罗尔斯-罗伊斯AQM US 205-255系列舵桨滑差离合器浅析

牟 炜，张守波，范丽丽



罗尔斯-罗伊斯AQM US 205-255系列舵桨滑差离合器浅析

牟 炜1，张守波2，范丽丽3

（1.日照港股份有限公司轮驳分公司，山东日照 276826；2. 日照港股份有限公司第一港务分公司，山东日照276826；3.日照港集团有限公司铁路运输公司，山东日照276826）

本文主要介绍Rolls-Royce公司全回转推进系统滑差离合器液压及控制系统工作原理，常见故障及其处理方法，存在的缺陷及缺陷整改方案。

全回转推进器 滑差离合器 比例调压阀 先导式溢流阀 电磁两位四通换向阀

0 引言

芬兰Rolls-Royce公司研制的全回转推进系统（azimuth thrusters）应用在日照港股份轮驳公司5000-6800马力拖轮上，该系统可实现360度回转，主机动力传递给螺旋桨通过内置式离合器实现。这种离合器具有滑差功能，类似汽车起步时的半联动，通过驾驶员缓慢操作加速手柄，可以实现螺旋桨转速由0均匀上升到主机怠速时螺旋桨对应的速度（由于传动比不同，主机转速相同时，螺旋桨速度不同），避免了起步时对主机的冲击。这个系统液压控制原理比较复杂，我们通过几年的潜心研究，加上日常的故障诊断、处理，基本掌握了这个系统的控制原理，并且能够比较熟练地处理日常故障。

1 系统原理及分析

Aquamaster Us 205-255离合器操作及润滑液压系统液压控制原理图如图1。

1.1本体上的附件（自左至右）

1) 加油透气孔

2) ○18温度计

3) ST200报警用温度开关

4) SL200液位开关，低位报警用

5) 油尺

1.2工作原理分析

PS1、PS2是液压泵CP1、CP2在油箱中的取油口，两台并联运行的液压泵是传动轴系的动力经增速皮带传动，泵的排出压力由第一级先导式溢流阀调定在3.6 MPa，（图中VPSC），溢流阀的功能是控制阀前压力稳定，因此该溢流阀把泵的排出压力，即图中CP点压力控制在3.6 MPa。溢流阀的控制原理简要分析如下：当主机转速上升，泵排量上升，压力上升，控制压力上升，先导式溢流阀开度加大，主阀上部压力很快下降，主阀阀芯向上移动，开度加大，溢流量增加，使阀前压力下降。

当泵转速下降，泵排量下降，压力下降，控制压力下降，先导式溢流阀关小，先导式溢流阀前压力上升，液压力和弹簧力将主阀芯压下，主阀流量减小，使阀前压力上升。

先导阀中的两个节流孔起延时作用，避免调整时出现冲击和脉动。采用先导式溢流阀，导阀的体积可以做的较小，弹簧也比较小，因此动作比较灵敏。一旦油压变化，可以实现动态超调，静态压差小，同时由于小活塞的压力放大作用，溢流阀的整体体积也大大减小。先导式溢流阀静态调压偏差一般不大于整定压力的5%。

第一级溢流阀的溢油经φ30×3.5管子直接回油箱，泵的排油供离合器操作及润滑使用。3.6 MPa压力油经滤器转换阀进入滤器，该双联滤器既可以单独使用又可以同时使用。SP230、SP231是与滤器并联的压力开关，一旦滤器堵塞，滤器进出口压力差加大，压差大于或等于压力开关的设定压力时，压力开关动作，发出滤器堵塞报警（oil filter clogged）。提醒管理人员需要更换滤芯，或者将转换手柄转换到另一只滤器上。当压差大于同滤器并联的单向背压阀设定压力时，压力油可以经过单向背压阀流通，可以操作，但过滤器已不起作用。要及时清洗或更换滤器。

油从过滤器流出以后分成两路：一路往上，供离合器离合用。一路往右，供离合器摩擦片冷却和轴承润滑用。滤器出口油压由第二级溢流阀调定在2.5 MPa。

离合器的操作—滑擦及完全啮合工作原理：当未发出完全啮合信号时，即滑擦状态时，驾驶台操作手柄控制的一个微动开关未接通，电磁两位四通换向阀（VCL2）电磁线圈Y360通电，换向阀右位通，此时操作离合器啮合的油压，由VCL1电动比例调压阀设定，啮合压力的高低取决于驾驶台操作手柄压入角度的大小。压入角度越小，比例调压阀与主阀共同作用的结果是使得啮合离合器的油压越低。随着操作手柄压入角度的加大，Y362线圈电流加大，比例阀输出油压逐渐升高，此压力在0～1.0 MPa之间浮动，即控制离合器滑擦的油压在0～1.0 MPa之间。这个操作要靠驾驶员的手感和熟练程度来完成，类似于汽车起步时对半联动的掌握，控制不到位会产生合车过快，对汽车来说会使发动机熄火，在顶靠大型船舶时柴油机会冒黑烟，情况严重时会造成主机停车。

当手柄继续向前向下压到某一位置时，会听到一个“咔嚓”声，这表明手柄控制的一个微动开关接通，此时两位四通换向阀VCL2的电磁线圈Y361通电，线圈Y360断电，VCL2左位通，2.5 MPa的压力油通过φ3 mm小孔的延时后直接作用于离合器活塞，离合器完全合上，同时2.5 MPa的压力油将比例调压阀的主阀芯推向完全关闭状态，此时离合器的啮合油压不再由VCL1设定。图中压力开关SP313，是啮合油低压报警用，设定压力1.0 MPa，当啮合油压小于或等于1.0 MPA时发出报警。压力开关SP300，主机加速联锁用，设定压力1.5 MPa，感受离合器啮合压力，当啮合压力低于1.5 MPa时，开关动作，发出联锁信号，使主机不能加速，只能维持怠速运行，螺旋桨转速不超过138 RPM，防止啮合油压过低盲目加速，造成摩擦片打滑，从而保护离合器摩擦片，不会由于操作油压过低，在结合不彻底的情况下高速运转，出现过热、甚至烧坏。

每一只压力开关前都设有一个可调节流阀，节流阀开度约3/4圈即可，不宜过大，开度过大压力开关动作时产生冲击，容易造成压力开关损坏，压力表MP300显示离合器操作压力，在起步阶段表显示的压力从0慢慢加大到1.0 MPa，过了滑差区压力会从1.0 MPa跃变到2.5 MPa 。

第一级溢流阀溢油直接回油箱。

第二级溢流阀溢油经1.0 MPA溢流阀设定后供离合器摩擦片冷却以及各处润滑点润滑用。同时重力密封油柜的补油也来自润滑系统。

第三级溢流阀调定在1.0 MPa，阀前压力1.0 MPa供冷却用，阀后油压通过背压阀背压后供润滑用。

VQCL电磁两位四通阀是离合器冷却油流量控制阀，当离合器摩擦片处在脱开位置时，Y363电磁线圈不通电，两位四通阀右位导通，即图中所示导通状态，冷却油量经φ3 mm小孔节流，流量很小。当离合器合上时，电磁线圈Y363通电，两位四通阀左位导通，冷却油直接通过换向阀，并通过φ25×2.5的管子给摩擦片提供冷却油，流量加大。

第三级溢流阀的溢油经冷却器冷却后，由单向背压阀保持在0.175 MPa，一路（L3节点）向上后再向左经φ12×2管子给行星齿轮（planetary gear）提供润滑；有两路（L1、L2节点）先向下再向右经φ16×2管子给轴承（bearing）提供润滑；另外一路（L4节点）向上后再向右经φ12×2管子，再通过截止阀给重力密封油柜（gravity tank）补油，重力密封油柜的油供舵轴及艉轴密封用，油压高于海水压力，防止海水漏入。其工作原理与simplex尾轴密封装置有相似之处。

图中○45为压力测量点，对三只先导式溢流阀进行调整时，要分别在三只阀所控制的压力点接入压力表进行调整，切记不要盲目调整。

2 使用中发现的问题

1) SP300联锁开关动作异常，造成主机不能加速。

2) 3.6 MPa溢流阀调整松动，或2.5 MPa溢流阀调整过大，造成2.5 MPa溢流阀不溢油，冷却和润滑油丢失。

3) 比例调压阀动作异常，滑差不均匀或部分丢失。

4) 重力油柜异常漏油等。

5) SP300主机加速联锁信号，当离合器啮合有压力大于1.5 MPa时，SP300动作，主机可以正常加速。

造成SP300压力开关不动作情况可能有：

（1）第Ⅱ级溢流阀调整螺钉松动，使得离合器的实际啮合压力小于1.5 MPa。还有一种原因是某种异常情况导致第Ⅰ级溢流阀将泵的出口压力设定过低，也会出现这种情况。只要啮合压力在1.0MPa以上，系统是不会报警的。只有当啮合油压力小于1.5MPa时，压力开关SP300触点断开，造成主机不能加速。判断油压是否正常，需要将压力表接入图中点，调整三只先导式溢流阀的设定压力，将阀前压力分别调整在3.6、2.5、1.0 MPa。

（2）节流阀开度过小或关闭。也可能是节流孔被异物堵塞，油压传递异常。

（3）压力正常，但开关动作不正常。

（4）由于压力 不正常，触点是断开，所以，线路接触不良也会出现这种现象。

（5）液压管路空气没有彻底排干净。

6) 滑差异常原因

（1）滑差一点没有，过了滑差区，离合器可以合上。

从图中可以看出比例调压阀是由先导溢流阀和主阀组合而成，比例线圈的电磁力和先导阀的弹簧力是叠加效应，而且是负叠加。开始时，电磁力最小，弹簧力使得先导阀处于关闭状态，主阀在弹簧力和油压力共同作用下，也在关闭状态。随着电磁力增加，先导阀开度也增加，主阀左侧泄油，主阀芯向左移动，控制离合器啮合的油压增加，油压与电磁线圈的电磁力成比例，当先导阀无法开启或先导阀的泄油口堵塞时，主阀就不能开启，滑差就会消失。

（2）滑差前半段或后半段没有

整个比例调压阀由导阀和主阀组成，阀的动作受弹簧力、电磁力、阀芯重力等影响，完全相同的两只阀，电磁线圈动作的起始值和终止值也不一样。因此，对比例阀解体后，再重新装复，就可能使部分滑差区丢失，这时就需要用电脑软件对设定值进行调整。

7) 重力油柜漏油严重

重力油柜里的油主要对舵轴和螺旋桨轴（艉轴后端）密封装置起润滑和密封作用，油压力稍高于海水压力可以防止海水漏入油中，正常情况下允许微量油外漏，当密封装置磨损严重或进入异物时，可能导致漏油严重。

3 主要报警点

1) SL200低油位报警。

2) ST200滑油高温报警，设定值80℃。

3) SP313离合器操作油低压报警，设定值1.0 MPa。

4) ST310离合器高温报警。设定值95℃。

5) SP230、SP231滤器堵塞报警。

4 改进建议

1) 润滑油管路增设滑油压力传感器，当润滑油压力低于0.1 MPa时，压力开关触点断开，将此开关量引入报警系统，发出声光报警。

2) 润滑油管路增设压力表，直接显示润滑油压力，值班巡视时经常查看润滑油的实际压力。

[1] 罗尔斯-罗伊斯全回转控制系统使用说明书, Rauma, 芬兰.

[2] 龚雪根, 陆志才. 船舶操纵. 北京: 人民交通出版社, 2006.

Introduction of Series AQM US 205-255 Slip Clutch of the Rolls-Royce

Mou Wei1, Zhang Shoubo2, Fan Lili3

(Barge Branch, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 2. The First Filiale of Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 3. Ministry of Railway Expansion Project, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China)

U463.211

A

1003-4862（2015）02-0037-03

2014-04-24

牟炜（1975－），男，工程师。研究方向：机电一体化。