CPP故障實例解析

龐宏偉 交通運輸部北海救助局

1.故障現象

某船配置雙車可變螺距推進裝置（型號：VBS 1020 MK5）。在某次定速航行中，值班人員檢查發現右CPP伺服油壓維持在4MPa左右，監控電腦與機旁表壓顯示相同，對比觀察，左CPP伺服油壓穩定在3MPa（調節閥設定壓力）。進一步檢查發現：右車指令與反饋螺距差在4%-7%之間變化；左車螺距差位于+/-1%--+/-2%范圍內。根據推進控制系統工作原理可知，當指令與反饋螺距差超過+/-3%時，推進控制系統發出指令，比例換向閥得電，壓力油進入伺服油管，驅動螺距操縱機構，螺距改變，使螺距差為0，系統指令撤銷，螺距角通過液壓鎖被油液鎖定。密封處正常的微量泄漏和溫度的改變帶來的油液體積變化，會引起螺距變化，當螺距差超過+/-3%時，推進系統自動重復上述控制過程。定速航行時，正常情況下，螺距變化非常緩慢，螺距差長時間處于+/-3%的范圍內，推進控制系統無操作指令發出，油泵泵出的伺服油，經油壓調節閥旁通，回流至油箱，無油液進入伺服油道，油壓維持在3MPa（調節閥設定壓力）。顯然，右車過大的螺距差和持續過高的伺服油壓是不正常的。

2.故障分析、查找

螺距的控制由電控系統和液壓執行機構協同工作實現，電控系統和執行機構都可能是故障的原因。為了提高工作效率和做出準確判斷，把液壓執行機構和電氣控制隔離，進行機械試驗。

2.1 CPP機旁應急操作工作原理

螺距控制由遙控轉到機旁，機旁螺距控制為切除反饋的開環控制--人為控制比例電磁閥通、斷電。機旁螺距控制見CPP伺服油系統原理圖（圖1）。

圖1 CPP伺服油系統原理

2.1.1 機旁螺距操作原理

操作手動旋鈕，比例換向閥4左側或右側電磁線圈得電，閥芯移動，來自油泵的壓力油經濾器10、換向閥4、液壓鎖23、軸系內部油道進入進或倒車伺服油缸，推動伺服活塞向前或向后移動，通過十字頭傳動，實現螺旋槳螺距的變化。

當伺服油進入伺服油管時，壓力油經梭閥12進入壓力調節閥5的控制端，壓力調節閥5關閉，伺服油管內油壓升高，提高了伺服活塞的動力。

2.1.2 機旁操作停止原理

釋放手動旋鈕，比例換向閥4電磁線圈失電，閥芯回中，P口被封住，A、B、T口相互聯通；液壓鎖23前部伺服油經換向閥4泄放至油柜，液壓鎖前部管路失壓，伺服活塞前后的伺服油被液壓鎖23鎖定，螺距角大小保持穩定。

當液壓鎖前部管路失壓時，壓力調節閥5的控制端油壓通過梭閥12 釋放，壓力調節閥5 把閥前管路油壓維持在3MPa（調節閥設定壓力3 MPa），為下次螺距操作儲備壓力。

2.2 CPP機旁應急操作試驗

在艉軸轉速為0rpm狀況下，進行左、右螺旋槳進、倒車操作試驗，記錄數據見表1。

從表1可看出：右推進系統在油壓稍大的情況下，進、倒車完成時間均長于左推進系統。由此現象分析可得：伺服系統故障泄漏可導致進油量不足，造成進、倒車完成時間過長；閥件的磨損、卡阻和油管連接異常都可能是泄漏的原因。

表1

啟動主機，合離合器，在螺旋槳怠速轉動狀況下，進行機旁螺距操作試驗。當控制轉換到機旁時，右CPP螺距會自發往倒車方向漂移。根據槳的旋轉方向和槳葉的形狀分析，當螺旋槳旋轉時，槳葉受到水流的推力會使螺距產生向倒車方向變化的趨勢，液壓鎖23對油液的止回作用阻止了這種變化的發生。依據現象分析得出原因：進車油路上液壓鎖23可能發生故障，喪失止回功能，進車管路油液泄漏；或液壓鎖23后部管路密封部位損壞，導致進、倒車油路聯通，使伺服活塞處于自由狀態。

2.3 液壓鎖拆檢

打開ODF19（油分配單元）端蓋，拆卸液壓鎖23（見圖2）檢查，單向閥（見圖3）外觀正常，密封圈狀況良好，閥芯移動靈活，密封面良好，止回功能正常。

圖2 液壓鎖

圖3 單向閥

2.4 綜上可得

排除了液壓鎖故障的可能后，初步確定軸系內伺服油管的某連接松動，或伺服活塞密封圈損壞，導致正、倒車液壓油在松動的接頭處或伺服活塞處旁通，產生螺距漂移、操槳速度變慢的現象。

3.泄漏方式分析、判斷

伺服活塞密封狀況不容易直接判斷，先從伺服油管連接狀況檢查做起。各段伺服油管、伺服活塞通過法蘭緊固連接，形成一個整體，構成伺服油路；伺服油管前起于ODF，貫穿于齒輪箱、中間軸、艉軸、槳榖之中，后止于伺服活塞，伺服油管中心孔腔構成進車油道，外側形成倒車油道；伺服油管連接數量眾多，連接松動會造成密封不良，可能成為內部泄漏的原因。

拆掉ODF端蓋，從伺服油管前端拆掉磁性圈，裝上2個M12螺栓，用工具試轉伺服油管見圖4。

圖4 試轉伺服油管

伺服油管被輕松轉動。正常情況下，旋轉的槳榖通過十字頭帶動伺服油管、伺服活塞一起旋轉，但人力驅動伺服油管帶動槳榖旋轉是困難的；所以可判定易轉動的伺服油管很可能是某處連接松動造成的，而非與槳榖一起轉動的結果。伺服油管法蘭連接見圖5。

圖5 伺服油管法蘭連接

3個緊固螺栓7強大的拉力使法蘭1、2、伺服油管3、4、插件8相互擠壓，形成牢固連接，密封圈5、6實現管路密封。螺栓松動會造成零件接觸面壓力減小，摩擦力減小，零件易發生相對轉動，密封損壞。由上述現象分析可得：伺服油管連接松動造成油液內泄的分析是合理的。

4.故障點定位、解決問題

從伺服油管連點接數量和檢修工程量方面考慮，連接艉軸與中間軸的可拆液壓聯軸附近的油管連接，是伺服油管分段檢查的合適隔離點。松開液壓聯軸節，向后移動合適距離，暴露出一處油管連接，見圖6。

圖6 液壓聯軸節處伺服油管連接檢查

檢查3根螺栓松動；后法蘭傾斜，與插件失去裝配位置；連接松動，整套連接可輕易轉動。拆卸管連接，分解插件，插件兩端密封圈均已斷裂，且部分缺失（見圖7）。

圖7 插件分解

據現象分析，斷裂并缺失的密封圈導致泄漏，使得伺服油管內部進車油道與外部倒車油道聯通；由于連接未完全失位，不會導致大量泄漏；當螺距操作范圍較大（螺距差較大）時，比例換向閥開度較大，伺服油流量較大，部分泄漏對螺距的操作影響不明顯；當螺距操作范圍較小（螺距差較小）時，比例換向閥開度較小，伺服油流量較小，部分泄漏對螺距的操作影響較大，當進油量與泄漏量達到平衡時，螺距停止變化，螺距差保持穩定且達不到系統設定值，導致控制系統不斷發出指令，比例電磁閥得電，伺服油壓持續存在，不能撤出。

對整個系統而言，徹底查出所有泄漏位置，才是解決問題的根本。在已拆連接處，用工具鎖住前部的油管，在伺服油管的前端再次人力試轉，油管不易被轉動；人力試轉后部油管，也不易被轉動，可判斷其余油管連接緊固，泄漏幾率很小，除非密封圈出現問題。

更換損壞密封圈，裝復油管連接，按要求力矩緊固法蘭螺栓，并用鋼絲鎖緊。右車機旁操作試驗，螺距漂移現象消失，螺距操作速度正常；遙控操作試驗，螺距差大小正常，螺距操作指令消失，伺服油壓正常。正常的試驗結果表明伺服活塞密封狀況良好。

5.結論

綜上所述，液壓聯軸節處伺服油管連接松動，密封圈斷裂、缺失，使油管內部正車油道與外部倒車油道聯通，發生內漏，產生流量損失和液壓鎖定失效，導致：機旁位時（電控系統切除），螺距自發向倒車方向快速漂移，螺距完成較慢；遙控位時，螺距差較大且持續存在，達不到系統要求，控制系統不斷發出操作指令，比例電磁閥持續得電，伺服油壓一直存在，不能撤出。

6.油管連接故障分析及改進建議

徹底解決問題需找出根本原因，油管連接故障需進一步分析。

6.1 密封圈斷裂分析

油管連接松動，零件配合間隙增大；在高油壓作用下，橡膠材質的密封圈被拉伸變形，部分伸出環槽，受到擠壓，在環槽邊緣處被切斷；同時，零件由連接松動造成的相對轉動，加速了密封圈的磨損、斷裂。

6.2 油管連接松動原因分析及改進建議

從裝配上分析。螺栓松動，可造成連接松動。建議采用最佳的螺栓鎖緊方式，如：鎖緊鋼絲、螺紋膠、尼龍鎖、焊接。

從材質上分析。零件材質的特性，關乎到連接的可靠性。建議采用耐腐蝕，耐磨損，剛性合適的零件材料。

從結構設計上分析。增大螺栓、螺紋尺寸；優化連接結構設計。

從操作方式上分析，如非必要，禁止頻繁、大范圍螺距操作，以減小伺服油管瞬時扭矩沖擊，當船舶處于重載或惡劣海況時，用車更應謹慎。

7.結束語

就本案例而言，“伺服油管連接的松動，導致伺服油內部泄漏發生，進而使螺距控制發生異常”這種故障很少發生，但不代表不會發生，這警示我們：在遇到問題時，打破慣性思維，思考問題要全面、縝密。在本案故障查找的過程中，“推進控制由遙控轉至機旁，把控制系統和機械隔離開，進行試驗，快速判斷出機械故障；拆卸液壓聯軸節附近的伺服油管，把伺服油系統分成兩個部分，分別進行檢查、判斷，準確找出故障位置”警示我們：當遇到難以解決的復雜問題時，一定要把機械和電控系統隔離開，先判斷機械狀況，因為機械故障會影響到電氣控制，這樣做，容易辨明問題的方向，使問題簡單化；當查找機械故障時，根據結構特點，找出合適的隔離點，采用分段檢查、部分排除的方法，可以減少工作量。最后還告誡我們：發現問題，及時解決，消除隱患于萌芽之中，避免問題惡化、發生重大事故。