羅爾斯-羅伊斯AQM US 205-255系列舵槳滑差離合器淺析

牟 煒，張守波，范麗麗

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羅爾斯-羅伊斯AQM US 205-255系列舵槳滑差離合器淺析

牟 煒1，張守波2，范麗麗3

（1.日照港股份有限公司輪駁分公司，山東日照 276826；2. 日照港股份有限公司第一港務分公司，山東日照276826；3.日照港集團有限公司鐵路運輸公司，山東日照276826）

本文主要介紹Rolls-Royce公司全回轉推進系統滑差離合器液壓及控制系統工作原理，常見故障及其處理方法，存在的缺陷及缺陷整改方案。

全回轉推進器 滑差離合器 比例調壓閥 先導式溢流閥 電磁兩位四通換向閥

0 引言

芬蘭Rolls-Royce公司研制的全回轉推進系統（azimuth thrusters）應用在日照港股份輪駁公司5000-6800馬力拖輪上，該系統可實現360度回轉，主機動力傳遞給螺旋槳通過內置式離合器實現。這種離合器具有滑差功能，類似汽車起步時的半聯動，通過駕駛員緩慢操作加速手柄，可以實現螺旋槳轉速由0均勻上升到主機怠速時螺旋槳對應的速度（由于傳動比不同，主機轉速相同時，螺旋槳速度不同），避免了起步時對主機的沖擊。這個系統液壓控制原理比較復雜，我們通過幾年的潛心研究，加上日常的故障診斷、處理，基本掌握了這個系統的控制原理，并且能夠比較熟練地處理日常故障。

1 系統原理及分析

Aquamaster Us 205-255離合器操作及潤滑液壓系統液壓控制原理圖如圖1。

1.1本體上的附件（自左至右）

1) 加油透氣孔

2) ○18溫度計

3) ST200報警用溫度開關

4) SL200液位開關，低位報警用

5) 油尺

1.2工作原理分析

PS1、PS2是液壓泵CP1、CP2在油箱中的取油口，兩臺并聯運行的液壓泵是傳動軸系的動力經增速皮帶傳動，泵的排出壓力由第一級先導式溢流閥調定在3.6 MPa，（圖中VPSC），溢流閥的功能是控制閥前壓力穩定，因此該溢流閥把泵的排出壓力，即圖中CP點壓力控制在3.6 MPa。溢流閥的控制原理簡要分析如下：當主機轉速上升，泵排量上升，壓力上升，控制壓力上升，先導式溢流閥開度加大，主閥上部壓力很快下降，主閥閥芯向上移動，開度加大，溢流量增加，使閥前壓力下降。

當泵轉速下降，泵排量下降，壓力下降，控制壓力下降，先導式溢流閥關小，先導式溢流閥前壓力上升，液壓力和彈簧力將主閥芯壓下，主閥流量減小，使閥前壓力上升。

先導閥中的兩個節流孔起延時作用，避免調整時出現沖擊和脈動。采用先導式溢流閥，導閥的體積可以做的較小，彈簧也比較小，因此動作比較靈敏。一旦油壓變化，可以實現動態超調，靜態壓差小，同時由于小活塞的壓力放大作用，溢流閥的整體體積也大大減小。先導式溢流閥靜態調壓偏差一般不大于整定壓力的5%。

第一級溢流閥的溢油經φ30×3.5管子直接回油箱，泵的排油供離合器操作及潤滑使用。3.6 MPa壓力油經濾器轉換閥進入濾器，該雙聯濾器既可以單獨使用又可以同時使用。SP230、SP231是與濾器并聯的壓力開關，一旦濾器堵塞，濾器進出口壓力差加大，壓差大于或等于壓力開關的設定壓力時，壓力開關動作，發出濾器堵塞報警（oil filter clogged）。提醒管理人員需要更換濾芯，或者將轉換手柄轉換到另一只濾器上。當壓差大于同濾器并聯的單向背壓閥設定壓力時，壓力油可以經過單向背壓閥流通，可以操作，但過濾器已不起作用。要及時清洗或更換濾器。

油從過濾器流出以后分成兩路：一路往上，供離合器離合用。一路往右，供離合器摩擦片冷卻和軸承潤滑用。濾器出口油壓由第二級溢流閥調定在2.5 MPa。

離合器的操作—滑擦及完全嚙合工作原理：當未發出完全嚙合信號時，即滑擦狀態時，駕駛臺操作手柄控制的一個微動開關未接通，電磁兩位四通換向閥（VCL2）電磁線圈Y360通電，換向閥右位通，此時操作離合器嚙合的油壓，由VCL1電動比例調壓閥設定，嚙合壓力的高低取決于駕駛臺操作手柄壓入角度的大小。壓入角度越小，比例調壓閥與主閥共同作用的結果是使得嚙合離合器的油壓越低。隨著操作手柄壓入角度的加大，Y362線圈電流加大，比例閥輸出油壓逐漸升高，此壓力在0～1.0 MPa之間浮動，即控制離合器滑擦的油壓在0～1.0 MPa之間。這個操作要靠駕駛員的手感和熟練程度來完成，類似于汽車起步時對半聯動的掌握，控制不到位會產生合車過快，對汽車來說會使發動機熄火，在頂靠大型船舶時柴油機會冒黑煙，情況嚴重時會造成主機停車。

當手柄繼續向前向下壓到某一位置時，會聽到一個“咔嚓”聲，這表明手柄控制的一個微動開關接通，此時兩位四通換向閥VCL2的電磁線圈Y361通電，線圈Y360斷電，VCL2左位通，2.5 MPa的壓力油通過φ3 mm小孔的延時后直接作用于離合器活塞，離合器完全合上，同時2.5 MPa的壓力油將比例調壓閥的主閥芯推向完全關閉狀態，此時離合器的嚙合油壓不再由VCL1設定。圖中壓力開關SP313，是嚙合油低壓報警用，設定壓力1.0 MPa，當嚙合油壓小于或等于1.0 MPA時發出報警。壓力開關SP300，主機加速聯鎖用，設定壓力1.5 MPa，感受離合器嚙合壓力，當嚙合壓力低于1.5 MPa時，開關動作，發出聯鎖信號，使主機不能加速，只能維持怠速運行，螺旋槳轉速不超過138 RPM，防止嚙合油壓過低盲目加速，造成摩擦片打滑，從而保護離合器摩擦片，不會由于操作油壓過低，在結合不徹底的情況下高速運轉，出現過熱、甚至燒壞。

每一只壓力開關前都設有一個可調節流閥，節流閥開度約3/4圈即可，不宜過大，開度過大壓力開關動作時產生沖擊，容易造成壓力開關損壞，壓力表MP300顯示離合器操作壓力，在起步階段表顯示的壓力從0慢慢加大到1.0 MPa，過了滑差區壓力會從1.0 MPa躍變到2.5 MPa 。

第一級溢流閥溢油直接回油箱。

第二級溢流閥溢油經1.0 MPA溢流閥設定后供離合器摩擦片冷卻以及各處潤滑點潤滑用。同時重力密封油柜的補油也來自潤滑系統。

第三級溢流閥調定在1.0 MPa，閥前壓力1.0 MPa供冷卻用，閥后油壓通過背壓閥背壓后供潤滑用。

VQCL電磁兩位四通閥是離合器冷卻油流量控制閥，當離合器摩擦片處在脫開位置時，Y363電磁線圈不通電，兩位四通閥右位導通，即圖中所示導通狀態，冷卻油量經φ3 mm小孔節流，流量很小。當離合器合上時，電磁線圈Y363通電，兩位四通閥左位導通，冷卻油直接通過換向閥，并通過φ25×2.5的管子給摩擦片提供冷卻油，流量加大。

第三級溢流閥的溢油經冷卻器冷卻后，由單向背壓閥保持在0.175 MPa，一路（L3節點）向上后再向左經φ12×2管子給行星齒輪（planetary gear）提供潤滑；有兩路（L1、L2節點）先向下再向右經φ16×2管子給軸承（bearing）提供潤滑；另外一路（L4節點）向上后再向右經φ12×2管子，再通過截止閥給重力密封油柜（gravity tank）補油，重力密封油柜的油供舵軸及艉軸密封用，油壓高于海水壓力，防止海水漏入。其工作原理與simplex尾軸密封裝置有相似之處。

圖中○45為壓力測量點，對三只先導式溢流閥進行調整時，要分別在三只閥所控制的壓力點接入壓力表進行調整，切記不要盲目調整。

2 使用中發現的問題

1) SP300聯鎖開關動作異常，造成主機不能加速。

2) 3.6 MPa溢流閥調整松動，或2.5 MPa溢流閥調整過大，造成2.5 MPa溢流閥不溢油，冷卻和潤滑油丟失。

3) 比例調壓閥動作異常，滑差不均勻或部分丟失。

4) 重力油柜異常漏油等。

5) SP300主機加速聯鎖信號，當離合器嚙合有壓力大于1.5 MPa時，SP300動作，主機可以正常加速。

造成SP300壓力開關不動作情況可能有：

（1）第Ⅱ級溢流閥調整螺釘松動，使得離合器的實際嚙合壓力小于1.5 MPa。還有一種原因是某種異常情況導致第Ⅰ級溢流閥將泵的出口壓力設定過低，也會出現這種情況。只要嚙合壓力在1.0MPa以上，系統是不會報警的。只有當嚙合油壓力小于1.5MPa時，壓力開關SP300觸點斷開，造成主機不能加速。判斷油壓是否正常，需要將壓力表接入圖中點，調整三只先導式溢流閥的設定壓力，將閥前壓力分別調整在3.6、2.5、1.0 MPa。

（2）節流閥開度過小或關閉。也可能是節流孔被異物堵塞，油壓傳遞異常。

（3）壓力正常，但開關動作不正常。

（4）由于壓力 不正常，觸點是斷開，所以，線路接觸不良也會出現這種現象。

（5）液壓管路空氣沒有徹底排干凈。

6) 滑差異常原因

（1）滑差一點沒有，過了滑差區，離合器可以合上。

從圖中可以看出比例調壓閥是由先導溢流閥和主閥組合而成，比例線圈的電磁力和先導閥的彈簧力是疊加效應，而且是負疊加。開始時，電磁力最小，彈簧力使得先導閥處于關閉狀態，主閥在彈簧力和油壓力共同作用下，也在關閉狀態。隨著電磁力增加，先導閥開度也增加，主閥左側泄油，主閥芯向左移動，控制離合器嚙合的油壓增加，油壓與電磁線圈的電磁力成比例，當先導閥無法開啟或先導閥的泄油口堵塞時，主閥就不能開啟，滑差就會消失。

（2）滑差前半段或后半段沒有

整個比例調壓閥由導閥和主閥組成，閥的動作受彈簧力、電磁力、閥芯重力等影響，完全相同的兩只閥，電磁線圈動作的起始值和終止值也不一樣。因此，對比例閥解體后，再重新裝復，就可能使部分滑差區丟失，這時就需要用電腦軟件對設定值進行調整。

7) 重力油柜漏油嚴重

重力油柜里的油主要對舵軸和螺旋槳軸（艉軸后端）密封裝置起潤滑和密封作用，油壓力稍高于海水壓力可以防止海水漏入油中，正常情況下允許微量油外漏，當密封裝置磨損嚴重或進入異物時，可能導致漏油嚴重。

3 主要報警點

1) SL200低油位報警。

2) ST200滑油高溫報警，設定值80℃。

3) SP313離合器操作油低壓報警，設定值1.0 MPa。

4) ST310離合器高溫報警。設定值95℃。

5) SP230、SP231濾器堵塞報警。

4 改進建議

1) 潤滑油管路增設滑油壓力傳感器，當潤滑油壓力低于0.1 MPa時，壓力開關觸點斷開，將此開關量引入報警系統，發出聲光報警。

2) 潤滑油管路增設壓力表，直接顯示潤滑油壓力，值班巡視時經常查看潤滑油的實際壓力。

[1] 羅爾斯-羅伊斯全回轉控制系統使用說明書, Rauma, 芬蘭.

[2] 龔雪根, 陸志才. 船舶操縱. 北京: 人民交通出版社, 2006.

Introduction of Series AQM US 205-255 Slip Clutch of the Rolls-Royce

Mou Wei1, Zhang Shoubo2, Fan Lili3

(Barge Branch, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 2. The First Filiale of Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China; 3. Ministry of Railway Expansion Project, Rizhao Port Co., Ltd., Rizhao 276826, Shandong, China)

U463.211

A

1003-4862（2015）02-0037-03

2014-04-24

牟煒（1975－），男，工程師。研究方向：機電一體化。