液压锚缆机高低速转换故障分析

苏 灿，夏玉宝

(舟山万邦永跃船舶修造有限公司，浙江 舟山 316100)

液压锚缆机高低速转换的作用：锚缆机低负载时，液压马达小排量高转速，可以提高效率；锚缆机高负载时大排量低转速，可以提高输出转矩。在液压锚缆机高低速转换出现故障，特别是收锚链时如不能够转换为低转速大转矩，会存在收锚链时泵站负载过大，甚至会出现收不动锚链的现象。

1 故障现象

某船的右锚缆机进厂修理后在调试中出现如下问题：锚缆机收和放操作正常，能进行高速运转，但是手动操作高低速换向阀212后，液压马达不能转换至低速运转，即大负载运转时锚缆机都是高速运转而不能转换成低速运转。经分析系统原理图(见图1)后初步判定故障原因为：液压马达不能进行变量。通过对原理图的分析认为故障原因在于变量机构的控制系统和执行机构。

2 液压锚缆机系统工作原理

2.1 系统简介

该船使用的是PUSNES高压液压锚缆机，其起重质量为30 t，下放速度为45 m/min，收绞速度为15 m/min。该锚缆机使用的是2台并联的STAFFA低速大转矩液压马达，为变量径向柱塞液压马达。

这种马达具有2种速度，可通过换向阀的操纵进行高低速的互换。型号为HMC200-S-188-140。最大排量为679 L/min；最小排量为311 L/min。

图1 锚缆机液压原理图

2.2 液压马达的工作原理

由图1可知，换向阀200操作至“上位”，P口与B口相通，压力油通过液压管直接进入马达柱塞腔，驱动柱塞使马达运转(反转)；同时，一部分压力油将平衡阀204内的换向阀打开，液压马达的回油即通过平衡阀与T口相通至回油管。

换向阀200操作至“下位”，P口与A口相通，压力油经平衡阀内的单向阀209，通过液压管进入马达柱塞腔，驱动柱塞使马达运转(正转)；液压马达的回油直接与T口相通至回油管。

当液压马达的X口与Y口没有压力油时，马达处于大排量及低速大转矩的工作状态，当操纵锚缆机时，X口则会注入压力油，马达为高速运转。

3 液压马达的变量机构结构特点

液压马达的变量是通过一个独立的变量滑环来实现(如图2)。

1-大活塞；2-偏心环；3-密封环;4-滑环；5-偏心轴;6-柱塞连杆;7-小活塞。图2 液压马达的变量结构实物图解

控制油液由变量滑环引入(Y口注油)，进入小活塞腔，推动小活塞顶着偏心环至最大偏心距位置，此时马达排量最大为低速运转；控制油液由X口进入推动大活塞盯着偏心套移动到最小偏心距时，马达排量最小为高速运转。

4 故障查找及原因分析

4.1 顺序阀221与222的作用

顺序阀221与222的作用是液压马达将会随着负载的变化在“高速”与“低速”之间来回转换。

工作原理为当液压马达的X口与Y口都没有压力油时，马达处于低速大转矩工作状态。操纵锚缆机收或放的时候X口的油压会上升，马达为高速运转。

当压力上升至15 MPa，顺序阀222开启，并给予换向阀201先导控制信号(大于2.0 MPa)，此时换向阀201处于上工作位，液压马达的Y口油压上升，马达则为低速运转。

当马达转换至低速时，压力将会降低，顺序阀222关闭，在此同时顺序阀221开启，泄掉换向阀201的先导控制油压。

当工作压力仍高于4.5 MPa时，马达一直处于“低速”状态。一旦负载减小，工作压力低于4.5 MPa，顺序阀221则会关闭，换向阀201转换工作位，X口油压上升，马达再次处于“高速”运转状态。

4.2 手动转换高低速调试

换向阀212分两种操控方式为手动和液动。其工作原理为锚链收放之前，需操作换向阀213，压力油P经过设定值为5.0 MPa的减压阀218至离合器开关油缸，同时压力油会给予换向阀212先导控制压力，将212阀打开；此时有一部分压力油P经过阀212给予阀201先导控制压力，将换向阀201转换工作位(P口与B口相通)。

操作换向阀200至“下工作位”(P口与B口相通)，主进油管与马达柱塞相通，另外一部分压力油通过单向阀217与换向阀201至马达变量机构的Y口，此时马达低速运转，即转矩最大，符合收锚链工况。

当换向阀200至“上工作位”，Y口的压力油将会泄掉，此时放锚链时，马达高速运转。

调试时，可手动操作换向阀212，使压力油P口一直给予阀201先导压力。

具体检测方法是将油管拆除后接入测压表，启动系统后操作212，此时，外接压力表显示数值与泵站压力相符。排除换向阀212故障的可能性。

4.3 换向阀201故障排查

换向阀201的工作原理如上所述，SB的信号压力正常，P口的压力也正常。此时，手动操作212，对连接X口、Y口油管进行观察，发现转换212工作位时，一直是X口有油压脉冲。可以判定换向阀201存在卡阻或内泄严重。其结构见图3。

图3 换向阀201结构实物图解

对该阀拆除解体后，发现柱塞上有明显的锈斑(船员疏忽保养所致)，由于时间的关心系，从缆机处拆下一只换向阀(工作正常的)与该阀进行互换。再次进行调试。X口与Y口的进回油恢复正常工作状态。然而马达的运转依然只有高速。

4.4 变量机构的修理

通过如上的步骤依次排查调试后，最终将问题的焦点集中于马达的变量机构。

现场将2台液压马达变量机构的控制油管拆除，准备2台手压泵同时对Y口进行注油，并旋转马达。此时手压泵不能建立压力，可以断定变量机构是处于泄漏状态的。同时发现X口是有压力油漏出的。

将液压马达拆回车间，将马达前端盖打开后，再次对变量机构的X口与Y口分别加压，精准确认压力油的泄漏处。

X口进行注油加压，Y口有液压油一直流出，故可以判定变量滑环密封有泄漏；Y口进行注油加压。变量机构小活塞一端有大量液压油流出，可以判断小活塞处的密封不良。

进一步将马达解体，对变量机构进行检查，发现大小活塞缸体内壁有较为严重的磨损，变量滑环及过流套本体状况良好。

采取对缸体内壁进行刷镀修复，更换密封后组装调试。分别对X口与Y口注油，明显发现马达运转有高低速之分，故障得以解决。

综上所述：变量机构的操控及执行机构的泄漏途径主要有：大小活塞与缸体的泄漏；密封滑环泄漏(导致X口与Y口互通)；换向阀201泄漏。

5 结束语

为确保液压部件的功能的完好性，必须在上船组装之前做好相应的功能测试，完善液压试验平台，保证所有部件处于完好的工作状态。

同时要求在进行液压元件拆除的过程中必须配备防油污染物资：抹布、接油盆、吸油毡或木屑等，所有液压系统的开口必须做好有效的闷堵，防止液压油的滴漏造成对环境的污染。