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拖缆机主要为海上或港口拖带、起抛锚等作业 提供拖曳功能，是海洋工程船和救助打捞拖船等船 舶的重要设备，其工况直接影响船舶拖曳性能和作 业安全，系柱拖力是衡量此类拖船能力主要参考指 标之一 。本文以某船救助作业中发生的拖缆机收缆 慢故障排除修理过程为例，简要介绍拖缆机的典型 结构和主要工作原理，并详细分析故障原因和解决 故障过程，供同人参考。 1 拖缆机结构概述 某救助拖船配有 ZICOM 公司 HTW-200-200-01 型拖缆机，液压驱动方式 ( 高压型) ，配备 2 个左右 对称的滚筒、2 台主油泵 。该拖缆机有 2 种驱动模 式 : 单驱动和双驱动 。每台主油泵通过液压油路驱 动油马达，通过对应的离合器驱动与之对应的滚筒， 此时为单驱动模式，在低速挡 (0 ~ 5 m / min) 额定拉 力1 000 kN;也可以通过中间离合器等转换利用左 右滚筒的 4 个油马达共同驱动 1 个滚筒，此时双驱 动模式，低速时滚筒额定拉力达 2 000 kN 。拖缆机 辅助液压系统包括刹车系统、棘轮系统和自动排缆 装置等，刹车系统通过液压系统控制滚筒外圈刹车 片抱住滚筒达到刹车目的，棘轮系统在应急情况下 使用，以确保安全 。该拖缆机自带与滚筒同步的机 械式排缆装置，绞车两端装有 2 个用于抛起锚链作 业的锚链轮 。拖缆机具有恒张力、动力刹车、应急释 放等功能，具有就地和驾驶室遥控及机旁应急等 3种操作模式。以左滚 筒 ( 右 滚 筒 结 构 与左滚筒结构基本一样，布置左右对称，见图 1) 为例，
单驱动时左滚筒主 油泵通过液压回路同时驱动 2 个左滚筒油马达，2 个油马达通过左滚筒空气离合器驱动左轴，空气离 合器正常的状态是一直合着的，在紧急状态可以通 过控制系统脱开空气离合器 。左滚筒驱动轴上带有 左滚筒离合器，只有左滚筒离合器处于合上状态时， 左滚筒驱动轴才会通过驱动与左滚筒一体大齿轮， 来驱动左滚筒的转动 。 中间离合器的设置为滚筒的 操作提供多种可能性 : 它可以由左右各 2 个油马达 共 同驱动左、右任一滚筒，实现大拖力的要求 ; 也可以用左边 2 个油马达通过中间离合器传递扭力经过 右滚筒离合器驱动右滚筒等来实现左右设备互为备 用 ( 右边油马达同样可以驱动左滚筒) 。 2 故障现象及应急操作 某日该船执行一起救助拖带任务，一艘约 5 万 t 散货船在 6 级海况中失去动力，急需拖带到安全水 域 。救助拖船抵达现场后，使用左侧拖缆机单驱动 拖带难船(具体方案为左主油泵驱动左边油马达， 通过左滚筒离合器带动左滚筒收放主拖缆) ，用低 速挡收主拖缆时，拖缆受力比较大，收缆速度非常缓 慢，存在瞬间绞不动的情况 。检查刹车、棘轮均处于 打开状态，左滚筒主油路压力大致稳定在 180 bar( 1 bar = 0．1 MPa) ，接近安全阀起跳压力 200 bar 。考 虑救助拖带情况比较紧急，轮机长和船长沟通后决 定用双驱模式驱动 : 左右油马达共同驱动左滚筒。按下左滚筒刹车，刹住左滚筒，为避免误操作及确保 安全合上左滚筒棘轮 。开启右滚筒油泵，确认右滚 筒离合器处于脱开的状态，合上中间离合器，脱开左 滚筒棘轮和刹车，操作左滚筒操作手柄，此时左、右 滚筒主油泵驱动各自液压马达，通过中间离合器和左滚筒离合器共同驱动左滚筒，收缆速度明显加快， 恢复正常作业 。 比较左右滚筒主油泵执行油压，右 滚筒油泵执行油压 115 bar，左滚筒油泵执行油压 75 bar 。对比油压初步推断，左拖缆机油泵到左马达液 压系统油路故障是造成收缆缓慢的主要原因。 3 系统工作原理 以左滚筒油泵系统 ( 见图 2 ) 为例 :
系统液压油 经双联 定 向 变量泵经模块阀组 P12 到 达 主 油 路 P21，左、右拖缆机油泵主油路可以相互连通，中间的连通阀 90a 在通常情况下是常闭状态 。主油路经截止阀 10a 和滤器 20a 后分为 2 路 ( 见图 3 ) :
机旁 应急操作阀 80a 和遥控操作阀 50a，通过应急操作 手柄或遥控操作手柄控制对应电磁阀可控制左拖缆 机油马达正转或反转，从而实现主拖缆的收与放。该拖缆机液压系统还具有主要安保功能 : 在收放主 油路之间有溢流阀 110a、110b，防止单侧压力过高 ; 平衡阀 120a、120b 具有滚筒限速的功能，防止单侧 油压未建立起来滚筒突然转动造成安全隐患 ; 恒张 力模块 220a，在长距离拖航或其他需要时，经过调 节电位器预设好缆绳的张力，系统会根据设定的张 力来自动调整拖缆的收放，达到恒张力控制。 4 故障分析 据前所述，故障主要表现是收缆时遇到拖力较 大，执行液压回路中压力没有匹配升高，滚筒转速过 慢 。左滚筒主油泵供压力油给左滚筒 2 个油定量马 达，在收主拖缆时，油马达驱动左滚筒对被拖难船做 功 。如果不考虑功率损耗因素，左滚筒主油泵的输 出功率和 2 个油马达总输出功率及左滚筒输出功率都相等，为了便于讨论，所有输出 输入功率都用 Pt 表示，2 个液压马达输入总流量为 QM (m3 / s) ，液压马 达每转排量为 qm (m3 / r) ，液压马达转速为 nt1 。则 :nt1 = 60QM /qm不考虑能量损失，对外做功功率为 Pt ，左滚筒 转动角速度为 ωt2 ，左滚筒液压油马达角速度为 ω t1 ， ω t1 = kωt2 ，对于固定拖缆机 k 为定值，与滚筒驱动轴 对应的齿轮数和被驱动滚筒外圈边缘的齿轮数有 关，左滚筒输出转矩为 Mt 。
由于液压马达为定量油马达，慢速收主拖缆时，被拖物缓慢移动，视为拖力 F 不变的情况下 ( 拖力 与转矩成正比) ，滚筒的转动角速度 ωt2缓慢，难船移 动速度 v 明显缓慢(v = ω t2R，R 为滚筒半径) 。Pt =Fv，则总功率 Pt 减少 。左拖缆机油泵驱通过油马达 驱动左滚筒拖带，按照对被拖物进行拖力计算数据 和以往拖带经验，以一挡速度(0 ~ 5 m / min) 拖带 10 万 t，拖力在 500 kN 左右，远小于拖船的系柱拖力， 现在难船 5 万 t，收拖缆应该非常轻松 。当需要加大收揽速度时，这时需要增加液压马达的输出功率，由推导出的公式 Mt = kΔpqm / (2 π) 可知，k、qm 为定值， 5 故障解决 由分析可知，故障的主要原因是流入液压马达 的流量 QM 不足或者油马达内漏导致效率不高 。 因 执行油压接近上限，基本排除油泵出口安全阀和执 行回路中卸荷阀非正常开启造成的供油不足的可能 性 。为快速解决故障，决定对故障进行分段处理，先 判断是主油泵输出问题还是执行回路的问题。 用右滚筒主油泵供左滚筒油马达，刹车系统设 置与上述左滚筒相同 。 如 图 2 所 示，打 开 隔 离 阀 90a，关闭右拖缆机油马达进油，右滚筒主油泵的压 力油供给左滚筒油马达 ; 将控制主泵排量的压力反 馈的隔离阀 80a 打开，左滚筒油马达执行油路的反 馈油压信号供给右滚筒主油泵控制机构，开启右滚 筒主油泵，缓慢操作对应收放手柄，收左滚筒主拖缆时(此时被拖船未解缆) ，左滚筒的转动角速度 ω t2明显加快，系统操作油压达 132 bar 。收缆作业完全 正常，推断左滚筒油马达执行部分完全正常，排除油 马达内部泄漏可能 。综上所述，可以确定为左滚筒 油马达供油量低导致马达输出动力不足，最终造成 收缆缓慢。 检查左主油泵周围没有明显的泄漏，故障发生 时，执行油路油压达 180 bar，推断左主油泵安全阀 100a 没有打开，安全阀设定压力为 220 bar 。初步怀 疑故障原因是左主油泵排量不足 。左主油泵由 2 个 定向变量泵组成，2 个变量泵相对独立，进油和排油 都是独立管路 。主执行油路上的压力油经梭阀选择 高压侧作为反馈油压，反 馈 油 压 LS21 经 节 流 阀 90a、梭阀 70a 后控制定向变量泵斜盘倾角，来调节主油路的流量和压力 。2 个双向定向变量泵各有一个调节阀块(见图 4 ) ，
阀块将反馈油压信号传递给 控制斜盘的活塞，控制斜倾角，以控制变量泵在工作 压力范围内正常工作 。根据油泵及油马达的工作原 理 : 反馈油压低，油泵斜盘的角度大，流量输出大 ; 反 之，反馈油压高，油泵的角度小，流量输出小 。阀块 上有 2 个调节旋钮，分别调节限制最低启动压力和 限 制最高压力，最低启动油压为主油泵启动时的起步油压，限制最高油压，如果超过最高限制压力，调 节阀块负责通过油压推动斜盘到小角度，达到保护 变量泵的作用 。为确定故障的具体原因，将反馈油 压 LS21 单独反馈给泵 1，用左主油泵带左滚筒，滚 筒能转动，速度偏慢 ; 将反馈油压 LS21 单独反馈泵 2，系统基本是没有油压，左滚筒不能转动 。为进一 步确认是泵 2 的问题故障还是调节阀块故障，将泵 2 的调节阀块拆下换上泵 1 的 调 节 阀 块 。 启 动 油 泵，用左油泵带左滚筒，滚筒能转动，速度偏慢 。故 障原因找到，泵 2 的调节阀块故障 。 虽然反馈油压 增大，因为泵 2 调节阀块故障，泵 2 始终处于零排量 位置，对应的执行油压没有匹配的升高 。对泵 2 的 调节阀块进行拆检，发现里面有 1 个阀芯卡阻，用帆 布稍微研磨、活络并装复，将反馈油路恢复正常 。启 动左主油泵，用左油泵带左滚筒，同等条件收主拖 缆，左滚筒转动速度正常，左油泵输出流量正常，油 压大致为 120 bar，故障解决。 6 结束语 拖缆机是拖船的重要设备之一 。本文对拖缆机 结构及液压工作原理作了简要分析，利用右主油泵 通过拖缆机互为备用的设计来带动左滚筒的替代方 式，快速找到故障根源，解决故障 。对于有双套液压 系统的双滚筒的拖缆机，如果其中一个设备有故障， 可能有几种替代方案，只有对其结构原理熟练掌握， 遇到故障，利用替代法对故障进行应急处理，亦可利 用此方法进行判断分析故障点，从而解决故障。 作者简介 : 何天浪，高级轮机长，(E-mail) hetianlang@ sina．com ; 王红兵，高级轮机长，(E-mail) tony_lion@ 163．com 来源：航海技术 |
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需要增加油压差来增大输出功率，拖缆机缓慢收缆 时执行油压已达 180 bar，接近最大油压，工作油压 差 Δp 接近最大值，由 Pt = ΔpQM，推理出液压马达 输入流量 QM 没有匹配升高。
