自動潤滑脂系統在挖泥船上的應用

伍 駿

(中交廣州航道局有限公司， 廣東 廣州 510220)

0 引 言

挖泥船是用于航道清淤維護和吹填造地的施工作業船舶，需靠全船分散布置的挖泥機具協同運行才能完成施工作業。隨著挖泥船的設計建造向大型化發展，較難對船上低速重載運轉的的挖泥機具進行人工手動潤滑，且當挖泥機具在水下工作或挖泥船在外海風浪工作環境下施工時，人工潤滑維護將會有很大的安全風險甚至無法實施，因此自動潤滑脂系統的應用就起到了非常重要的作用。自動潤滑脂系統不但可以代替人工對挖泥機具進行潤滑維護，而且還可以通過高壓潤滑脂泵將潤滑脂輸送到人員不易到達的狹窄處或高空處所，減輕人員體力勞動并降低高空作業風險。本文介紹自動潤滑脂系統的組成及其在絞吸挖泥船、耙吸挖泥船和開體泥駁等不同挖泥船上的應用及布置，并闡述安裝調試自動潤滑脂系統的要點。

1 自動潤滑脂系統組成

自動潤滑脂系統一般由帶電機的潤滑脂泵、安全閥組件、遞進式分配器、潤滑脂管路和電控系統等5部分組成。按照工程裝備潤滑脂潤滑點的分布情況，將自動潤滑脂系統分為遞進式潤滑脂系統和多線式潤滑脂系統，如圖1所示。

圖1 自動潤滑脂系統組成類型

1.1 兩種潤滑脂系統介紹

(1) 中央遞進式潤滑脂系統選用單臺潤滑脂泵單點輸出定量潤滑脂，再通過不同形式的遞進式分配器層層擴散式分配輸送潤滑脂到各潤滑點[1]。其優點是節省設備投入成本，但單個潤滑點輸出排量受限于單點泵芯的輸出排量，只能應用在若干個距離較近的潤滑點或單個潤滑點潤滑量不高的場所。

(2) 多線式潤滑脂系統選用單臺多點輸出潤滑脂泵，通過潤滑脂泵上的多個輸出泵芯連接多條輸出管路系統，將潤滑脂輸送到各潤滑點[2]，部分輸出管路還可根據情況再安裝遞進式分配器進行潤滑點的擴展輸出。其優點是每個輸出泵芯的潤滑脂輸出排量可單獨調節，滿足在持續潤滑時不同潤滑點的不同潤滑脂供給量的需求，可應用在潤滑點數量多、分散且距離較遠的場所，并可利用遞進式分配器進行多層次擴展。

挖泥船的挖泥機具較多，潤滑點分布較廣，不同潤滑點的潤滑脂供給量并不一定相同。隨著潤滑脂泵技術的發展，近年新造的挖泥船基本都采用多臺多線式潤滑脂泵組成自動潤滑脂系統對船上的挖泥機具進行潤滑。本文以多線式潤滑脂系統為例進行介紹。

1.2 電機驅動的多線式潤滑脂泵

多線式潤滑脂泵由泵本體、輸出泵芯、驅動電機和潤滑脂罐組成。以美國林肯(LINCOLN)牌潤滑脂泵作為選型示例，如圖2所示。

圖 2 LINCOLN牌多線式潤滑脂泵外形圖

影響潤滑脂泵選型的因素如下：

(1) 多線式潤滑脂泵的型號需根據區域或設備機具上潤滑點的數量進行選擇。LINCOLN牌P215型多線式潤滑脂泵的泵芯數量為15個，一般留余量1～2個泵芯作為備用，其余泵芯連接潤滑脂管路系統。

(2) 由于潤滑脂屬于黏度較高的流體介質，其動力黏度在40 ℃時達220 mm2/s[3]，因此要求潤滑脂泵具有較高的工作壓力才能將其輸送到潤滑點。潤滑脂泵工作壓力可選范圍在20～35 MPa，一般工作壓力在25 MPa以上的潤滑脂泵可滿足要求。

(3) 區域或設備機具上潤滑點所需的潤滑脂總量也是選擇多線式潤滑脂泵泵芯活塞直徑和減速比的重要參考。LINCOLN牌P215型多線式潤滑脂泵參數如表1所示，每活塞行程油脂最大輸出量在25%～100%調節：當泵芯活塞直徑為6 mm時，為0.040～0.160 cm3；當泵芯活塞直徑為7 mm時，為0.057～0.230 cm3。

表1 P215型多線式潤滑脂泵潤滑脂不同減速比每小時最大輸出量 cm3

從表1可知，減速比和泵芯活塞直徑是影響潤滑脂泵輸出排量的參數，減速比越小，泵芯活塞直徑越大，潤滑脂每小時輸出排量就越大。多線潤滑脂泵的優點之一是每個泵芯的輸出排量可單獨在25%～100%調節，因此每個點的輸出排量可根據其終端潤滑點的潤滑脂用量進行調節，這樣就可實現單泵滿足所在區域不同的設備機具的潤滑要求，從而節省投資成本。

(4) 潤滑脂泵上的潤滑脂罐一般選擇安裝超聲波探頭，用于探測罐內潤滑脂的液位，保護泵的運轉，并輸出反饋信號給電控系統。

1.3 潤滑脂泵安全閥

潤滑脂黏度較大，需較大的工作壓力才能將其輸送。為保護泵芯不因潤滑脂壓力過大而有所損傷，需在潤滑脂系統上安裝安全閥來保護潤滑脂泵。安全閥不裝在泵本體上，而是通過T型接頭安裝在每個泵芯出口管路上，如圖3所示。多線式潤滑脂泵每個泵芯出口都須配安全閥。

圖3 潤滑脂泵安全閥

1.4 遞進式分配器

遞進式分配器是靠內部各活塞運動定量分配潤滑脂的一種裝置。以LINCOLN牌常規SSV型分配器為例，其輸出口有6～22個，在此基礎上可延伸出具有監控和調節功能的其他型號。如圖4所示，1～8為輸出口，A～D為4個柱塞。

當潤滑點數量多于多線式潤滑脂泵泵芯數量時，并不是所有潤滑點都能與泵芯一對一連接，選用遞進式分配器來拓展連接多出的潤滑點是一種經濟合適的方案。在分配潤滑脂系統的潤滑量時，通過對分配器部分輸出口的封堵，可以內部調節其余輸出口的潤滑脂量，這為內部定量分配提供了多種組合。因此，合理選用遞進式分配器與多線式潤滑脂泵進行組合，將會節省投入成本。

1.5 電控系統

潤滑脂泵的常規控制是一個潤滑脂泵對應一個電控箱，電控箱除控制潤滑脂泵電機的啟停外，還具備潤滑時間間隔設定和報警功能。潤滑時間的設置是潤滑脂控制系統非常重要的功能之一。這是因為潤滑脂是非常黏稠的流體，在潤滑點有很高的附著力且存在的時間較長，而且系統不存在回油設計，如果潤滑脂泵電機一直不停運轉，則附著在潤滑點的潤滑脂會越積越多，并會掉落在工作區域，造成甲板和海洋污染，所以須根據每個潤滑區域的工作情況設定每臺對應潤滑脂泵的潤滑時間間隔，即多長時間啟動一次潤滑脂泵，每次運轉多長時間。如圖5所示，通過上、下、左、右等4個按鈕設置潤滑脂系統的潤滑時間和間隔時間，電控箱上需配置LED顯示屏和PLC控制模塊。

圖4 遞進式分配器

圖5 潤滑脂泵電控箱

2 自動潤滑脂系統在挖泥船上的應用

由于挖泥船需靠全船分散布置的挖泥機具協同運行才能完成施工作業，因此自動潤滑脂系統主要潤滑挖泥機具上的動作部件。近年新造的挖泥船基本采用多臺多線式潤滑脂系統對船上的挖泥機具進行潤滑，需通過潤滑點的分布來劃分潤滑區域，從而合理布置船上的潤滑脂管路。

2.1 在絞吸挖泥船上的應用

(1) 絞吸船的潤滑脂使用區域一般集中在鋼樁臺車﹑旋轉彎頭﹑絞刀梁起升滑輪組和橫移錨系統等4處，從成本和安全性出發，一些人員較易到達的潤滑脂點和擺動幅度較大的挖泥機具采用手動加注潤滑脂，其他的采用自動潤滑。以IHC8527MP型絞吸船鋼樁臺車自動潤滑潤滑脂點分布為例，如表2所示，潤滑點的數量為20個，每個潤滑點對應1個泵芯，應選取泵芯數量超過15個的多線式潤滑脂泵。

表2 鋼樁臺車自動潤滑潤滑脂點分布表

潤滑的部位主要是工作機構的軸承等旋轉部件。每點的潤滑量計算公式[4]為

利用軸承外徑和寬度估算填充量：

Q= 0.005·D·B

(1)

利用軸承內徑和寬度估算填充量：

Q=0.01·d·B

(2)

式(1)和式(2)中：Q為潤滑脂填充量，cm3;D為軸承外徑，mm;d為軸承內徑，mm;B為軸承寬度，mm。

如第1.1節所述，多點潤滑脂泵的每個點的輸出排量可根據其終端潤滑點的潤滑脂用量進行調節，因此1臺多線式潤滑脂泵就可滿足鋼樁臺車的潤滑要求，潤滑的時間間隔可通過電控系統進行設置。

(2) 絞吸船的鋼樁起升油缸滑輪組在油缸升降時始終處于高空位置，無法用硬質鋼管連接潤滑，早期采用較長的軟管垂下來再手工加注潤滑脂，但軟管易折斷且干擾升降，改進后采用新式定時潤滑脂罐進行補油，如圖6所示。

定時潤滑脂罐內有干電池盒，在進行人工定時設置后，可產生氫氣推動罐內活塞從而進行潤滑脂自動均勻加注，如圖7所示。

2.2 在耙吸挖泥船上的應用

耙吸船的潤滑脂使用區域分布在耙臂吊架和舵機兩處，其中舵機屬于需取得CCS證書的船用產品，須單獨設置1套潤滑脂泵組，不能與耙臂吊架共用潤滑脂泵組。耙臂吊架需自動潤滑的區域主要是吊架高處的油缸銷軸銅套和門架轉動銷軸銅套等部位。如圖8箭頭所示。

雙耙挖泥船的吊架在左右舷各有3組，自動潤滑點數量較多，因此通過1臺多線潤滑脂泵結合分配器進行自動潤滑是比較經濟合理的方案。圖9所示是單舷耙臂吊架的潤滑方案。

圖6 鋼樁起升滑輪組潤滑方式

圖7 定時潤滑脂罐構造圖

圖8 耙臂彎頭吊架自動潤滑點位置圖

圖9 耙臂吊架自動潤滑脂系統原理圖

從圖9可看出，結合了分配器方案后，多線式潤滑脂泵剩余的輸出點可再結合分配器配置到另外一舷的耙臂吊架的自動潤滑點，而且還有富余的輸出點可以作其他用途。

2.3 在開體泥駁上的應用

開體泥駁的潤滑脂使用區域主要在艏艉部開體油缸鉸鏈和艏艉部主甲板鉸鏈等4處，此配置是因為其動作機構與船的開合體動作有關，同時開體油缸鉸鏈所處的位置在封閉的油缸艙內并與海水相通，人員很難進行潤滑維護，所以配置2臺多線式潤滑脂泵分別進行自動潤滑，如圖10所示。

圖10 開體泥駁自動潤滑脂系統原理圖

開體泥駁的自動潤滑脂系統的工作特點與一般挖泥船不同，潤滑脂的供給需配合開體泥駁的開合體動作進行。

(1) 在連續24 h內，當開體泥駁沒有執行過開合體動作時，每臺潤滑脂泵自動運行1次，運行時間為5 min。

(2) 在開體泥駁每個開合體動作執行(觸發并輸出信號)時，每臺潤滑脂泵自動運行1次，其中開體時運行時間為3 min，合體時運行時間為5 min，若運行時間還未結束時再有信號輸入，則潤滑脂泵再重新運行1次。

(3) 當轉換開合體動作(觸發并輸出信號)時，潤滑脂泵的運行時間自動歸零并重新運行。

3 自動潤滑脂系統的安裝及調試

3.1 潤滑脂管管材選用

潤滑脂管材及附件的規格選型與常規動力管系規格選型的要求不一樣，由于潤滑脂是黏度很高且流速很慢的流體介質，即使管子接頭漏油也只是緩慢滲出，并不像其他高壓液體高速射出從而傷及人員和設備，因此不需要按潤滑脂泵的工作壓力選型，只需按船級社規范對III級管系[5]的要求進行選型即可。若設計人員堅持按潤滑脂系統工作壓力選用液壓管卡套接頭作為管路的連接件，將極大地增加成本。管材及附件規格選型時有以下幾點需要注意:

(1) 潤滑脂管的規格一般有Φ6 mm和Φ10 mm兩種，管材壁厚通常選用1.0 mm或1.5 mm。室外潤滑脂管應選用316L不銹鋼管，而不能用銅管代替。

(2) 潤滑脂連接件選用卡套接頭形式，室外的應選用316L不銹鋼材質，接頭規格與管徑相配不需要按系統工作壓力選型，但不能選用焊接式接頭或焊接法蘭，否則焊渣易堵住細小的潤滑脂管，導致潤滑脂無法輸送。

(3) 由于潤滑脂管管徑較細且一般多根并排布置，應選用輕型液壓管夾作為管路布置的固定支撐，既美觀又能保護壁薄的油脂管不會因為船舶振動而損壞。

3.2 潤滑脂選用

通常船用設備選用俗稱“黃油”的鈣基潤滑脂，其有良好的耐水性，但挖泥船的大部分挖泥機具都在水線下工作，因此應選用具有較高附著力、結構穩定性和抗水污染能力的潤滑脂類型。根據多條挖泥船的使用效果，推薦美孚潤滑脂 XHP 222。該潤滑脂是具有優異性能的長效復合鋰基潤滑脂[6-7]，特別適合惡劣的工作條件，包括高溫、水污染、沖擊載荷以及加脂周期長的工況，其特性、優點及潛在效益如表3所示。

表3 美孚潤滑脂XHP 222特性、優點及潛在效益

該牌號潤滑脂不但可以用于甲板機械和挖泥機具的潤滑保養，也可用于如艙內軸系傳動軸承等的潤滑，其特性可覆蓋大多數船用設備的潤滑要求。

3.3 潤滑脂系統調試

潤滑脂系統的調試主要需注意以下3個方面:

(1) 由于潤滑脂是黏度較高且流速較慢的流體介質，若單靠潤滑脂泵將罐內的潤滑脂注滿整個潤滑脂系統非常耗時，距離長且繞彎的管路可能一周也加注不完。因此在調試潤滑脂系統前，必須用氣動潤滑脂泵抽取外購潤滑脂筒內的潤滑脂注入整個管系，并用手動潤滑脂槍先對設備潤滑脂點進行手動加注，以使整套系統都充滿潤滑脂。在調試時，潤滑脂泵運行較短時間后，若連接設備潤滑脂點的管接頭(調試時松開)流出潤滑脂，則代表管路是通暢的。

(2) 若按系統的工作壓力對管系進行密性試驗顯然浪費人力資源，通常的做法是加注潤滑脂后啟動潤滑脂泵查找泄漏點，再對有泄漏的連接管件進行上緊。

(3) 潤滑脂管路系統調試正常后需按設計要求設置潤滑脂系統的潤滑時間和間隔時間。

4 結束語

自動潤滑脂系統在挖泥船上的應用可根據不同的需求進行多種組合。該系統對于挖泥船水下作業機具的潤滑起到必要的保障作用，同時又能代替非必要的人工操作。根據多艘挖泥船的應用情況，歸納總結了自動潤滑脂系統的組成及其在挖泥船上的應用要點，為日后其他類型的工程船舶應用自動潤滑脂系統提供了參考。