某船f輔推裝置故障原因分析

中圖分類號：U664.5 文獻標志碼：A

Fault Cause Analysis of a Ship Bow Thruster

HUANG Xiangyu， XU Hui， ZHANG Zhisheng （CSSCHuangpu Wenchong Shipping CO.，LTD.，Guangzhou 510715， China）

Abstract： During navigation， a ships bow thruster experienced severe vibration， rendering the equipment inoperable and compromising maneuverability and safety in restricted waters.This study conducts fault tree analysis （FTA）based on the failure symptoms and system composition. Through fault inspection， equipment disassembly， andcomponentanalysis，damaged parts were identifed，rotcauses determined，and failuremechanisms investigated. Corrective measures were formulatedand implemented，efectively resolving the malfunction，restoring equipment functionality， and ensuring ship maneuverability and safety.

Key words： bow thruster; fault tree analysis; assembly process

1 引言

隨著經濟全球化和世界貿易的日益頻繁，海上交通運輸不斷發展，同時增加了港口、河道的通航密度。對于大型船舶來說，較好的船舶動力定位能力和操控性能是非常重要的。輔推裝置是現代船舶操縱系統的重要組成部分，輔推裝置具有較高的操縱性能，當船舶在受限水域中航行時可以有效減少船舶出現擱淺、碰撞等危險現象，利于提高船舶運行的安全性，自前已經廣泛應用到現代船舶操縱輔助機構中，極大提高了船舶的操縱性能。部分先進的輔推裝置具備水下舵槳 全回轉推進能力，當船舶推進系統故障時，也可實現船舶應急推進。

輔推裝置一旦發生故障將使船舶失去部分操縱能力，安全性受到一定影響，尤其是在受限水域中航行時船舶擱淺、碰撞等風險加大。因此，如何排查并解決艏輔推裝置故障，是保障船舶操縱性能及安全性的重要課題。本文闡述某船艏輔推裝置故障的分析和解決過程。

2 故障現象

某船f輔推裝置是一種升降式調距駝槳裝置，主要由調距舵槳裝置、升降裝置、電氣控制系統、液壓控制系統、驅動電機等組成。裝置采用變頻驅動，L型傳動，電機立式安裝。操縱人員可以通過操舵手柄實現對水下舵槳 全回轉控制，并可控制主機速度和槳葉螺距。當船舶主推進系統故障時，也可實現船舶應急推進。

該船的艏輔推裝置在航行過程中，出現右f輔推裝置振動現象。航行期間使用次數不多，間隔數個月后，使用方反映右輔推裝置運行過程中有強烈振動。

故障發生后，將船舶在碼頭系泊狀態下，運行右首輔推裝置進行故障復現和確認。初步確認如下：進1、進2、進3工況時無明顯振感，進4工況時振感明顯，轉舵角度只有往內側時才有強烈振感，其他方向無異常。升降無異常，變距時無異常。

3 問題定位

現將問題可能的原因按故障樹要求進行梳理列舉，見圖1所示。

3.1下齒輪箱組件方面

1）螺旋槳

采用檢測工具，現場核對檢查線型。螺旋槳無磕損，槳葉沒有變形，葉梢和抗鳴音邊線型符合要求。

2）推進電機

電機與電機支架連接的隔振器（聚氨酯材料）沒有損傷。推進電機功能正常。

3）下聯軸器

發現下齒輪箱組件中下聯軸器內圈外花鍵齒受損，下聯軸器內圈上部外圓有摩擦痕跡，如圖2所示。

4）輸入軸上軸承

目視發現圓錐滾子軸承和推力軸承保持架有細小變形。

3.2升降回轉組件方面

1）聯軸器

發現與下齒輪箱組件配合的中間傳動軸組件聯軸器內花鍵齒受損。

2）升降導向油缸

升降油缸底部與不銹鋼軸套之間間隙符合要求。

3）傳動軸零件

中間傳動軸組件中，中間傳動軸組件中的聯軸器內圈外花鍵齒沒有受損，用于聯軸器外圈和聯軸器內圈軸向定位兩顆螺釘銷被剪斷。中間傳動軸等直段一軸向位置跳動度 3 . 5 m m ，超差。如圖3所示。

4）軸承檢查關聯軸承正常。

5）其他檢查情況

檢查彈性聯軸器的彈性元件（梅花形）外觀，無破損、老化開裂等明顯缺陷。

4故障原因分析

4.1輔推裝置主傳動鏈基本原理

首輔推裝置由推進電機、彈性聯軸器、軸承蓋、球軸承、螺釘及固定銷、中間軸、螺旋槳、導管、升降油缸、外筒體等部件組成。下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉組件下部，組成輔推裝置。

輔推裝置下聯軸器內圈外花鍵齒與聯軸器外圈下部的內花鍵齒嚙合，中間軸驅動下齒輪箱組件的錐齒輪軸；錐齒輪軸上部由圓錐軸承和推力軸承支撐，下部由徑向調心軸承支撐；錐齒輪軸的錐齒面與槳軸上大錐齒輪齒面嚙合，錐齒輪軸轉動傳遞給槳軸以及和槳軸固接的螺旋槳。

4.2振動可能的原因

1）中間傳動軸支撐變化引起振動

（1）中間傳動軸的變形和中間軸兩端的支撐件變形過大引起振動拆檢下齒輪箱組件，發現下聯軸器內圈外花鍵齒及與其配合的中間傳動軸組件聯軸器內花鍵齒受損，聯軸器外圈兩處螺釘銷（頸部直徑 Φ 9 mm ）被剪斷，是中間傳動軸下部支撐變化的根源。

（2）中間軸組件軸向偏離不多，花鍵齒局部嚙合的相互切削磨損和振動。當聯軸器外圈喪失軸向約束，向上竄動不多時，聯軸器外圈內齒和下聯軸器外齒脫離嚙合，僅是聯軸器外圈內齒下端面和下聯軸器外齒上端面局部接觸，中間傳動軸組件連同其上的聯軸器外圈失去驅動下聯軸器內圈的能力，如圖4所示。

（3）中間軸組件軸向偏離較多，花鍵齒不嚙合的偏心帶來的振動。由于中間軸組件的聯軸器內、外圈之間軸向固定的兩件螺釘銷（頸部直徑 Φ 9 ）被剪斷，聯軸器外圈喪失軸向約束，可以上下竄動。當聯軸器外圈喪失軸向約束，向上竄動較多時，見圖5所示，聯軸器外圈內齒和下聯軸器外齒脫離嚙合，中間軸組件連同其上的聯軸器內、外圈失去下端的徑向支撐約束，在高速轉動過程中，由于離心力作用，必然會產生較大偏心。

（4）中間傳動軸組件上的聯軸器外圈兩處螺釘銷（頸部直徑 Φ 9 ）被剪斷。聯軸器外圈兩處螺釘銷作用是軸向固定聯軸器外圈，防止其上下竄動，保證聯軸器外圈和下聯軸器內圈的花鍵齒正常嚙合，傳遞主動力扭矩和徑向支撐中間傳動軸下部。

經過現場裝配人員回憶和設備廠人員反復推演，下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉組件時，沒有將聯軸器外圈和下聯軸器內圈的端部花鍵齒凹凸面良好嵌入，就強行把下齒輪箱組件吊裝上拉，下聯軸器內圈的花鍵齒上端部頂到聯軸器外圈的花鍵齒下端部，下齒輪箱組件吊裝拉力剪斷聯軸器外圈兩處螺釘銷。

2）排除因下齒輪箱組件引起的振動

從升降回轉裝置拆離下齒輪箱組件后，盤動槳葉可以轉動，同時下齒輪箱組件的驅動軸組件可以跟隨轉動；手盤動驅動軸，有輕重不均勻現象。

進一步拆離驅動軸組件，目視發現圓錐滾子軸承和推力軸承保持架有細小變形，后續為保險起見，更換新的圓錐滾子軸承和推力軸承。同時更換新的下聯軸器內圈。

清洗下齒輪箱箱體內部和主傳動部件，無損檢測錐齒輪軸和大螺旋錐齒輪，未發現受損。復裝下齒輪箱組件，用手盤動驅動軸沒有別卡和輕重不均現象，錐齒輪齒面嚙合良好。

復裝下齒輪箱組件其它拆離的零件。進行下齒輪箱組件臺架試驗。均沒有發現異響、異常振動等情況，說明右輔推裝置振動主要來源不是下齒輪箱組件。

檢查下齒輪箱體上平面相對錐齒輪軸的跳動度符合要求，排除了下齒輪箱頸部可能產生的形變。

3）排除下齒輪箱組件關聯的軸承引起的振動

分離拆卸下來被替換的推力軸承和圓錐滾子軸承（屬于驅動軸組件），檢查推力軸承和圓錐滾子軸承的滾動體和滾道，滾動體和滾道良好，軸承沒有受到傷害。對于驅動軸組件，目視發現圓錐滾子軸承和推力軸承保持架僅有細小變形，更換新的圓錐滾子軸承和推力軸承。排除軸承引起的振動。

4）排除其它零部件引起的振動

檢查槳葉葉稍間隙均在公差范圍內，槳葉抗鳴音邊沒有變形。螺旋槳槳葉沒有變形、磕損，排除螺旋槳槳葉變形產生的振動。

檢查升降油缸底部與不銹鋼軸套導向套間隙，符合要求，排除升降油缸底部與不銹鋼缸套間隙過大、推力作用區域不穩定而誘發的振動。

自視彈性聯軸器的彈性元件（梅花形）外觀，無破損、老化開裂等明顯缺陷。檢查電機與電機支架連接的隔振器（聚氨酯材料），沒有損傷。排除這兩處彈性零件破損引起的異常振動。

4.3確定故障的原因

依據拆檢情況及原因分析，故障原因可明確：

1）直接原因是：中間傳動軸組件聯軸器螺釘銷在安裝過程中剪斷，外圈失去軸向定位，聯軸器外圈和下聯軸器內圈的花鍵齒無法正常嚙合，花鍵齒相互碰撞切削、磨損，誘發強烈振動；中間傳動軸組件下部失去徑向支撐，中間傳動軸組件高速圓錐轉動，離心力激勵產生振動；

2）根本原因是：安裝右輔推裝置過程中，裝配人員耐心不足，下齒輪箱組件吊裝裝配到升降回轉組件時，沒有將花鍵齒凹凸面良好嵌入，下齒輪箱組件吊裝拉力剪斷聯軸器外圈兩處螺釘銷，使聯軸器外圈失去軸向定位。

5 故障處理措施

5.1組裝新的中間傳動軸組件

利用設備廠原有的備件零件：中間傳動軸、聯軸器外圈、螺釘銷以及沒有受損的聯軸器內圈，組裝新的中間傳動軸組件，該組件跳動量滿足圖紙要求。

5.2復裝下齒輪箱組件和臺架試驗

更換新的下聯軸器內圈、圓錐滾子軸承和推力軸承，復裝驅動軸組件。臺架試驗驗證復裝后下齒輪箱組件功能，功能正常。

5.3制定下齒輪箱組件與升降回轉組件裝配工藝

下齒輪箱組件與升降回轉組件裝配工藝要求較高，耗時長，對人員技能要求高，應選派有經驗的吊裝、組裝人員；制定裝配工藝如下：

1）裝配準備：準備吊具，導管上兩個吊環掛吊鉤和下齒輪箱體及導流帽穿吊帶方式起吊；

2）對中：將下齒輪箱組件逐步上拉，下齒輪箱箱體上平面接近轉舵管下平面 ，穿兩個螺栓，初步對中；小幅度調整下齒輪箱組件位置上拉，完成對中；

3）內外花鍵齒凹凸面嵌入：（1）需要較長時間細心、耐心操作，確?；ㄦI齒凹凸面初起相互良好嵌入；（2）緩慢上拉下齒輪箱組件，邊盤動中間傳動軸組件，邊感覺聯軸器外圈和下聯軸器內圈花鍵齒嚙合前后，盤動中間傳動軸組件的力度應有明顯變化，并以此為裝配判斷準則，密切觀察螺旋槳跟轉情況；（3）采取兩位有經驗的人員分別檢查，減少單人判斷失誤；

4）最終上拉下齒輪箱組件使下齒輪箱箱體上平面與轉舵管下平面貼合，擰緊連接螺栓。

5.4試驗驗證

右首輔推裝置在塢內嚴格按工藝要求進行復裝后開展試驗驗證：1）系泊試驗：系泊試驗過程中沒有再出現異常振動，主要功能、性能指標等符合規定的使用要求；2）航行試驗：航行試驗過程中沒有再出現異常振動，主要功能、性能指標等符合規定的使用要求。

5.5糾正措施

1）為避免同類問題的發生，后續應采取以下措施：加強人員培訓，配置相關設備熟練操作人員；2）裝配調試采用雙人檢查確認；3）探索量化安裝工藝。

6 結論

根據試驗驗證，右輔推裝置振動得到解決，故障排除，右首輔推裝置經整改后，滿足使用和技術要求。復雜設備裝配、調試，施工人員的技能和耐心細致十分重要。一個小環節的疏忽，都可能造成船舶操縱性能部分缺失，影響船舶安全性。

參考文獻

[1]中央軍委裝備發展部.裝備質量問題歸零實施指南：GJB/Z194-2021[S].北京：國家軍用標準出版發行部，2022.