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减少船舶液压设备故障探析一一两例船舶液压设备故障分析体会

        随着船舶自动化及集成化程度的提高，液压传动技术已广泛地应用于现代船舶中，无论是大型远洋船舶，还是中小运输船舶，由于液压传动技术、各种液压设备的使用，使得船舶设备的可靠性及安全性大大提高，减少了船舶管理人员的工作强度，改善了船员的工作环境。在船上液压传动技术主要使用在如下几个方面：货舱盖、水密门的启闭；压载系统货油系统阀门的开关；液压舵机、锚机、起货机、系缆机等装置的使用；主副机液压控制系统的使用。这些液压设备及系统的安全可靠运行，尽量少的故障对船舶、人员及财产安全有着重要的作用。因此，科学有效地对船舶液压设备进行维护与保养，加强设备管理及操作人员的理论学习与实践培训，对避免与减少液压设备及系统故障有着重要的意义。
        船舶液压设备经常出现的故障有：动作故障(如起动不正常、执行元件速度过慢或不能动作、有负载时执行元件速度显著降低等)；压力故障(如压力达不到规定的要求、压力不稳定或调节失灵、压力波动过大等)；噪音和振动；油温过高；油液污染等。以下两个典型故障是笔者在船工作期间发生过的关于液压系统故障的事例，通过对这两个事例的剖析，从管理方面来阐述减少船舶液压设备故障的措施，以最大程度地提高船舶液压设备的可靠性。
        1 两例故障事例的分析
        1.1 故障一：液压舵机单边满舵无法回舵

图1 “SC”轮阀控型液压舵机控制系统

        “SC”轮舵机为液压阀控型、双撞杆式舵机，图1为该舵机的液压控制原理图。该轮2005年6月从日本横滨开往上海途中经东京湾海域时，值班驾驶员发现正常航行的船舶突然快速地偏离设定航线，船头朝右舷方向偏转，舵角指示器指示角度不断地增加最后停止满舵位置，整条船出现严重的右倾，GPS航线偏离报警器报警。出现这一情况后，值班驾驶员马上将舵机切换到另一台备用舵机并紧急停车，同时将有关情况报告船长及机舱，在确认备用舵机能正常使用，舵机系统运行正常时，起动主机修正航向。庆幸的是，由于当时四周过往船舶较少并未造成严重的后果。针对这一故障机舱人员马上对有问题的舵机进行检修及原因分析，发现由电磁线圈控制的换向导阀右侧复位回中弹簧碎性断裂，致使碎金属屑进入液控换向阀导致阀芯与阀座磨损卡死无法复位回中，引起单边满舵而出现上述的紧急情况。那么，引起复位弹簧断裂的原因是什么呢?通过机舱人员的查找与认真的分析，发现舵机系统存在如下问题才导致上述故障的发生：
        (1)液压油长期使用未按说明书的要求进行换新导致油液变脏变质；
        (2)本航次电机员对自动舵进行保养并调整相关参数时，由于不正确的调整使得自动舵的航向偏离自动修正不灵敏区变小，引起舵机换向阀在单位时间内动作次数过多，造成换向阀复位弹簧疲劳断裂；
        (3)回油箱液压油散热不良引起油温过高，造成运动元件相互磨损严重，也易造成液压油变质。
        1.2 故障二：锚机油马达动作速度过慢且无力:“SR”轮船用锚机为三菱公司制造的液压锚机，该类型的锚机采用手动三位四通阀作为换向控制阀，用于改变锚机运行方向；采用变量泵用于控制进入油马达的流量以控制锚机的运行速度。该轮在香港附近桂山锚地起锚开航时，水手长发现锚机的起锚速度慢且无力，液压泵发出的噪音较大。轮机长得知情况后，指派三管轮查找故障并进行检修。根据水手长所述现象，三管轮认为是油泵前精滤器堵塞造成流量过小，使得锚机油马达转速低引起起锚速度慢，于是对精滤器进行清洗，清洗完毕后在进行系统驱气作业时，他只将换向操作手柄置于中位位置起动油泵进行驱气后就交付使用。船航行至长江口北槽锚地抛锚，在锚链收紧时，油马达速度慢且无力，随着运行时间的加长，这种现象越来越严重，最后无法收紧锚链。是什么原因引起此现象呢?在随后的检修中，维修人员发现液压油中泡沫非常多，油液发臭变黑，通过进一步的分析才知道本次故障的原因：其一，三管轮只将换向操作手柄放置在中位位置进行系统驱气操作导致系统空气排得不彻底，液压油与空气混合使得油泵进口真空度过小导致其流量不足且压力过低，随着使用时间的加长液压油与空气混合加剧，造成油泵吸排困难，流量、压力变得越来越小；其二，液压油长期使用而未按说明书的要求更换也是导致本次故障的原因之一。针对这一情况，机舱人员首先换新整个系统的液压油，彻底清洗系统避免新旧油混合，然后进行系统的驱气作业，先将操作手柄置于中位位置放气，然后在油马达低负荷的情况下进行正转及反转反复操作运行，从油泵及油马达放气考克放气，直至系统中没有空气为止。经过这样检修处理后整个系统完全达到正常使用的标准。
        1.3 两个故障的共同特点:很显然，我们可以从上述两个故障总结出如下一些共同的特点：(1) 机舱人员对液压设备及系统维护保养不到位，未能按说明书规定的要求进行相应的维护保养；(2) 维护保养人员素质较低，操作管理过程中责任心不强，出现故障时分析解决故障能力较差，这些原因是造成液压设备故障的根源。下面基于上述的分析，从船舶液压设备的维护管理方面浅析减少船舶液压设备故障的措施。
        2 减少船舶液压设备故障的措施:液压系统是一个由许多设备元件、管道组成的复杂的系统，液压设备随着使用时间的长短出现故障的几率如图2所示，包含三个阶段：早期故障期、偶然故障期、耗损故障期。维护保养人员应根据这三个故障期的不同特点采取不同的维护保养措施，确保液压设备的良好使用状态。液压设备出现故障的原因除了设计制造、安装未符合规范要求以及设备长期使用零部件的正常磨损外，还同轮机人员的维护保养、操作人员的正确操作与使用密切相关。

图2 液压设备故障率趋势

2.1 船舶液压设备、系统的定期科学的维护保养是减少其出现故障的关键所在船上大多数的液压设备都处于露天甲板上，经常经受风吹、日晒、雨淋以及海洋气候、自然条件的影响，一旦出现故障势必影响船舶的正常生产及安全。因此，科学地定期维护保养对液压设备可靠性的提高有着重要的意义。
2.1.1 避免与减少液压油的污染是减少液压设备故障的关键:据统计70%~80%的船舶液压设备故障与液压泊的污染有关，液压油污染是液压设备发生故障的主要原因。图3为液压油污染的成因。

图3 液压油污染的成因

        从图中可以清楚地看出液压油污染很大程度是与管理人员的维护保养有关。因此，提高管理人员的管理水平，科学、定期地维护保养可以有效地减少液压油的污染，从而减少液压设备的故障。上述故障一与故障二发生的原因之一就是液压油长期使用未换新造成其变质，引起油液污染而出现设备故障。笔者认为可以这样来加强对液压油的管理：(1)正确管理新油，避免开封后的新油暴露于大气之中，减少与空气、水分杂质的接触，添加液压油时务必经过细滤器，杜绝杂质进入系统；(2)严格按说明书的要求对液压油油质进行化验，超过规定的要求全部换新；(3)勤洗粗、精滤器，加强对系统的保养，减少系统的泄漏，避免空气进入系统，检修时注意清洁，防止异物、杂质进入系统；(4)根据环境温度及海水温度的变化及时调节冷却水量，防止油温过高油液变质。
        2.1.2 对液压系统及设备进行日常的检查和定期的维护保养是减少液压设备故障的重要保证:由于船舶本身的特殊性，船舶液压设备经常处于振动摇摆、海水的腐蚀之中，通过日常的检查和定期的维护保养并形成制度，有利于减少液压设备的损耗，避免故障的出现，提高船舶的安全性。笔者认为可通过如下几方面进行维护保养：(1)液压系统运行前的检查，检查系统的泊位油量、接头阀件有否泄漏以及各运动件有无卡阻现象，保证系统中各设备处于良好的状态；(2)系统运行中的检查，运行过程中应通过看、闻、听、摸检查系统各设备的运行状况，出现噪声、压力波动、泄露、振动等异常现象应马上进行分析查找其原因，消除安全隐患，确保系统的运行安全；(3)定期对液压设备及系统的维护保养减少管路泄漏、对易损件易老化的橡皮圈等进行检查换新，执行机构的传动、活动部位进行活络，防止生锈减少运行阻力。
        2.2 提高维修管理人员及操作人员的素质是减少故障行之有效的方法
        2.2.l 加强理论学习与实践培训相结合，以提高维修管理人员分析与解决故障的能力。笔者在船期间经常准备一些关于液压技术方面的书籍，利用机舱人员空余时间结合船上液压设备的相关说明书进行讨论与学习，增强管理人员对液压系统原理及液压设备构造的理解以利于检修与管理；同时对发生的每个故障进行详细的分析并进行经验交流，以提高管理人员判断处理液压设备故障的能力。通过以上的学习与经验交流提高管理人员的管理及分析解决故障的能力，确保液压设备的安全运行。上述故障二很大程度是由于检修人员知识及经验不足所致。
        2.2.2 提高操作人员的操作水平，督促其严格按照规定的操作程序进行操作，杜绝违章违规操作船舶上的液压设备及系统一般由机舱人员进行维护保养，而操作由甲板部人员负责，这样由于操作与检修属于不同的部门势必会存在这样的误区：操作人员会认为反正设备出现故障又不用他进行维修，倘若船东追究责任也是机舱维修人员的责任。所以，他们可能在操作中违规操作或者不按操作规程进行操作，这样会给液压系统及设备带来严重的安全隐患。笔者每一次上船服务时都会采取必要的措施减少此类现象的发生：(1) 同大副就甲板部使用机舱维护保养的液压设备出现故障时的责任归属问题进行磋商；(2) 督促主管轮机员对每种液压设备按照说明书的要求及操作规程制定相应的操作须知及注意事项，张贴在操作台处，让每个操作人员做到心知肚明，减少违规操作；(3) 制定必要的奖惩制度，奖励认真操作维护良好的人员，处罚违规人员，对严重违规的事故上报公司或船东进行处理。通过上述的措施大大减少违规操作，减少船舶液压设备故障的发生。
        3 结束语:不断地提高船舶管理人员对液压设备及系统的管理，加强液压设备的维护保养；不断提高管理人员的素质，增强操作人员遵章操作的意识，定能减少船舶液压设备故障的发生，确保船舶的安全，减少经济损失。