波浪補(bǔ)償絞車故障樹分析及安全措施

李欣一，張立聰，劉 賀，丁海建，馬建偉

（1. 海軍裝備部駐上海地區(qū)第三軍事代表室，上海 200031；2. 中國船舶集團(tuán)有限公司，上海 200010；3. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

波浪補(bǔ)償式絞車是廣泛應(yīng)用于船舶和海上設(shè)施的設(shè)備，主要應(yīng)用于起重機(jī)、布放回收系統(tǒng)和車輛跳板等各種大型系統(tǒng)設(shè)備中。

本文針對波浪補(bǔ)償絞車在工作中突發(fā)報(bào)警信息、導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)的故障，進(jìn)行故障樹分析及處理，排除了故障，并通過程序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了波浪補(bǔ)償絞車的可靠工作。

1 工作原理

絞車采用力士樂公司（簡稱“力士樂”）的波浪補(bǔ)償技術(shù)，配置的二次控制單元為力士樂專有的A4VSG變量馬達(dá)，負(fù)載大、轉(zhuǎn)速高、響應(yīng)快。圖1為波浪補(bǔ)償絞車的原理圖。

圖1 波浪補(bǔ)償絞車原理圖

二次控制單元的一端與高壓的恒壓源連接，另一端與低壓的恒壓源連接，使其壓差恒定不變，建立其排量與其負(fù)載成正比的關(guān)系?；诠?jié)能驅(qū)動的概念，電控系統(tǒng)調(diào)整二次控制單元的排量，實(shí)現(xiàn)電液閉環(huán)位置、速度或扭矩控制及能源回收的功能。當(dāng)二次控制單元的排量大于負(fù)載的需求時(shí)，為馬達(dá)工況，驅(qū)動貨物上升；當(dāng)二次控制單元的排量小于負(fù)載的需求時(shí)，為泵工況，被貨物拖動下降，能源回收到蓄能器內(nèi)[1]。

2 故障樹的建立及分析

波浪補(bǔ)償絞車是大型的機(jī)、液、電綜合設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，對實(shí)現(xiàn)上級系統(tǒng)的功能至關(guān)重要。因此，針對故障的快速分析和處理方式，對于保障設(shè)備正常工作十分重要。

波浪補(bǔ)償絞車在各個(gè)關(guān)鍵部位均安裝有檢測元件，對整個(gè)絞車的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督。當(dāng)絞車出現(xiàn)故障時(shí)，會及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，并根據(jù)情況進(jìn)行不同的應(yīng)急處理，防止發(fā)生事故。

2.1 建立故障樹

針對可能出現(xiàn)的報(bào)警信息，建立故障樹模型，有利于我們快速定位故障，分析故障原因，及時(shí)采取有效措施。波浪補(bǔ)償絞車的故障樹見圖2。

圖2 波浪補(bǔ)償絞車故障樹

2.2 故障分析

條目1.1電氣接插件故障：

1）元器件的插頭松動或損壞。元器件的插頭由于安裝不牢或結(jié)構(gòu)振動等原因，容易松動，導(dǎo)致信號傳遞不穩(wěn)定；或者由于外部碰撞、浸水和腐蝕等原因損壞。需采用手動拆解和目測方式確定。

2）接線端子接觸不良。電氣柜體、接線箱等有大量端子排，由于安裝不牢或結(jié)構(gòu)振動等原因，容易松動，導(dǎo)致信號傳遞不穩(wěn)定。需采用手動檢查方式確定。

條目1.2電氣線路故障：

1）絞車外部線路不通。絞車外部線路可能由于碰撞、擠壓等原因?qū)е聯(lián)p壞。需采用萬用表測量其通斷的情況。

2）絞車內(nèi)部線路不通。絞車內(nèi)部線路可能由于碰撞、擠壓、腐蝕等原因?qū)е聯(lián)p壞。需采用萬用表測量其通斷的情況。

條目1.3元器件故障：

1）直接元器件故障。根據(jù)報(bào)警信息指示的元器件，檢查該元器件是否功能良好。可通過目測、拆檢、萬用表測量等方式確定。

2）相關(guān)元器件故障。與報(bào)警信息指示元器件的相關(guān)元件，比如電源模塊、信號傳遞模塊等，檢查該元器件是否功能良好?？赏ㄟ^目測、拆檢、萬用表測量等方式確定。

條目2.1外部液壓系統(tǒng)故障：

1）供壓不足。出現(xiàn)報(bào)警信息，可首先檢查油源供壓是否正常?？赏ㄟ^觀察壓力指示儀表確定。

2）外部管路泄漏。外部管路泄漏可能導(dǎo)致相關(guān)的操作失敗。可通過目測檢查是否有泄漏點(diǎn)[2]。條目2.2內(nèi)部管路故障：

1）內(nèi)部管路泄漏。內(nèi)部管路泄漏可能導(dǎo)致相關(guān)的操作失敗，可通過目測檢查是否有泄漏點(diǎn)。

2）內(nèi)部管路堵塞。內(nèi)部管路堵塞可能導(dǎo)致相關(guān)的操作失敗，可通過測壓點(diǎn)接壓力指示儀表檢查確定。

條目2.3元器件故障：

1）電磁閥故障。電磁閥作為先導(dǎo)閥或功能閥，對液壓控制的實(shí)現(xiàn)起關(guān)鍵作用。閥故障可能由于電磁鐵損壞、閥芯卡死或損壞導(dǎo)致，需用萬用表測量或拆檢確定。

2）插裝閥故障。插裝閥作為主閥，是液壓油的主要通路。閥故障可能由于閥芯卡死或損壞導(dǎo)致，需用拆檢確定。

3）馬達(dá)本體故障。馬達(dá)作為驅(qū)動絞車的核心元件，其故障可能由于雜質(zhì)損壞內(nèi)部元件，需用拆檢確定[3]。

條目3.1運(yùn)轉(zhuǎn)補(bǔ)給潤滑不良：開式齒輪、齒輪箱等潤滑不良，可能導(dǎo)致異常噪音和絞車效率降低。需目測及聽覺檢查確定。

條目3.2摩擦補(bǔ)給磨損嚴(yán)重：制動器摩擦件由于磨損嚴(yán)重，可能導(dǎo)致制動力下降。需經(jīng)常目測檢查。

條目4.1電液相互作用故障：某些故障可能不是單一的機(jī)械、液壓和電氣方面引起的，而是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。本條目分析，在油液存在大顆粒雜質(zhì)時(shí)，可能引起接近開關(guān)的感應(yīng)出現(xiàn)錯誤，發(fā)出誤信號。

條目4.2機(jī)電相互作用故障：某些故障可能不是單一的機(jī)械、液壓和電氣方面引起的，而是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。本條目分析，接近開關(guān)在安裝時(shí)，由于未能做到精細(xì)調(diào)節(jié)，使得接近開關(guān)的檢測信號不夠穩(wěn)定，發(fā)出誤信號。

3 故障樹實(shí)例分析的應(yīng)用

3.1 故障現(xiàn)象

波浪補(bǔ)償絞車在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了如下故障：在應(yīng)急回收工況完成后、絞車正常回收過程中。出現(xiàn)報(bào)警信息如下：“2#絞車隔離閥Y231打開故障報(bào)警”。該故障的報(bào)警機(jī)理為：系統(tǒng)給出了2#絞車Y231閥打開信號，沒有收到該閥打開對應(yīng)的反饋信號。根據(jù)信號命名規(guī)則，可以將故障初步定位在2號絞車3#二次單元隔離閥處。

3.2 隔離閥部分的液壓原理

隔離閥為二次單元的功能閥之一。二次單元由大排量高速油馬達(dá)和專用的控制閥組構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)原理見圖3。二次單元采用的油馬達(dá)為軸向柱塞變量馬達(dá)，可雙向變排量。專用閥組分為隔離安全閥組和排量控制閥組。隔離安全閥組為二次單元工作時(shí)提供油路隔離保護(hù)、二次溢流保護(hù)和反向吸油保護(hù)。其中，隔離保護(hù)部分由先導(dǎo)電磁閥Y231、插裝閥主閥和反饋開關(guān)組成。當(dāng)電磁閥未通電時(shí)，隔離閥關(guān)閉，切斷高壓油路；當(dāng)電磁閥通電時(shí)，隔離閥打開，溝通油路。油路的通斷依靠反饋開關(guān)來指示。排量控制閥組控制馬達(dá)排量在正向最大值和可控排量之間進(jìn)行切換和控制[1]。

圖3 二次單元液壓原理圖

3.3 故障建立及分析

根據(jù)波浪補(bǔ)償絞車故障樹及實(shí)際的故障情況，對機(jī)械故障方向排查進(jìn)行簡化，得出該故障的故障樹見圖4。

圖4 隔離閥打開故障報(bào)警故障樹

根據(jù)故障樹分析和排查如下：

條目1.1插頭接觸不良。用萬用表測量反饋開關(guān)和先導(dǎo)電磁閥的絞車內(nèi)部接線和插頭的通斷信號，結(jié)果表明電纜及插頭正常。

條目1.2電纜線路不通。用萬用表測量絞車接線箱上反饋開關(guān)和先導(dǎo)電磁閥供電的接線端子，能夠測量到正確的電氣信號，說明這部分的電纜正常。

條目1.3供電不足。用萬用表測量給反饋開關(guān)和先導(dǎo)電磁閥供電的電源，電源輸出24VDC，工作正常。

條目1.4反饋開關(guān)失效。反饋開關(guān)經(jīng)單獨(dú)拆檢測試，能夠正常發(fā)出感應(yīng)信號。

條目2.1供油不足。經(jīng)檢測液壓油源及相關(guān)壓力儀表，未發(fā)現(xiàn)供油不足。

條目2.2先導(dǎo)電磁閥故障。1）電磁鐵失效，先導(dǎo)電磁閥電磁鐵經(jīng)通電測試，具有磁力，能夠正常工作；2）閥芯卡死；3）閥損壞，先導(dǎo)電磁閥經(jīng)專業(yè)檢查發(fā)現(xiàn)有顆粒狀雜質(zhì)，導(dǎo)致閥損壞；但經(jīng)更換后故障未排除。

條目2.3主閥故障。隔離閥的主閥經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)卡死或損壞，但經(jīng)更換后故障排除。

條目3.1反饋開關(guān)與主閥閥芯位置的感應(yīng)區(qū)域沒有調(diào)節(jié)好。經(jīng)拆檢，發(fā)現(xiàn)反饋開關(guān)能夠正確反應(yīng)閥芯的位置，正常發(fā)出信號。

條目3.2油液存在大顆粒雜質(zhì)導(dǎo)致反饋開關(guān)發(fā)出誤信號。經(jīng)拆檢測試，發(fā)現(xiàn)大顆粒雜質(zhì)確實(shí)能夠使得反饋開關(guān)發(fā)出錯誤的信號。

經(jīng)過以上的檢查和分析，可以確定產(chǎn)生故障的原因是油液有大顆粒雜質(zhì)混入隔離閥主閥，導(dǎo)致反饋開關(guān)發(fā)出誤信號，使得電控系統(tǒng)報(bào)警，絞車停機(jī)。

3.4 故障排除

通過對隔離閥主閥的清洗，去除了大顆粒雜質(zhì)。在復(fù)裝后，從新對油液進(jìn)行循環(huán)過濾，保證清潔度合格。經(jīng)反復(fù)多次試驗(yàn)，故障排除，沒有再次出現(xiàn)。

4 安全措施研究及確定

根據(jù)波浪補(bǔ)償絞車故障樹的建立和分析，以及通過故障處理實(shí)例的驗(yàn)證，為保證絞車的可靠、安全運(yùn)行，采取以下措施：

1）保證油液清潔度滿足設(shè)備使用要求，在設(shè)備的安裝階段、調(diào)試階段和使用階段固定時(shí)間對油液進(jìn)行清潔度化驗(yàn)，并保留記錄；最后，執(zhí)行重大任務(wù)之前，必須檢查油液清潔度。

2）機(jī)械部件要經(jīng)常檢查，保證部件狀態(tài)良好。

3）電氣設(shè)備應(yīng)定期通電檢查，以保證電氣元件的正常和電氣線路的暢通。

4）改進(jìn)控制軟件，在某些故障發(fā)生的情況下，增加應(yīng)急操作說明，指導(dǎo)用戶安全停止設(shè)備；并將該故障的現(xiàn)象和處理方法加入使用說明書中，保證該故障發(fā)生后，船員可以根據(jù)使用說明書的指導(dǎo)，完成故障處理。

5 結(jié)論

故障樹分析是一種快速處理和解決故障的方法。本文針對波浪補(bǔ)償絞車的特點(diǎn)建立故障樹，對實(shí)際設(shè)備使用時(shí)的故障處理起到了關(guān)鍵作用，并能夠指導(dǎo)后續(xù)安全措施的建立，保證設(shè)備正常運(yùn)行。