一起典型的拖船艏侧推故障分析

赵德宝，孙小明

(1.山东省海洋与渔业监督监察总队第一支队，山东 青岛 266555；2.天津新港船舶重工有限责任公司 修船厂，天津 300457)

随着船舶制造技术的飞速发展和对机动性需求的不断提高，艏侧推装置越来越多地应用到营运船舶上。尤其是经常靠离码头或航行在狭窄水道的工程船舶，侧推装置能够大大增加其机动性能和安全性能。常见的变距形式的侧推都采用液压驱动，船舶艏侧推布置在水线以下，因而对液压系统故障的判断，并提供合理的解决方案，是修船工程技术一个重要的课题和研究难点[1]。

1 故障现象

某“滨海”系列远洋三用拖船在营运期间发现艏侧推出现液压油泄漏故障，马上进船坞进行维修。将侧推装置整体拆卸并运至车间进行解体，按相关修理规范测量各部件配合间隙，对配合超差的密封面进行修补，更换所有密封件及损坏的轴承，维修工作完成后回装、加装液压油并完成驱气和压力试验。

以上工作完成后进行螺距试验，调试人员发现桨叶螺距变化一个小的角度之后突然停止，此时控制面板显示系统油压增高到极限值，以致系统溢流阀开始卸荷。依照液压系统常见的故障排查程序，首先考虑液压油系统中可能有空气存在，进行了多次系统放气后，故障并未消除。由于此故障会影响工程进度甚至坞次计划，船厂工程技术人员和船员一起紧急勘察，对故障现象进行分析，并讨论解决方案。

2 艏侧推系统工作原理

查阅了相关图纸和说明书得知，艏侧推型号为Kawasaki KT-32B，其系统原理如图1所示。

艏侧推通过柴油机驱动，柴油机输出的动力通过伞形齿轮传递至垂直轴，然后又通过伞形齿轮传递给水平轴，从而带动螺旋桨旋转。艏侧推为可调距形式，通过液压传动控制伺服活塞沿轴向往复运动，带动与之相连的滑块圆周运动，进而带动桨叶螺距变化。

1-壳体；2-伺服活塞；3-手动泵；4-油箱；5-油泵；6-换向阀；7-垂直轴；8-水平轴

本系统的润滑油和液压油在壳体内共用，油泵提供液压动力，通过换向阀控制液压油的流向，进而活塞在油缸内往复运动并通过滑块曲柄销等装置带动桨叶转矩变化。系统通过高位油箱和手动泵进行补油，可以通过油箱液位变化判断系统泄漏的情况。此次漏油的原因就是桨榖与本体之间端面密封处可能出现杂质，将碳晶密封和与之配合的压盖之间磨出沟槽，导致侧推密封的损坏。

3 液压故障分析

经过查阅技术资料和勘察分析，发现螺距控制失效导致故障的可能原因如下[2]。

(1) 控制系统故障，如控制线路断路或者反馈机构失灵；(2) 液压油系统进入空气；(3) 系统泄漏严重；(4) 油液脏污导致控制阀件卡阻或失灵；(5) 传动部分卡滞。

本次坞修工程在车间内已将艏侧推拆解，并将泄漏的密封面修复及换新。同时更换所有的密封件，且加油后试验不再泄漏，因此原因(3)可以首先排除；由于原电控系统正常且在坞修过程中未曾修理，工作人员也详细检查了控制和反馈系统线路后未发现异常，可以排除原因(1)；这次修理更换了所有液压油且做好了清洁工作，从故障现象上看基本排除了原因(4)，即油液脏污导致；起初工作人员都认为故障的可能原因是系统进入空气，而多次放气之后没有任何效果，原因(2)也可以排除。经反复检查勘验后，故障原因基本锁定在变距传动部分机械故障。

经过细致检查，发现在艏侧推的上层甲板有伺服油缸与侧推相连，即图1中的换向阀与伺服油缸联动。用手来回推动油缸时发现非常费力，而正常情况下这个小油缸应该能被轻松拨动。造成此种现象的原因，一是油缸本身出现了故障造成卡阻，二是与之相连的侧推内部反馈机构如芯轴等部位出现卡阻。伺服油缸之前运行正常且本次修理并未改动，由此初步判断与之相连的机构出现卡阻。

侧推装置结构示意图见图2，打开侧推的端盖发现，带动桨叶同步转动的伺服活塞和芯轴相连，芯轴的内孔与外部分别将进回油路引至活塞两端面。芯轴通过相关结构与摇臂连接，而摇臂与上述伺服油缸连接。油缸带动摇臂及芯轴在水平轴内部往复运动，芯轴端部车出几道沟槽形成了滑阀结构，环形沟槽与铜质阀套相配合。当二者相对滑动时改变油管中液压油的方向，从而实现了活塞的往复运动。当发出变距命令时，伺服油缸动作带动芯轴移动很小一段距离，此时液压油便顺着芯轴的内孔和与外轴形成的环形空腔组成了进回油路，压力油的压差作用在伺服活塞上，活塞在油腔内通过曲柄盘柱形销带动桨叶转动从而达到了变距的效果。

1-伺服活塞；2-油管；3-端盖；4-摇臂；5-芯轴；6-铜质阀套；7-芯轴滑阀与阀套

由图2可知，芯轴滑阀与阀套起到了整个液压系统“导阀”的作用，正常情况下二者配合应非常顺滑，但此时拨动伺服油缸十分费力，说明芯轴部件出现了卡滞。经询问负责拆装工作的人员得知，在拆检芯轴时曾由于吊装带脱落，轴头处曾与地面发生磕碰。虽然目测没有损伤，但轴头部分已经发生了塑性变形。导致此处配合间隙太小而产生了明显卡阻，阻力远超出伺服油缸的推力，从而导致了变距失灵。

4 解决方案

查明故障原因后，船厂工人与船上轮机员一起放掉侧推本体中的液压油，拆下端盖、摇臂与芯轴的连接螺母。用手推动芯轴，发觉阻力很大，并非正常的顺滑状态，从而确定故障的原因也正在此处。

在说明资料上并未找到此处的配合间隙，且因工期紧张无法上车床加工，便拆下阀套，用刮刀拂刮芯轴头部，直至芯轴能够在阀套处轻松拨动。然后回装各部件并重新加油驱气，再次进行调距试验，发现变距操作能够实现，变距故障基本解决。但倒车操作时，反应明显迟滞且在中间段出现40 s左右的停滞，后经调节倒车侧调速阀，使系统液压油量正常，倒车反应迟滞现象消失，反复操作测试后确定装置恢复正常。

5 结束语

本船艏侧推装置是典型的Z型传动，并能实现桨叶调距的推进装置，除了常见的伞齿轮机械机构，其液压系统也较为复杂。其中不乏滑阀与芯轴这种配合较为精密的部分，在拆检维修的过程中一定要注意避免磕碰等机械损伤。

液压系统的故障原因分析较为复杂，在分析时通常采取自上而下、树状分析的方法[3]。根据现象列举可能的原因，然后根据实际情况逐个排除，最终实际操作结合理论分析得出故障的真正原因[4]。作为坞修项目之一，对艏侧推常见故障的分析也有利于缩短坞期并提高生产率。