船用絞纜（錨）機液壓馬達殼體破裂事故分析

1．簡介

    由于液壓馬達系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、低速性能良好、抗沖擊、工作可靠等特點，所以在船舶的絞纜（錨）機上得到廣泛應(yīng)用。近幾年來連續(xù)出現(xiàn)幾次液壓馬達殼體破裂事故，類似事故在其他港口中也有發(fā)生。

2．事故基本情況

    某公司使用在3088 kW拖輪上的液壓絞纜機系統(tǒng)采用的馬達型號為MRH-750，在拖輪助泊作業(yè)過程中，出現(xiàn)絞纜機液壓馬達殼體破裂，主要有以下3種情況。

    (1)剎車打滑出現(xiàn)殼體破裂。拖輪在拖離作業(yè)時，放出拖纜，絞纜機處于剎車狀態(tài)，在風(fēng)浪較大時，因風(fēng)浪影響，主纜受到船體晃動的沖擊力或用做頂推時拖纜系在大輪上放出的緩沖長度小于浪高，在波谷時拖纜受船體重量的影響，使纜繩受力大于剎車力，絞纜機剎車打滑，造成液壓馬達殼體破裂。

    (2)剎車失靈出現(xiàn)殼體破裂。采用液壓剎車的絞纜機，當(dāng)在拖離作業(yè)時，剎車系統(tǒng)故障或液壓泵突然停泵，剎車不能自鎖而失靈，使主纜的作用力直接作用在液壓馬達上，造成液壓馬達殼體破裂。

    (3)放纜過程出現(xiàn)殼體破裂。大馬力拖輪在助泊作業(yè)過程中，采用的是頂推聯(lián)合作業(yè)。在助泊過程中，主纜始終系在被助泊的大輪上。頂推時，主纜回收；拖離時，拖輪倒車，絞纜機放纜，放到一定長度時，開始拖離作業(yè)。這樣，每次助泊作業(yè)過程中，絞纜機平均需10次左右收、放纜作業(yè)。如需從頂推緊急換成拖離時，拖輪迅速倒車，絞纜機快速放纜，當(dāng)拖輪倒車航速高于絞纜機放纜速度時，絞纜機液壓馬達出現(xiàn)殼體破裂。

3．殼體破裂現(xiàn)象

    從5次液壓馬達殼體破損現(xiàn)象看，破裂的部位和形狀有一定的規(guī)律。從液壓馬達5次殼體破裂所分布的缸號來看，3次出現(xiàn)在第4缸(見圖Z)，2次出現(xiàn)在第1缸。如以絞纜機放纜為基準(zhǔn)，液壓馬達為B管進油，A管排油時，不管是放纜過程中還是剎車打滑和剎車失靈后出現(xiàn)的殼體破裂，都在第4缸。如A、B管相反，則殼體破裂在第1缸。

    從殼體破裂的形狀看，5次破裂形狀相同，裂紋都出現(xiàn)在缸體油道進口處，以油道進口處為中心向外分布，只是裂紋的長度和數(shù)量不同。

    液壓馬達破裂后，經(jīng)拆檢，除殼體裂紋外，缸蓋、活塞件、傳動件都正常。系統(tǒng)中的管系、安全閥、操縱閥有輕微異常，其他正常，只要更換液壓馬達的殼體，系統(tǒng)即恢復(fù)正常。

4．原因分析

    從液壓馬達殼體破裂情況分析，都存在外力大于液壓馬達輸出力，使液壓馬達出現(xiàn)泵工況。綜合殼體破裂的現(xiàn)象分析，主要原因如下。

    (1)剎車打滑和失靈時，出現(xiàn)的液壓馬達殼體破裂，主要出現(xiàn)在沒有補液的液壓系統(tǒng)中。絞纜機剎車時，操縱閥聯(lián)鎖關(guān)閉，系統(tǒng)不向液壓馬達供油，當(dāng)剎車打滑時，主纜滑出，帶動液壓馬達向放纜方向轉(zhuǎn)動成泵狀態(tài)，A管排油經(jīng)安全閥通過B管進油。通常液壓馬達的容積效率為90%～95%，在循環(huán)過程中，有近10%的液壓油進入液壓馬達低壓油腔，經(jīng)低壓管系回到油箱，使系統(tǒng)油量不斷減少，產(chǎn)生真空。同樣，在相對位置最高的第4缸最先出現(xiàn)氣液兩相流，造成液壓馬達殼體破裂。如A、B管接人相反，則破裂出現(xiàn)在第1缸。

    (2)在放纜過程中，拖輪倒車航速高于絞纜機放纜速度，絞纜機外力大于液壓馬達輸出力，使液壓馬達處于泵工作狀態(tài)。從5次殼體破裂情況看，絞纜機放纜的速度都相對較低，實際使用時高速擋在20～50m/min，而拖輪正常作業(yè)時，主機以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(400r/min)帶主纜倒航，在0～50m時，航速即可達3～4節(jié)(93～120m/min)。通常作業(yè)時，放纜長度在50～100m。所以，在助泊作業(yè)時，從頂推緊急轉(zhuǎn)至拖離時，拖輪的倒車航速控制不好，最后就會出現(xiàn)拖輪拖動絞纜機以90～120m/min的速度放纜，使絞纜機液壓馬達處于泵狀態(tài)，對應(yīng)所需吸收流量為兒0～140L/min。而液壓系統(tǒng)中液壓泵輸出流量不夠，使系統(tǒng)出現(xiàn)真空狀態(tài)根據(jù)氣液兩相流理論，當(dāng)真空狀態(tài)達到一定值時，系統(tǒng)液壓油會釋放空氣。因放纜時，通常B管進油，A管排油，液壓馬達各缸工作次序為1-2-3-4-5循環(huán)，這樣會使系統(tǒng)中處于最高位置的第4缸最先出現(xiàn)氣液兩相流，在第4缸活塞下行時，缸內(nèi)油道進口處出現(xiàn)大氣團，循環(huán)到活塞上行時，氣團迅速破裂爆炸，產(chǎn)生高壓，造成液壓馬達缸體以油道進口處為中心的破裂裂紋。如A、B管接入相反，則破裂出現(xiàn)在液壓馬達的第1缸上，成因相同。但可排除液壓馬達超速的可能，因該液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍為1～400r/min，對應(yīng)液壓馬達在400r/min時，放纜速度為l50m/min，航速要高于6節(jié)。而拖輪在帶纜倒車時(主機轉(zhuǎn)速400～450r/min)，難以達到這一速度，所以完全可排除超速損壞的可能性。

5．預(yù)防措施

    從造成液壓馬達殼體破裂事故的原因來看，是由于液壓馬達處于泵工作狀態(tài)時，造成系統(tǒng)真空所引起的。要防止液壓馬達殼體破裂，必須防止系統(tǒng)真空的出現(xiàn)，主要措施如下。

    (1)在設(shè)計絞纜機液壓系統(tǒng)時的措施。

    1)應(yīng)充分考慮到實際作業(yè)中對快速放纜的需要。從液壓馬達本身性能和絞纜機裝船尺寸來看，放纜速度可達到150m/min，可以滿足緊急放纜的要求。關(guān)鍵是液壓泵的輸出量，在設(shè)計時要保證液壓馬達全速時的供油，選用變量泵，最大排量在150 L/min左右；

    2)要增加能快速單向補油的補油系統(tǒng)，補油管要接到液壓馬達放纜時的進油管上，補油量要大于液壓馬達最大可能的泵油量，防止液壓馬達出現(xiàn)泵狀態(tài)，使系統(tǒng)出現(xiàn)真空；

    3)安全閥的安裝位置盡量靠近液壓馬達；

    4)絞纜機的離合器能遙控方便地離合，使放纜時，在控制臺操縱離合器脫開，可以自由放纜，液壓馬達不受影響；剎車時，脫開離合器，即使剎車打滑，液壓馬達也不受外力影響，或采用單向輸出離合器，防止外力反輸?shù)揭簤厚R達上；

    5)剎車系統(tǒng)采用彈簧液壓剎車，即使遇剎車系統(tǒng)故障或液壓泵突然停泵，剎車能自鎖。

    (2)在正常作業(yè)時的措施。在正常作業(yè)時，要防止拖輪高速倒車，使拖輪的倒車航速與絞纜機的放纜速度相同。

    (3)在大風(fēng)浪頂推作業(yè)時的措施。在大風(fēng)浪頂推作業(yè)時，要根據(jù)浪高，在甲板上放出相應(yīng)長度的緩沖纜，防止在波谷時，拖輪的船體重力作用在主纜上，造成剎車打滑。

    (4)在拖離時的措施。在拖離時，適當(dāng)放長拖纜，長度應(yīng)在70m以上，防止受風(fēng)浪影響，主纜受沖擊力大于剎車力，造成剎車打滑。必要時主纜在纜樁上挽一道或人工脫開離合器。

    上述改進并推廣應(yīng)用已取得良好的效果，有效地防止此類事故的發(fā)生。