船用绞缆（锚）机液压马达壳体破裂事故分析
1．简介
由于液压马达系统具有结构简单、低速性能良好、抗冲击、工作可靠等特点，所以在船舶的绞缆（锚）机上得到广泛应用。近几年来连续出现几次液压马达壳体破裂事故，类似事故在其他港口中也有发生。
2．事故基本情况
某公司使用在3088 kW拖轮上的液压绞缆机系统采用的马达型号为MRH-750，在拖轮助泊作业过程中，出现绞缆机液压马达壳体破裂，主要有以下3种情况。
(1)刹车打滑出现壳体破裂。拖轮在拖离作业时，放出拖缆，绞缆机处于刹车状态，在风浪较大时，因风浪影响，主缆受到船体晃动的冲击力或用做顶推时拖缆系在大轮上放出的缓冲长度小于浪高，在波谷时拖缆受船体重量的影响，使缆绳受力大于刹车力，绞缆机刹车打滑，造成液压马达壳体破裂。
(2)刹车失灵出现壳体破裂。采用液压刹车的绞缆机，当在拖离作业时，刹车系统故障或液压泵突然停泵，刹车不能自锁而失灵，使主缆的作用力直接作用在液压马达上，造成液压马达壳体破裂。
(3)放缆过程出现壳体破裂。大马力拖轮在助泊作业过程中，采用的是顶推联合作业。在助泊过程中，主缆始终系在被助泊的大轮上。顶推时，主缆回收；拖离时，拖轮倒车，绞缆机放缆，放到一定长度时，开始拖离作业。这样，每次助泊作业过程中，绞缆机平均需10次左右收、放缆作业。如需从顶推紧急换成拖离时，拖轮迅速倒车，绞缆机快速放缆，当拖轮倒车航速高于绞缆机放缆速度时，绞缆机液压马达出现壳体破裂。
 3．壳体破裂现象
从5次液压马达壳体破损现象看，破裂的部位和形状有一定的规律。从液压马达5次壳体破裂所分布的缸号来看，3次出现在第4缸(见图Z)，2次出现在第1缸。如以绞缆机放缆为基准，液压马达为B管进油，A管排油时，不管是放缆过程中还是刹车打滑和刹车失灵后出现的壳体破裂，都在第4缸。如A、B管相反，则壳体破裂在第1缸。
从壳体破裂的形状看，5次破裂形状相同，裂纹都出现在缸体油道进口处，以油道进口处为中心向外分布，只是裂纹的长度和数量不同。
液压马达破裂后，经拆检，除壳体裂纹外，缸盖、活塞件、传动件都正常。系统中的管系、安全阀、操纵阀有轻微异常，其他正常，只要更换液压马达的壳体，系统即恢复正常。
4．原因分析
从液压马达壳体破裂情况分析，都存在外力大于液压马达输出力，使液压马达出现泵工况。综合壳体破裂的现象分析，主要原因如下。
(1)刹车打滑和失灵时，出现的液压马达壳体破裂，主要出现在没有补液的液压系统中。绞缆机刹车时，操纵阀联锁关闭，系统不向液压马达供油，当刹车打滑时，主缆滑出，带动液压马达向放缆方向转动成泵状态，A管排油经安全阀通过B管进油。通常液压马达的容积效率为90%～95%，在循环过程中，有近10%的液压油进入液压马达低压油腔，经低压管系回到油箱，使系统油量不断减少，产生真空。同样，在相对位置最高的第4缸最先出现气液两相流，造成液压马达壳体破裂。如A、B管接人相反，则破裂出现在第1缸。
(2)在放缆过程中，拖轮倒车航速高于绞缆机放缆速度，绞缆机外力大于液压马达输出力，使液压马达处于泵工作状态。从5次壳体破裂情况看，绞缆机放缆的速度都相对较低，实际使用时高速挡在20～50m/min，而拖轮正常作业时，主机以最低稳定转速(400r/min)带主缆倒航，在0～50m时，航速即可达3～4节(93～120m/min)。通常作业时，放缆长度在50～100m。所以，在助泊作业时，从顶推紧急转至拖离时，拖轮的倒车航速控制不好，最后就会出现拖轮拖动绞缆机以90～120m/min的速度放缆，使绞缆机液压马达处于泵状态，对应所需吸收流量为儿0～140L/min。而液压系统中液压泵输出流量不够，使系统出现真空状态根据气液两相流理论，当真空状态达到一定值时，系统液压油会释放空气。因放缆时，通常B管进油，A管排油，液压马达各缸工作次序为1-2-3-4-5循环，这样会使系统中处于最高位置的第4缸最先出现气液两相流，在第4缸活塞下行时，缸内油道进口处出现大气团，循环到活塞上行时，气团迅速破裂爆炸，产生高压，造成液压马达缸体以油道进口处为中心的破裂裂纹。如A、B管接入相反，则破裂出现在液压马达的第1缸上，成因相同。但可排除液压马达超速的可能，因该液压马达的转速范围为1～400r/min，对应液压马达在400r/min时，放缆速度为l50m/min，航速要高于6节。而拖轮在带缆倒车时(主机转速400～450r/min)，难以达到这一速度，所以完全可排除超速损坏的可能性。
5．预防措施
从造成液压马达壳体破裂事故的原因来看，是由于液压马达处于泵工作状态时，造成系统真空所引起的。要防止液压马达壳体破裂，必须防止系统真空的出现，主要措施如下。
(1)在设计绞缆机液压系统时的措施。
1)应充分考虑到实际作业中对快速放缆的需要。从液压马达本身性能和绞缆机装船尺寸来看，放缆速度可达到150m/min，可以满足紧急放缆的要求。关键是液压泵的输出量，在设计时要保证液压马达全速时的供油，选用变量泵，最大排量在150 L/min左右；
2)要增加能快速单向补油的补油系统，补油管要接到液压马达放缆时的进油管上，补油量要大于液压马达最大可能的泵油量，防止液压马达出现泵状态，使系统出现真空；
3)安全阀的安装位置尽量靠近液压马达；
4)绞缆机的离合器能遥控方便地离合，使放缆时，在控制台操纵离合器脱开，可以自由放缆，液压马达不受影响；刹车时，脱开离合器，即使刹车打滑，液压马达也不受外力影响，或采用单向输出离合器，防止外力反输到液压马达上；
5)刹车系统采用弹簧液压刹车，即使遇刹车系统故障或液压泵突然停泵，刹车能自锁。
(2)在正常作业时的措施。在正常作业时，要防止拖轮高速倒车，使拖轮的倒车航速与绞缆机的放缆速度相同。
(3)在大风浪顶推作业时的措施。在大风浪顶推作业时，要根据浪高，在甲板上放出相应长度的缓冲缆，防止在波谷时，拖轮的船体重力作用在主缆上，造成刹车打滑。
(4)在拖离时的措施。在拖离时，适当放长拖缆，长度应在70m以上，防止受风浪影响，主缆受冲击力大于刹车力，造成刹车打滑。必要时主缆在缆桩上挽一道或人工脱开离合器。
上述改进并推广应用已取得良好的效果，有效地防止此类事故的发生。 |
