龐宏偉 北海救助局

船用拖纜機(jī)是海上生產(chǎn)作業(yè)必不可少的大型拖帶設(shè)備，應(yīng)用非常廣泛，如：海上大型船舶、平臺的定位與拖帶；為大型石油平臺的拋、起錨服務(wù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，拖纜機(jī)的制造技術(shù)有了長足進(jìn)步，發(fā)生了動力系統(tǒng)由電動到液壓，控制方式由人工化到自動化、智能化的轉(zhuǎn)變，拖帶能力變大，操作更簡便，使用更安全，作業(yè)更高效。但由于使用頻繁、保養(yǎng)不到位、操作不當(dāng)?shù)雀鞣N原因?qū)е峦侠|機(jī)故障，重大事故時有發(fā)生，其中拖纜機(jī)溜纜、抽纜的事故較為常見，造成的后果較嚴(yán)重。筆者以親身接觸到一款新型拖纜機(jī)（型號：HTW-200-200-01）為分析載體，根據(jù)自己的理解和體驗(yàn)，對拖航作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)溜纜或抽纜的現(xiàn)象進(jìn)行分析，詳解原因，與同仁共享。

1.HTW-200-200-01型拖纜機(jī)的系統(tǒng)組成及工作過程

拖纜機(jī)系統(tǒng)由拖纜機(jī)機(jī)械（包括馬達(dá)、卷筒、電磁閥；離合器、剎車、棘輪輔助設(shè)備）、液壓動力單元（型號：EHP-160X2-75-01）、啟動屏、PLC控制屏（CPU、輸入、輸出模塊）、本地操作站（操作桿、按鈕、指示燈、儀表）、遙控操作站（包括操作桿、按鈕、指示燈、儀表等）、觸摸屏等單元組成。

通過操作操作桿，主比例閥得電動作，動力單元液壓泵泵出的壓力油經(jīng)主比例閥進(jìn)入馬達(dá)，以壓力油為動力的馬達(dá)轉(zhuǎn)動，經(jīng)空氣離合器、卷筒離合器和兩級齒輪減速傳動，驅(qū)動儲纜卷筒，實(shí)現(xiàn)纜繩的收放。剎車、棘輪（備用）克服纜繩張力，實(shí)現(xiàn)卷筒的靜態(tài)制動，保持纜繩放出的長度不變；啟動屏實(shí)現(xiàn)泵組的啟動；PLC控制屏接收操作指令和傳感器信號，經(jīng)CPU處理，發(fā)出指令，相應(yīng)的電磁閥線圈通電或失電，電磁閥動作，油路方向或通斷情況發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)程序控制和安全控制；液壓動力單元由主泵、輔泵、油柜等組成，為馬達(dá)和液壓缸提供動力液壓油；本地和遙控操作站具有操作和顯示的作用；觸摸屏可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

2.導(dǎo)致拖纜機(jī)抽纜的可能原因及分析

當(dāng)發(fā)生抽纜事故，查找原因時，應(yīng)主要以拖纜機(jī)制動系統(tǒng)為綱，具體情況，具體分析。拖纜機(jī)制動系統(tǒng)包括機(jī)械制動和液壓制動，剎車帶剎車和棘輪剎車（備用）屬機(jī)械制動，氣動離合器和馬達(dá)內(nèi)部油壓構(gòu)成油液制動。對動態(tài)和靜態(tài)兩種場景下的抽纜情況，分別進(jìn)行原因分析并提出一些建議。

2.1 纜繩收放時，摩擦片式氣動離合器故障

在纜繩收放操作過程中，馬達(dá)通過摩擦片式氣動離合器和齒輪式離合器的傳動驅(qū)動卷筒，兩離合器處于閉合狀態(tài)，若其中一個離合器處于脫開或故障狀態(tài)，卷筒失去油馬達(dá)液壓制動和收放控制，處于失控狀態(tài)，可造成纜繩受拉被抽出。

就結(jié)構(gòu)和工作方式而言，齒輪離合器結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠，容易出問題的是摩擦片式氣動離合器，結(jié)構(gòu)見圖1；其工作原理：內(nèi)充8-10bar壓縮空氣的氣囊8膨脹，推動壓力板7，造成摩擦片4、中間板5、浮動板6相互擠壓，當(dāng)離合器轉(zhuǎn)鼓2受到液壓馬達(dá)的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，強(qiáng)大的壓力使摩擦片4、中間板5、浮動板6之間產(chǎn)生足夠大的靜摩擦力驅(qū)動動力環(huán)12旋轉(zhuǎn)，傳遞動力；壓縮空氣缺失或壓力不足，會造成驅(qū)動摩擦力缺失或減小，離合器呈現(xiàn)脫離或半結(jié)合狀態(tài)，液壓馬達(dá)輸出的控制力或制動力無法正常傳遞，卷筒失去控制，易造成纜繩抽出，半結(jié)合狀態(tài)時，產(chǎn)生滑動摩擦，造成摩擦部件磨損加劇。

圖1 摩擦片式氣動離合器結(jié)構(gòu)圖

維護(hù)使用中注意事項(xiàng)：a確保離合器工作氣源正常（8-10bar），b即使在非工作狀態(tài)下，氣囊8也容易老化，應(yīng)定期更換；c摩擦片屬于干式耐磨型，應(yīng)保持潔凈、干燥、無油水；當(dāng)摩擦片的間隙過大時，應(yīng)更換摩擦片，且釋放彈簧11必須同時換新。

2.2 纜繩收放時，液壓系統(tǒng)故障

壓力油是驅(qū)動卷筒的動力源，壓力油的可靠供應(yīng)是拖纜機(jī)正常工作的前提。收放纜操作過程中，當(dāng)壓力油供應(yīng)異常時，會發(fā)生抽纜事故。

拖帶作業(yè)時，液壓泵和液壓閥件的可靠性是壓力油正常供應(yīng)的保障，兩者相較，液壓閥件故障率較高，據(jù)統(tǒng)計，液控信號管路中閥件故障導(dǎo)致供油失敗的問題時有發(fā)生。

液壓泵供油原理見“拖纜機(jī)液壓泵站局部（供油及反饋信號）系統(tǒng)簡圖2”：在操作主比例閥的初期，10bar的液壓油（補(bǔ)油泵供）經(jīng)馬達(dá)主油路、液控信號管路到達(dá)梭閥5左側(cè)，進(jìn)入梭閥，把閥芯頂向右側(cè)，通過梭閥輸出口，經(jīng)主油泵液控信號管路進(jìn)入定向變量液壓泵組3的伺服變量機(jī)構(gòu)4，此時，定向變量液壓泵組3開始泵出少量液壓油，泵出的油液經(jīng)主比例閥進(jìn)入主油路供應(yīng)馬達(dá)，主油路壓力應(yīng)大于10bar；同時主油路部分油液按照初始路徑進(jìn)入油泵組伺服變量機(jī)構(gòu)4，因現(xiàn)反饋油壓大于10bar的初始油壓，伺服變量機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)幅度增大，定向變量液壓泵組3泵出較大流量的液壓油進(jìn)入馬達(dá)，主油路壓力變大；依次循環(huán)，油泵反饋油壓信號、油泵變量伺服機(jī)構(gòu)油量調(diào)節(jié)幅度、油量輸出、主油路壓力逐漸增大，使得液壓馬達(dá)驅(qū)動卷筒加速轉(zhuǎn)動；當(dāng)拖纜機(jī)負(fù)載（卷筒）與馬達(dá)驅(qū)動力達(dá)到平衡時，主油路壓力和反饋油壓穩(wěn)定，液壓泵伺服變量機(jī)構(gòu)4調(diào)節(jié)幅度保持不變，卷筒開始勻速轉(zhuǎn)動。

圖2 拖纜機(jī)液壓泵站局部（供油及反饋信號）系統(tǒng)簡圖

有此可見，油泵反饋信號油路正常工作相當(dāng)重要，當(dāng)反饋油路上的梭閥5閥芯卡在某位置時，油液流動被阻斷，液壓泵組伺服變量機(jī)構(gòu)4失去液控信號，泵組無油液泵出。

在壓力油供應(yīng)異常和馬達(dá)管路內(nèi)的液壓油完全泄漏的情況下，馬達(dá)失去液壓控制力和制動力，致使卷筒處于失控狀態(tài)，抽纜現(xiàn)象發(fā)生。

維護(hù)使用中注意事項(xiàng)：a保持液壓油潔凈，無外來污染物，保證油液質(zhì)量，以防閥芯卡阻。b液控信號管路梭閥5 要定期試驗(yàn)，檢查工作狀況，必要時，更換；c液控信號管路上控制閥開、關(guān)狀態(tài)要正確，以免控制信號丟失。

第一階段：1998年之前?！缎率称贩ā贰蛾P(guān)于向環(huán)境有意釋放基因飾變生物的指令》等影響深遠(yuǎn)的關(guān)鍵性的法律法規(guī)在這一階段制定出來。因?yàn)闅W盟在很早之前就開始了對轉(zhuǎn)基因進(jìn)行立法，所以歐盟規(guī)制轉(zhuǎn)基因食品安全的基礎(chǔ)牢固，歐盟轉(zhuǎn)基因食品安全監(jiān)管法律法規(guī)才如此完善。

2.3 拖帶航行時，剎車帶剎車系統(tǒng)故障

在拖帶航行過程中，齒輪式離合器脫離，液壓制動被切除，帶式剎車啟動（棘輪剎車很少使用，在此不做討論），卷筒處于帶式剎車的靜止制動狀態(tài)。剎車帶剎車系統(tǒng)故障時，剎車能力會降低，當(dāng)纜繩張力大于剎車制動能力時，會發(fā)生抽纜事故，剎車帶剎車系統(tǒng)工作狀況應(yīng)該得到關(guān)注。

剎車帶剎車機(jī)構(gòu)見圖3，工作過程：剎車油缸1進(jìn)油，活塞桿3下移，連接板4繞固定軸6逆時針轉(zhuǎn)動，連接桿5受到銷軸7的支撐，上移，拽動剎車帶9的自由端，剎車帶把內(nèi)側(cè)的剎車襯套8緊緊地壓在卷筒上，產(chǎn)生阻止卷筒轉(zhuǎn)動的靜摩擦力，摩擦力越大，制動能力越強(qiáng)。

圖3 剎車帶剎車機(jī)構(gòu)

根據(jù)纜繩張力產(chǎn)生的力矩與剎車制動力矩平衡的原理可知：最大剎車制動力矩不變（拖纜機(jī)制造時，最大制動力矩已確定），纜繩張力力臂越大，纜繩的允許張力就越??；出纜點(diǎn)在第一層（最外層）時，出纜點(diǎn)到滾筒中心線距離最大，即力臂最大，纜繩允許的張力最小，此時，如果僅考慮剎車制動能力，而不考慮纜繩破斷力和剎車能力的儲備情況，根據(jù)出廠設(shè)定，纜繩處于第一層時的最大允許張力為350噸，超過這個力，卷筒會沖破剎車制動能力，產(chǎn)生打滑或抽纜現(xiàn)象。為避免此故障發(fā)生，需要保持剎車帶剎車系統(tǒng)的剎車能力即剎車襯套對卷筒的摩擦力足夠大。

根據(jù)摩擦力的定義“摩擦力F=摩擦系數(shù)ε＊正壓力N”可知：卷筒受到的摩擦力F大小與摩擦系數(shù)ε和摩擦接觸面的正壓力N有關(guān)，且分別成正比關(guān)系。

2.3.1 摩擦系數(shù)ε

摩擦系數(shù)ε與摩擦接觸面材料、狀況有關(guān)，因卷筒和剎車襯套材料在拖纜機(jī)制造時就已確定，所以摩擦接觸面狀況是關(guān)注的重點(diǎn)。經(jīng)研究表明：接觸面油、水、灰塵等異物的存在和剎車襯套的嚴(yán)重磨損，都是造成摩擦系數(shù)和摩擦力變小，發(fā)生溜纜或抽纜的原因。

2.3.2 正壓力N

正壓力N是由進(jìn)入剎車油缸1的壓力油對活塞桿3的驅(qū)動力，經(jīng)連接板4和連接桿5傳遞，作用到剎車帶9的自由端產(chǎn)生的，當(dāng)剎車油壓（90-120bar）保持正常，正壓力N才是正常的。剎車油壓的建立和維持是非常重要的，剎車液壓系統(tǒng)工作原理見圖4。

圖4 拖纜機(jī)剎車液壓系統(tǒng)工作原理簡圖

當(dāng)進(jìn)行剎車帶剎車操作時，按下剎車按鈕，PLC輸出信號，合剎電磁線圈4得電，剎車電磁閥1動作，剎車油缸15右側(cè)進(jìn)油，活塞18左移；當(dāng)活塞移動到最左端時，剎車油缸15右側(cè)進(jìn)油壓力升高，當(dāng)壓力升高到120bar時，進(jìn)油管路上壓力開關(guān)9動作，向PLC發(fā)出剎車已完成的開關(guān)量信號，PLC輸出信號，合剎電磁線圈4失電，剎車電磁閥1回中，壓力油供應(yīng)被切斷；液壓鎖10閉鎖剎車油缸15兩側(cè)的油液，維持剎車油缸15右側(cè)的油壓，剎車動作完成，剎車襯套緊緊的壓在滾筒上。

剎車動作完成后，由于液壓油缸、閥件的密封性不能達(dá)到完美的理想狀態(tài)和液壓油具有熱脹冷縮的物理特性，剎車油壓會逐漸降低，正壓力N、剎車力會逐漸變小，當(dāng)剎車力不能平衡纜繩的張力時，溜纜會發(fā)生，甚至可能出現(xiàn)抽纜現(xiàn)象。為防止這種情況的發(fā)生，需要及時補(bǔ)充壓力油，維持剎車油壓在正常的范圍內(nèi)，避免剎車力大幅減小。本型拖纜機(jī)的剎車油壓維持原理：當(dāng)剎車油壓降低到90bar時，壓力開關(guān)9動作，發(fā)送開關(guān)信號給PLC，PLC發(fā)出控制信號，電磁閥7、8同時通電動作，蓄能器13內(nèi)的壓力油（100-130bar）通過管路經(jīng)電磁閥7進(jìn)入剎車油缸15右側(cè)，剎車油缸15左側(cè)少量油液通過管路經(jīng)電磁閥8排出；當(dāng)剎車油壓增大至120bar時，壓力開關(guān)9動作，發(fā)信號至PLC，PLC 發(fā)出信號，電磁閥7、8斷電復(fù)位，剎車油缸恢復(fù)閉鎖狀態(tài)；當(dāng)剎車油壓再次降低至90bar時，重復(fù)以上過程，確保剎車油缸15剎車油壓保持在90-120bar正常范圍內(nèi)。

在剎車操作過程中，只有剎車電磁閥1動作為剎車油缸供油，壓力開關(guān)9的開關(guān)量信號被屏蔽，電磁閥7、8禁止通電動作；當(dāng)剎車油壓達(dá)到120bar,剎車電磁閥1斷電回中，剎車操作結(jié)束，壓力開關(guān)9的信號被激活，能夠控制電磁閥7、8的動作,保持剎車油壓正常（90-120bar）。這種設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是剎車電磁閥1、電磁閥7、8各司其職，避免頻繁、冗余動作。

由上述可知，壓力開關(guān)9故障會使剎車油壓控制失敗，不能保持正常（90-120bar）。當(dāng)油壓過低時，剎車襯套對卷筒摩擦面正壓力N不足，剎車制動力過小，會產(chǎn)生溜纜或抽纜現(xiàn)象。

維護(hù)中注意事項(xiàng)：a定期測試剎車油路壓力開關(guān)9的功能，檢查壓力設(shè)定范圍。

3.結(jié)束語

拖纜機(jī)系統(tǒng)部件組成繁多，控制程序復(fù)雜，且工作環(huán)境惡劣，易發(fā)故障較多。一種故障現(xiàn)象可由多種單一原因造成，也可由多種原因綜合所致，原因查找難度高，工作量大；本文列舉了一種故障現(xiàn)象，分析了多種可能原因，相信還有其他原因有待進(jìn)一步分析、探討。只有不斷地深入學(xué)習(xí)、分析研究和積累經(jīng)驗(yàn)，才能做到科學(xué)地維護(hù)，及時地查找原因，解決問題，避免事故的發(fā)生，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價值。