淺談船用拖纜機抽纜事故可能原因及分析、總結

龐宏偉 北海救助局

船用拖纜機是海上生產作業必不可少的大型拖帶設備，應用非常廣泛，如：海上大型船舶、平臺的定位與拖帶；為大型石油平臺的拋、起錨服務等。隨著科學技術的發展，拖纜機的制造技術有了長足進步，發生了動力系統由電動到液壓，控制方式由人工化到自動化、智能化的轉變，拖帶能力變大，操作更簡便，使用更安全，作業更高效。但由于使用頻繁、保養不到位、操作不當等各種原因導致拖纜機故障，重大事故時有發生，其中拖纜機溜纜、抽纜的事故較為常見，造成的后果較嚴重。筆者以親身接觸到一款新型拖纜機（型號：HTW-200-200-01）為分析載體，根據自己的理解和體驗，對拖航作業中經常出現溜纜或抽纜的現象進行分析，詳解原因，與同仁共享。

1.HTW-200-200-01型拖纜機的系統組成及工作過程

拖纜機系統由拖纜機機械（包括馬達、卷筒、電磁閥；離合器、剎車、棘輪輔助設備）、液壓動力單元（型號：EHP-160X2-75-01）、啟動屏、PLC控制屏（CPU、輸入、輸出模塊）、本地操作站（操作桿、按鈕、指示燈、儀表）、遙控操作站（包括操作桿、按鈕、指示燈、儀表等）、觸摸屏等單元組成。

通過操作操作桿，主比例閥得電動作，動力單元液壓泵泵出的壓力油經主比例閥進入馬達，以壓力油為動力的馬達轉動，經空氣離合器、卷筒離合器和兩級齒輪減速傳動，驅動儲纜卷筒，實現纜繩的收放。剎車、棘輪（備用）克服纜繩張力，實現卷筒的靜態制動，保持纜繩放出的長度不變；啟動屏實現泵組的啟動；PLC控制屏接收操作指令和傳感器信號，經CPU處理，發出指令，相應的電磁閥線圈通電或失電，電磁閥動作，油路方向或通斷情況發生改變，實現程序控制和安全控制；液壓動力單元由主泵、輔泵、油柜等組成，為馬達和液壓缸提供動力液壓油；本地和遙控操作站具有操作和顯示的作用；觸摸屏可進行參數設定。

2.導致拖纜機抽纜的可能原因及分析

當發生抽纜事故，查找原因時，應主要以拖纜機制動系統為綱，具體情況，具體分析。拖纜機制動系統包括機械制動和液壓制動，剎車帶剎車和棘輪剎車（備用）屬機械制動，氣動離合器和馬達內部油壓構成油液制動。對動態和靜態兩種場景下的抽纜情況，分別進行原因分析并提出一些建議。

2.1 纜繩收放時，摩擦片式氣動離合器故障

在纜繩收放操作過程中，馬達通過摩擦片式氣動離合器和齒輪式離合器的傳動驅動卷筒，兩離合器處于閉合狀態，若其中一個離合器處于脫開或故障狀態，卷筒失去油馬達液壓制動和收放控制，處于失控狀態，可造成纜繩受拉被抽出。

就結構和工作方式而言，齒輪離合器結構簡單，連接可靠，容易出問題的是摩擦片式氣動離合器，結構見圖1；其工作原理：內充8-10bar壓縮空氣的氣囊8膨脹，推動壓力板7，造成摩擦片4、中間板5、浮動板6相互擠壓，當離合器轉鼓2受到液壓馬達的驅動旋轉時，強大的壓力使摩擦片4、中間板5、浮動板6之間產生足夠大的靜摩擦力驅動動力環12旋轉，傳遞動力；壓縮空氣缺失或壓力不足，會造成驅動摩擦力缺失或減小，離合器呈現脫離或半結合狀態，液壓馬達輸出的控制力或制動力無法正常傳遞，卷筒失去控制，易造成纜繩抽出，半結合狀態時，產生滑動摩擦，造成摩擦部件磨損加劇。

圖1 摩擦片式氣動離合器結構圖

維護使用中注意事項：a確保離合器工作氣源正常（8-10bar），b即使在非工作狀態下，氣囊8也容易老化，應定期更換；c摩擦片屬于干式耐磨型，應保持潔凈、干燥、無油水；當摩擦片的間隙過大時，應更換摩擦片，且釋放彈簧11必須同時換新。

2.2 纜繩收放時，液壓系統故障

壓力油是驅動卷筒的動力源，壓力油的可靠供應是拖纜機正常工作的前提。收放纜操作過程中，當壓力油供應異常時，會發生抽纜事故。

拖帶作業時，液壓泵和液壓閥件的可靠性是壓力油正常供應的保障，兩者相較，液壓閥件故障率較高，據統計，液控信號管路中閥件故障導致供油失敗的問題時有發生。

液壓泵供油原理見“拖纜機液壓泵站局部（供油及反饋信號）系統簡圖2”：在操作主比例閥的初期，10bar的液壓油（補油泵供）經馬達主油路、液控信號管路到達梭閥5左側，進入梭閥，把閥芯頂向右側，通過梭閥輸出口，經主油泵液控信號管路進入定向變量液壓泵組3的伺服變量機構4，此時，定向變量液壓泵組3開始泵出少量液壓油，泵出的油液經主比例閥進入主油路供應馬達，主油路壓力應大于10bar；同時主油路部分油液按照初始路徑進入油泵組伺服變量機構4，因現反饋油壓大于10bar的初始油壓，伺服變量機構調節幅度增大，定向變量液壓泵組3泵出較大流量的液壓油進入馬達，主油路壓力變大；依次循環，油泵反饋油壓信號、油泵變量伺服機構油量調節幅度、油量輸出、主油路壓力逐漸增大，使得液壓馬達驅動卷筒加速轉動；當拖纜機負載（卷筒）與馬達驅動力達到平衡時，主油路壓力和反饋油壓穩定，液壓泵伺服變量機構4調節幅度保持不變，卷筒開始勻速轉動。

圖2 拖纜機液壓泵站局部（供油及反饋信號）系統簡圖

有此可見，油泵反饋信號油路正常工作相當重要，當反饋油路上的梭閥5閥芯卡在某位置時，油液流動被阻斷，液壓泵組伺服變量機構4失去液控信號，泵組無油液泵出。

在壓力油供應異常和馬達管路內的液壓油完全泄漏的情況下，馬達失去液壓控制力和制動力，致使卷筒處于失控狀態，抽纜現象發生。

維護使用中注意事項：a保持液壓油潔凈，無外來污染物，保證油液質量，以防閥芯卡阻。b液控信號管路梭閥5 要定期試驗，檢查工作狀況，必要時，更換；c液控信號管路上控制閥開、關狀態要正確，以免控制信號丟失。

第一階段：1998年之前。《新食品法》《關于向環境有意釋放基因飾變生物的指令》等影響深遠的關鍵性的法律法規在這一階段制定出來。因為歐盟在很早之前就開始了對轉基因進行立法，所以歐盟規制轉基因食品安全的基礎牢固，歐盟轉基因食品安全監管法律法規才如此完善。

2.3 拖帶航行時，剎車帶剎車系統故障

在拖帶航行過程中，齒輪式離合器脫離，液壓制動被切除，帶式剎車啟動（棘輪剎車很少使用，在此不做討論），卷筒處于帶式剎車的靜止制動狀態。剎車帶剎車系統故障時，剎車能力會降低，當纜繩張力大于剎車制動能力時，會發生抽纜事故，剎車帶剎車系統工作狀況應該得到關注。

剎車帶剎車機構見圖3，工作過程：剎車油缸1進油，活塞桿3下移，連接板4繞固定軸6逆時針轉動，連接桿5受到銷軸7的支撐，上移，拽動剎車帶9的自由端，剎車帶把內側的剎車襯套8緊緊地壓在卷筒上，產生阻止卷筒轉動的靜摩擦力，摩擦力越大，制動能力越強。

圖3 剎車帶剎車機構

根據纜繩張力產生的力矩與剎車制動力矩平衡的原理可知：最大剎車制動力矩不變（拖纜機制造時，最大制動力矩已確定），纜繩張力力臂越大，纜繩的允許張力就越小；出纜點在第一層（最外層）時，出纜點到滾筒中心線距離最大，即力臂最大，纜繩允許的張力最小，此時，如果僅考慮剎車制動能力，而不考慮纜繩破斷力和剎車能力的儲備情況，根據出廠設定，纜繩處于第一層時的最大允許張力為350噸，超過這個力，卷筒會沖破剎車制動能力，產生打滑或抽纜現象。為避免此故障發生，需要保持剎車帶剎車系統的剎車能力即剎車襯套對卷筒的摩擦力足夠大。

根據摩擦力的定義“摩擦力F=摩擦系數ε＊正壓力N”可知：卷筒受到的摩擦力F大小與摩擦系數ε和摩擦接觸面的正壓力N有關，且分別成正比關系。

2.3.1 摩擦系數ε

摩擦系數ε與摩擦接觸面材料、狀況有關，因卷筒和剎車襯套材料在拖纜機制造時就已確定，所以摩擦接觸面狀況是關注的重點。經研究表明：接觸面油、水、灰塵等異物的存在和剎車襯套的嚴重磨損，都是造成摩擦系數和摩擦力變小，發生溜纜或抽纜的原因。

2.3.2 正壓力N

正壓力N是由進入剎車油缸1的壓力油對活塞桿3的驅動力，經連接板4和連接桿5傳遞，作用到剎車帶9的自由端產生的，當剎車油壓（90-120bar）保持正常，正壓力N才是正常的。剎車油壓的建立和維持是非常重要的，剎車液壓系統工作原理見圖4。

圖4 拖纜機剎車液壓系統工作原理簡圖

當進行剎車帶剎車操作時，按下剎車按鈕，PLC輸出信號，合剎電磁線圈4得電，剎車電磁閥1動作，剎車油缸15右側進油，活塞18左移；當活塞移動到最左端時，剎車油缸15右側進油壓力升高，當壓力升高到120bar時，進油管路上壓力開關9動作，向PLC發出剎車已完成的開關量信號，PLC輸出信號，合剎電磁線圈4失電，剎車電磁閥1回中，壓力油供應被切斷；液壓鎖10閉鎖剎車油缸15兩側的油液，維持剎車油缸15右側的油壓，剎車動作完成，剎車襯套緊緊的壓在滾筒上。

剎車動作完成后，由于液壓油缸、閥件的密封性不能達到完美的理想狀態和液壓油具有熱脹冷縮的物理特性，剎車油壓會逐漸降低，正壓力N、剎車力會逐漸變小，當剎車力不能平衡纜繩的張力時，溜纜會發生，甚至可能出現抽纜現象。為防止這種情況的發生，需要及時補充壓力油，維持剎車油壓在正常的范圍內，避免剎車力大幅減小。本型拖纜機的剎車油壓維持原理：當剎車油壓降低到90bar時，壓力開關9動作，發送開關信號給PLC，PLC發出控制信號，電磁閥7、8同時通電動作，蓄能器13內的壓力油（100-130bar）通過管路經電磁閥7進入剎車油缸15右側，剎車油缸15左側少量油液通過管路經電磁閥8排出；當剎車油壓增大至120bar時，壓力開關9動作，發信號至PLC，PLC 發出信號，電磁閥7、8斷電復位，剎車油缸恢復閉鎖狀態；當剎車油壓再次降低至90bar時，重復以上過程，確保剎車油缸15剎車油壓保持在90-120bar正常范圍內。

在剎車操作過程中，只有剎車電磁閥1動作為剎車油缸供油，壓力開關9的開關量信號被屏蔽，電磁閥7、8禁止通電動作；當剎車油壓達到120bar,剎車電磁閥1斷電回中，剎車操作結束，壓力開關9的信號被激活，能夠控制電磁閥7、8的動作,保持剎車油壓正常（90-120bar）。這種設計的優點是剎車電磁閥1、電磁閥7、8各司其職，避免頻繁、冗余動作。

由上述可知，壓力開關9故障會使剎車油壓控制失敗，不能保持正常（90-120bar）。當油壓過低時，剎車襯套對卷筒摩擦面正壓力N不足，剎車制動力過小，會產生溜纜或抽纜現象。

維護中注意事項：a定期測試剎車油路壓力開關9的功能，檢查壓力設定范圍。

3.結束語

拖纜機系統部件組成繁多，控制程序復雜，且工作環境惡劣，易發故障較多。一種故障現象可由多種單一原因造成，也可由多種原因綜合所致，原因查找難度高，工作量大；本文列舉了一種故障現象，分析了多種可能原因，相信還有其他原因有待進一步分析、探討。只有不斷地深入學習、分析研究和積累經驗，才能做到科學地維護，及時地查找原因，解決問題，避免事故的發生，創造更大的經濟價值。