波浪补偿绞车故障树分析及安全措施

李欣一，张立聪，刘 贺，丁海建，马建伟

（1. 海军装备部驻上海地区第三军事代表室，上海 200031；2. 中国船舶集团有限公司，上海 200010；3. 上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

波浪补偿式绞车是广泛应用于船舶和海上设施的设备，主要应用于起重机、布放回收系统和车辆跳板等各种大型系统设备中。

本文针对波浪补偿绞车在工作中突发报警信息、导致系统停机的故障，进行故障树分析及处理，排除了故障，并通过程序优化，实现了波浪补偿绞车的可靠工作。

1 工作原理

绞车采用力士乐公司（简称“力士乐”）的波浪补偿技术，配置的二次控制单元为力士乐专有的A4VSG变量马达，负载大、转速高、响应快。图1为波浪补偿绞车的原理图。

图1 波浪补偿绞车原理图

二次控制单元的一端与高压的恒压源连接，另一端与低压的恒压源连接，使其压差恒定不变，建立其排量与其负载成正比的关系。基于节能驱动的概念，电控系统调整二次控制单元的排量，实现电液闭环位置、速度或扭矩控制及能源回收的功能。当二次控制单元的排量大于负载的需求时，为马达工况，驱动货物上升；当二次控制单元的排量小于负载的需求时，为泵工况，被货物拖动下降，能源回收到蓄能器内[1]。

2 故障树的建立及分析

波浪补偿绞车是大型的机、液、电综合设备，其结构复杂，功能强大，对实现上级系统的功能至关重要。因此，针对故障的快速分析和处理方式，对于保障设备正常工作十分重要。

波浪补偿绞车在各个关键部位均安装有检测元件，对整个绞车的状态进行监督。当绞车出现故障时，会及时发出报警信息，并根据情况进行不同的应急处理，防止发生事故。

2.1 建立故障树

针对可能出现的报警信息，建立故障树模型，有利于我们快速定位故障，分析故障原因，及时采取有效措施。波浪补偿绞车的故障树见图2。

图2 波浪补偿绞车故障树

2.2 故障分析

条目1.1电气接插件故障：

1）元器件的插头松动或损坏。元器件的插头由于安装不牢或结构振动等原因，容易松动，导致信号传递不稳定；或者由于外部碰撞、浸水和腐蚀等原因损坏。需采用手动拆解和目测方式确定。

2）接线端子接触不良。电气柜体、接线箱等有大量端子排，由于安装不牢或结构振动等原因，容易松动，导致信号传递不稳定。需采用手动检查方式确定。

条目1.2电气线路故障：

1）绞车外部线路不通。绞车外部线路可能由于碰撞、挤压等原因导致损坏。需采用万用表测量其通断的情况。

2）绞车内部线路不通。绞车内部线路可能由于碰撞、挤压、腐蚀等原因导致损坏。需采用万用表测量其通断的情况。

条目1.3元器件故障：

1）直接元器件故障。根据报警信息指示的元器件，检查该元器件是否功能良好。可通过目测、拆检、万用表测量等方式确定。

2）相关元器件故障。与报警信息指示元器件的相关元件，比如电源模块、信号传递模块等，检查该元器件是否功能良好。可通过目测、拆检、万用表测量等方式确定。

条目2.1外部液压系统故障：

1）供压不足。出现报警信息，可首先检查油源供压是否正常。可通过观察压力指示仪表确定。

2）外部管路泄漏。外部管路泄漏可能导致相关的操作失败。可通过目测检查是否有泄漏点[2]。条目2.2内部管路故障：

1）内部管路泄漏。内部管路泄漏可能导致相关的操作失败，可通过目测检查是否有泄漏点。

2）内部管路堵塞。内部管路堵塞可能导致相关的操作失败，可通过测压点接压力指示仪表检查确定。

条目2.3元器件故障：

1）电磁阀故障。电磁阀作为先导阀或功能阀，对液压控制的实现起关键作用。阀故障可能由于电磁铁损坏、阀芯卡死或损坏导致，需用万用表测量或拆检确定。

2）插装阀故障。插装阀作为主阀，是液压油的主要通路。阀故障可能由于阀芯卡死或损坏导致，需用拆检确定。

3）马达本体故障。马达作为驱动绞车的核心元件，其故障可能由于杂质损坏内部元件，需用拆检确定[3]。

条目3.1运转补给润滑不良：开式齿轮、齿轮箱等润滑不良，可能导致异常噪音和绞车效率降低。需目测及听觉检查确定。

条目3.2摩擦补给磨损严重：制动器摩擦件由于磨损严重，可能导致制动力下降。需经常目测检查。

条目4.1电液相互作用故障：某些故障可能不是单一的机械、液压和电气方面引起的，而是多个因素共同作用的结果。本条目分析，在油液存在大颗粒杂质时，可能引起接近开关的感应出现错误，发出误信号。

条目4.2机电相互作用故障：某些故障可能不是单一的机械、液压和电气方面引起的，而是多个因素共同作用的结果。本条目分析，接近开关在安装时，由于未能做到精细调节，使得接近开关的检测信号不够稳定，发出误信号。

3 故障树实例分析的应用

3.1 故障现象

波浪补偿绞车在试验过程中出现了如下故障：在应急回收工况完成后、绞车正常回收过程中。出现报警信息如下：“2#绞车隔离阀Y231打开故障报警”。该故障的报警机理为：系统给出了2#绞车Y231阀打开信号，没有收到该阀打开对应的反馈信号。根据信号命名规则，可以将故障初步定位在2号绞车3#二次单元隔离阀处。

3.2 隔离阀部分的液压原理

隔离阀为二次单元的功能阀之一。二次单元由大排量高速油马达和专用的控制阀组构成。其结构原理见图3。二次单元采用的油马达为轴向柱塞变量马达，可双向变排量。专用阀组分为隔离安全阀组和排量控制阀组。隔离安全阀组为二次单元工作时提供油路隔离保护、二次溢流保护和反向吸油保护。其中，隔离保护部分由先导电磁阀Y231、插装阀主阀和反馈开关组成。当电磁阀未通电时，隔离阀关闭，切断高压油路；当电磁阀通电时，隔离阀打开，沟通油路。油路的通断依靠反馈开关来指示。排量控制阀组控制马达排量在正向最大值和可控排量之间进行切换和控制[1]。

图3 二次单元液压原理图

3.3 故障建立及分析

根据波浪补偿绞车故障树及实际的故障情况，对机械故障方向排查进行简化，得出该故障的故障树见图4。

图4 隔离阀打开故障报警故障树

根据故障树分析和排查如下：

条目1.1插头接触不良。用万用表测量反馈开关和先导电磁阀的绞车内部接线和插头的通断信号，结果表明电缆及插头正常。

条目1.2电缆线路不通。用万用表测量绞车接线箱上反馈开关和先导电磁阀供电的接线端子，能够测量到正确的电气信号，说明这部分的电缆正常。

条目1.3供电不足。用万用表测量给反馈开关和先导电磁阀供电的电源，电源输出24VDC，工作正常。

条目1.4反馈开关失效。反馈开关经单独拆检测试，能够正常发出感应信号。

条目2.1供油不足。经检测液压油源及相关压力仪表，未发现供油不足。

条目2.2先导电磁阀故障。1）电磁铁失效，先导电磁阀电磁铁经通电测试，具有磁力，能够正常工作；2）阀芯卡死；3）阀损坏，先导电磁阀经专业检查发现有颗粒状杂质，导致阀损坏；但经更换后故障未排除。

条目2.3主阀故障。隔离阀的主阀经检查未发现卡死或损坏，但经更换后故障排除。

条目3.1反馈开关与主阀阀芯位置的感应区域没有调节好。经拆检，发现反馈开关能够正确反应阀芯的位置，正常发出信号。

条目3.2油液存在大颗粒杂质导致反馈开关发出误信号。经拆检测试，发现大颗粒杂质确实能够使得反馈开关发出错误的信号。

经过以上的检查和分析，可以确定产生故障的原因是油液有大颗粒杂质混入隔离阀主阀，导致反馈开关发出误信号，使得电控系统报警，绞车停机。

3.4 故障排除

通过对隔离阀主阀的清洗，去除了大颗粒杂质。在复装后，从新对油液进行循环过滤，保证清洁度合格。经反复多次试验，故障排除，没有再次出现。

4 安全措施研究及确定

根据波浪补偿绞车故障树的建立和分析，以及通过故障处理实例的验证，为保证绞车的可靠、安全运行，采取以下措施：

1）保证油液清洁度满足设备使用要求，在设备的安装阶段、调试阶段和使用阶段固定时间对油液进行清洁度化验，并保留记录；最后，执行重大任务之前，必须检查油液清洁度。

2）机械部件要经常检查，保证部件状态良好。

3）电气设备应定期通电检查，以保证电气元件的正常和电气线路的畅通。

4）改进控制软件，在某些故障发生的情况下，增加应急操作说明，指导用户安全停止设备；并将该故障的现象和处理方法加入使用说明书中，保证该故障发生后，船员可以根据使用说明书的指导，完成故障处理。

5 结论

故障树分析是一种快速处理和解决故障的方法。本文针对波浪补偿绞车的特点建立故障树，对实际设备使用时的故障处理起到了关键作用，并能够指导后续安全措施的建立，保证设备正常运行。