達(dá)提供動力并控制主馬達(dá)的旋向和轉(zhuǎn)速;
2)向排纜馬達(dá)提供動力及排纜控制;
3)制動器控制(上閘、松閘)、離合器控制和蓄能器應(yīng)急備用;
4)張力控制和應(yīng)急釋放控制,補(bǔ)油放油功能,斷電保護(hù)和檢測保護(hù)。
電控系統(tǒng)由駕控系統(tǒng)(含控制面板和駕控PLC單元)、觸摸屏、機(jī)旁控制系統(tǒng)(含機(jī)旁控制面板和機(jī)旁I/O單元)、泵站I/O單元、拖纜機(jī)主機(jī)I/O單元、油泵電機(jī)起動器組成。主要用來實(shí)現(xiàn)拖纜機(jī)的控制、監(jiān)測和報(bào)警等功能[7]。
3.1.1 滾筒裝置檢驗(yàn)控制要點(diǎn)
1)對于上滾筒,在裝焊時(shí)要保證軸1、軸2與側(cè)板的同軸度不超過1 mm;筒體與兩側(cè)板及剎車輪緣的同心度小于2 mm;筒體與兩側(cè)板垂直度小于1.5 mm;滾筒兩側(cè)板開檔尺寸的誤差在0~+3 mm之間。焊接成型后要求整體退火,同時(shí)焊縫要進(jìn)行超聲波探傷。該軸承為FAG標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承,其軸承位尺寸控制應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。
2)低速大齒輪焊接前大齒圈必須按工藝要求進(jìn)行預(yù)熱,焊接后要整體退火處理,在加工時(shí)以幅板為粗基準(zhǔn)校正,保證幅板跳動量在 3 mm以內(nèi)。
3)下滾筒除關(guān)注以上要求外,還須注意主軸與K76錨鏈輪和K84錨鏈輪的裝配問題。
3.1.2 驅(qū)動部件檢驗(yàn)控制要點(diǎn)
1)驅(qū)動軸原材料為鍛件,關(guān)注材質(zhì)證書和探傷報(bào)告,調(diào)質(zhì)后按照圖紙要求進(jìn)行性能試驗(yàn),半精車之后先進(jìn)行超聲波探傷,在進(jìn)行精車加工時(shí)注意保證軸承位的同軸度和圓柱度,兩處安裝離合器的方在同一平面上。
2)高速大齒輪的齒圈在焊前采取整體預(yù)熱的方式進(jìn)行預(yù)熱,焊后整體退火處理。齒輪加工時(shí),以幅板為粗基準(zhǔn),保證幅板跳動量在1.5 mm以內(nèi),同時(shí)保證輪轂內(nèi)孔與齒圈外圓的同軸度、內(nèi)孔與基準(zhǔn)面垂直度要求。
3)離合器小齒輪關(guān)注齒輪內(nèi)孔與嚙合圓直徑的同軸度、內(nèi)孔與基準(zhǔn)面垂直度要求。
離合器在加工端面凹槽時(shí)上數(shù)控銑床保證角度93°、87°。內(nèi)孔雙鍵用線切割的方法加工,鍵槽寬度方向留余量0.3 mm,與鍵配磨。
4)高速小齒輪在加工時(shí)應(yīng)注意保證小齒輪內(nèi)孔錐面的角度正確性,滾齒時(shí)與高速大齒輪用同一把刀滾齒,以此保證兩者在裝配之后的良好嚙合。
3.1.3 制動裝置檢驗(yàn)控制要點(diǎn)
剎車帶半徑R誤差范圍為0~2 mm;焊接時(shí)注意2個(gè)耳板焊接變形量要按圖紙的技術(shù)要求控制在0.5 mm以內(nèi);保證在頭部位置與剎車輪緣有約4 mm間隙;連桿在機(jī)加工時(shí)要注意圖紙標(biāo)識的角度尺寸,上、下滾筒的連桿內(nèi)方偏角角度不同;剎車油缸的工作壓力要保證能提供理論要求的剎車力。
機(jī)架外形尺寸7 300 mm×5 400 mm×2 700 mm,焊縫需100%UT探傷,焊后退火去應(yīng)力處理。機(jī)架的軸承座對同軸度要求及尺寸公差要求精度很高,需重點(diǎn)關(guān)注。馬達(dá)安裝面寬約900 mm,距機(jī)架上平面約1 400 mm,需在鏜床上重新校正進(jìn)行加工。
3.2.1 機(jī)架組件
馬達(dá)與高速大齒輪間隙調(diào)整好后,所配孔與機(jī)架立板距離太近,經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)圖紙上存在設(shè)計(jì)影響操作的問題,加上結(jié)構(gòu)件焊接存在變形,無法加工孔或安裝螺栓,后對立板進(jìn)行氧割并打磨才將問題解決。
3.2.2 驅(qū)動部分
離合器桿銷與油缸耳板孔尺寸不相配;離合器控制桿Ⅰ正常操作時(shí)與離合器控制桿Ⅱ中止推塊相干涉;離合器控制桿Ⅰ正常操作時(shí)與滑脂嘴相干涉;由于焊縫的干涉,離合器桿Ⅰ無法裝配在機(jī)架上。以上現(xiàn)象主要原因是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)件焊接存在問題,未考慮離合器桿實(shí)際使用情況。后經(jīng)過車銅套并冷套進(jìn)油缸耳板孔中,保證了裝配間隙;將止推塊長度加工掉25 mm,保證離合器控制桿Ⅰ正常操作;將離合器桿外形尺寸加大及離合器桿銷加長,保證使用時(shí)滑脂嘴均在離合器桿內(nèi)部;將離合器控制桿I裝配孔下移10 mm,避開焊縫位置。
綜合以上問題,建議修改離合器油缸技術(shù)要求,保證與銷裝配尺寸正確,充分考慮結(jié)構(gòu)件裝配誤差及使用情況,修改止推塊及離合器桿Ⅰ圖紙上尺寸及位置。
2013-2017 年,我院ICU需使用萬古霉素進(jìn)行抗感染治療的老年患者共959例,其中行血藥濃度監(jiān)測的有237例(占24.7%)。這237例患者中,男性133例,女性104例;平均年齡(71.2±7.9)歲;均合并腫瘤、心功能不全等疾??;肺部感染98例,血行感染87例,腹腔感染53例,中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染40例(同一患者可能存在多個(gè)部位感染,故合計(jì)值>237);腎功能正常者135例,異常者102例;使用萬古霉素的平均療程為(10.9±7.8)d。
3.2.3 剎車部分
1)剎車帶裝配檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)剎車帶相對剎車輪緣扭曲,最大凸出剎車輪緣約20 mm,將其拆下復(fù)查,發(fā)現(xiàn)其直徑120 mm銷孔平面與帶身平面傾斜約5 mm。該問題屬于焊接質(zhì)量控制不嚴(yán)。要求先將其耳板刨掉,再以銷孔為中心校正重新焊接帶身。
2)連桿本體與耳板焊接角度不對,造成剎車油缸焊接位置與設(shè)計(jì)要求偏差太遠(yuǎn)。先將耳板刨掉,重新下料制作耳板;以連桿本體中心為基準(zhǔn)劃線,重新焊接耳板;最后上鏜床加工耳板孔,后重新裝配,達(dá)到要求。
3.2.4 排纜器組件
在對排纜器裝配檢驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)排纜器的鏈條長度偏長,導(dǎo)致排纜器裝配后鏈條與齒輪罩相碰。后按照圖紙要求重新調(diào)整齒輪,并在排纜器安裝底板上增加墊板,問題得以解決。
3.2.5 主泵裝配
在主泵裝配檢驗(yàn)中,調(diào)整彈性聯(lián)軸節(jié)與泵的同軸度,多次調(diào)整均無法滿足設(shè)計(jì)要求。彈性聯(lián)軸節(jié)與泵同軸度設(shè)計(jì)要求0.10 mm,實(shí)際安裝是先將彈性聯(lián)軸節(jié)裝于泵軸上單鍵連接,接觸面為具有彈性的橡膠面,同軸度的可調(diào)范圍為0.3~0.5 mm,再由8件銷軸固定彈性聯(lián)軸節(jié)和分動箱的機(jī)械脹套。經(jīng)分析得知,設(shè)計(jì)所要求的同軸度為0.10 mm 是針對剛性連接的聯(lián)軸節(jié),而非彈性聯(lián)軸節(jié)。
3.3.1 齒輪嚙合噪聲問題
拖纜機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲過大且嚙合聲音不連續(xù),經(jīng)目測發(fā)現(xiàn)驅(qū)動軸存在徑向偏擺,并且大小齒輪靠近根部還有強(qiáng)接觸痕跡。分析現(xiàn)場試驗(yàn)過程,造成噪音過大的原因可能是驅(qū)動軸存在軸向跳動,齒輪嚙合間隙過小。為此,進(jìn)行如下檢查。
1)檢查驅(qū)動軸Ⅰ及驅(qū)動軸Ⅱ在機(jī)座上的跳動。若跳動過大,可能是安裝軸承的軸向擋圈與軸承內(nèi)圈間隙過大,造成軸承徑向游隙過大,高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承內(nèi)圈相對外圈有左右偏擺(假定軸的同軸度與機(jī)座的同軸度滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求),就需要重新拆裝驅(qū)動軸。具體的操作為:拆除齒輪罩組件Ⅰ,拆下驅(qū)動軸Ⅰ上的軸用擋圈Ⅰ,將百分表座放到橫梁上,表頭放在驅(qū)動軸Ⅰ上,緩慢轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸Ⅰ,檢查軸的外圓跳動,并作詳細(xì)記錄,然后逐步提高轉(zhuǎn)速,看百分表指針讀數(shù)的變化。用同樣的方法對驅(qū)動軸Ⅱ的跳動進(jìn)行檢查。結(jié)果顯示,百分表檢查驅(qū)動軸跳動約為0.08 mm,符合設(shè)計(jì)要求。由此也得知,噪聲問題不是因驅(qū)動軸在基座上的跳動引起。
2)檢查兩對齒輪的間隙。檢查高速小齒輪與高速大齒輪的間隙,將齒輪用油清洗干凈,在齒向1/3及2/3處各壓一條鉛絲,緩慢轉(zhuǎn)動齒輪。檢查每對齒輪的間隙合及相同個(gè)齒的平行度誤差。低速小齒輪與低速大齒輪的間隙檢查同上。結(jié)果顯示,高速小齒輪與高速大齒輪嚙合間隙過小,通過拔掉馬達(dá)和軸承架上定位銷,松開連接螺栓,取出裝配前安放的調(diào)整墊板,將每塊調(diào)整墊板厚度加工去1.5 mm,使齒隙增大約0.5 mm。調(diào)整后重新高速運(yùn)轉(zhuǎn),嚙合噪聲已經(jīng)有很大的改善。用分貝儀在靠近液壓泵處(此處為最大噪聲處)測量,滿足規(guī)范要求。
3.3.2 液壓管路漏油問題
拖纜機(jī)的液壓管路在工作中受到持續(xù)變化的沖擊載荷,是拖纜機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在問題多發(fā)點(diǎn)[3]。拖纜機(jī)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)檢驗(yàn)過程中,伺服泵站液壓管路多次發(fā)生不同程度的漏油,甚至鋼管與管接頭脫節(jié),整個(gè)過程多次發(fā)生這個(gè)問題,主要漏油和脫節(jié)的部位為卡套式接頭與不銹鋼管的聯(lián)接處。
經(jīng)現(xiàn)場分析,拖纜機(jī)伺服系統(tǒng)部分在液壓配管時(shí)選用卡套式接頭,而該公司在以往設(shè)計(jì)常規(guī)船品液壓管路時(shí),鋼管部分大多采用焊接式接頭,缺乏卡套式接頭的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),而該伺服液壓系統(tǒng)的工作壓力為高壓21 MPa,重新采用無縫鋼管焊接連接的方法,并經(jīng)RT探傷合格后重新試驗(yàn),未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。
3.3.3 馬達(dá)同步問題
該拖纜機(jī)是由一組遙控閥組同時(shí)控制兩個(gè)液壓馬達(dá)進(jìn)行操作,兩臺液壓馬達(dá)同時(shí)同步為一個(gè)滾筒提供動力,圖5所示為拖纜機(jī)液壓馬達(dá)布置。
圖5 拖纜機(jī)液壓馬達(dá)布置
將1#、2#馬達(dá)簡稱上滾筒馬達(dá),3#、4#馬達(dá)簡稱下滾筒馬達(dá)。由于兩個(gè)馬達(dá)在加工工藝和裝配工藝等方面存在差異,要求遙控閥組同時(shí)傳遞給兩個(gè)馬達(dá)的壓力具有一定的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和一致性。在初始的試驗(yàn)中,沒有采用如圖3所示的用增加連桿的方式來同步控制馬達(dá),液壓馬達(dá)無法同時(shí)提供滾筒最大力矩,因此試驗(yàn)中無法滿足試驗(yàn)的要求。具體試驗(yàn)過程如下。
1)不安裝手柄連桿時(shí)測量電流與馬達(dá)手柄偏離中位角度,放繩測量曲線,見圖6。此曲線是在反向增加200 mA的電流基礎(chǔ)上進(jìn)行測試的,出口壓力值穩(wěn)定在1.3 MPa。
圖6 拖纜機(jī)液壓馬達(dá)無同步連桿放繩曲線
2)將1#、2#馬達(dá)手柄掛上,并用馬達(dá)連接桿連接起來,重新測試1#、2#馬達(dá),放繩曲線見圖7。
圖7 拖纜機(jī)液壓馬達(dá)有同步連桿放繩曲線
經(jīng)過對兩液壓馬達(dá)采用同步連桿進(jìn)行試驗(yàn)的對比,證明安裝連桿時(shí)手柄隨電流反應(yīng)的靈敏度比不安裝時(shí)高,證明拖纜機(jī)液壓馬達(dá)在如圖3所示的馬達(dá)連桿的作用下的動作才具有更高的同步性。
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