船用液压马达壳体破裂原因分析及预防措施
船用液压马达系统具有结构简单、低速性能良好、抗冲击、工作可靠等特点，被广泛用于船舶的绞缆（锚）机上。但宁波港轮驳公司3088KW拖轮上所采用的液压绞缆（锚）机系统，自1996年以来已出现五次五星液压马达壳体破裂事故，实属罕见。为预防此类事故发生，本文对使用过程中船用液压马达壳体破损的情况和原因作简要分析，并提出相应预防措施。
一、事故基本情况
宁波港轮驳公司3088KW大马力拖轮的液压绞缆（锚）机系统采用日产北川和光洋两种，主要情况如表1。
在拖轮助泊作业过程中，出现绞缆机液压马达壳体破裂，主要有两种情况。
1、速度过快。在放缆过程中，大马力拖轮在助泊作业过程中采用的是顶推联合作业，主缆始终系在被助泊的大轮上。顶推时，主缆回收；拖离时，拖轮倒车，绞缆机放缆到一定长度（一般在50-70m之间）时开始拖离作业。这样，每次助泊作业过程中绞缆机平均需10次左右收、放缆作业。如从顶推需紧急换成拖离时，拖轮迅速倒车，绞缆机快速放缆，当拖轮倒车航速大于绞缆机放缆速度时，绞缆机船用液压马达出现壳体破裂。
2、刹车打滑。拖轮在拖离作业时，放出拖缆，绞缆机处于刹车状态，因风浪影响主缆受到船体晃动的冲击力，或作顶推时拖缆系在大轮上放出的缓冲长度小于浪高，在波谷时拖缆受船体重量的影响，使缆绳受力大于刹车力（0.588MN），绞缆机刹车打滑，造成船用液压马达壳体破裂。
二、船用液压马达壳体破裂现象
从五次液压马达壳体破损现象看，破裂的部位和形状有一定的规律。从所分布的缸号来看，三次出现在第4缸（见图1），两次出现在第1缸。以绞缆机放缆为例，船用液压马达为B管进油、A管排油时，不管是放缆过程中还是刹车打滑后出现的壳体破裂都在第4缸。如A、B管相反，则壳体破裂在第1缸。
从壳体破裂的形状看，五次均相同，裂纹都出现在缸体油道进口处，以该处为中心向外分布，只是裂纹的长度和数量不同。
船用液压马达破裂后，除壳体裂纹外，缸盖、活塞件、传动件都正常。系统中的管系、安全阀、操纵阀有轻微异常，其它正常，只要更换马达的壳体系统即可恢复正常。
三、原因分析
从船用液压马达壳体破裂情况分析，都存在外力大于马达输出力，使马达处于当泵工作的工况。主要原因为：
1、在放缆过程中，拖轮倒车航速大于绞缆机放缆速度，绞缆机外力大于马达输出力，使马达处于泵工作状态。从五次壳体破裂情况看，缆机放缆的速度都相对较低， 实际使用时高速档在20-50m/min之间，而拖轮正常作业时，主机以最低稳定转速400r/min带主缆倒航，从0-50m时，航速即可达3-4节（93-120m/min）。通常作业时，放缆长度在50-100m之间。所以，在助泊作业时，从顶推紧急转至拖离时，拖轮的倒车航速控制不好，拖动绞缆机以90-120m/min的速度放缆，船用液压马达处于泵状态，对应所需吸收容量为110-1401/m。而液压系统中液压泵输出量最大只能满足马达以50m/min速度放缆时的排量，当倒车航速大于50m/min（1.62节/时），油泵向系统输油不足，出现真空状态。根据气液两相流理论，当真空状态达到一定值时，系统液压油会释放空气。因放缆时通常B管进油、A管排油，马达各缸工作次序为1-2-3-4-5循环，这样会使系统中处于较高位置的第4缸最先出现气液两相流，在第4缸活塞下行时，缸内油道进口处出现大气团，循环到活塞上行时，气团迅速破裂爆炸，产生高压，造成马达缸体以油道进口处为中心的破裂裂纹。如A、B管接入相反，则破裂出现在马达的第1缸上，成因相同。但可排除马达超速的可能，因该船用液压马达的转速范围为1-140r/min,对应马达在400r/min时，放缆速度为150m/min，航速要大于6节。而拖轮在带缆倒车时（主机转速400-450r/min）难以达到这一速度，故可排除超速损坏的可能性。
2、刹车打滑时出现的船用液压马达壳破裂，主要出现在没有补液的液压系统中。绞缆机刹车时，操纵阀联锁关闭，系统不向马达供油，当刹车打滑时，主缆滑出，带动马达向放缆方向转动，同时放缆A管排油,B管通过安全阀进油。通常船用液压马达的容积效率为90-95%，在循环过程中，有近10%的液压油进入马达低压油腔，经低压管系回到油柜，使系统油量不断减少，产生真空。同样，在相对位置较高的第4缸最先出现气液两相流，造成马达壳体破裂。A、B联接相反，则破裂出现在第1缸。
四、预防措施
要防止船用液压马达壳体破裂，必须防止系统真空的出现，主要措施有：
1、 作业时要防止拖轮高速倒车，使倒车航速与绞缆机的放缆速度相同。在大风浪顶推作业时，要根据浪高，在甲板上放出相应长度的缓冲缆，防止在波谷时拖轮的船体重力作用在主缆上，造成刹车打滑。在拖离时放拖缆长度在70m以上， 防止受风浪影响，主缆受冲击力大于刹车力，造成刹车打滑。必要时，主缆在缆桩上挽一道或脱开离合器。
2、在绞缆机液压系统建造选型时：
（1）应充分考虑到实际作业中对快速放缆的需要。从马达本身性能和绞缆机装船尺寸来看，放缆速度达到100m/min即能满足紧急放缆的要求。关键是液压泵的输出量。在设计时要保证马达全速时的供油，选用变量泵，最大排量在150l/m左右，以提高效能。
（2）增加快速单向补液系统，补液管接到马达放缆时的进油管上，防止马达处于泵状态时使系统出现真空。
（3）安全阀、平衡阀的安装位置应尽量靠近马达。
（4）绞缆的离合器可方便地遥控离合，放缆时在控制台操纵离合器脱开，可自由放缆，马达不受影响。刹车时脱开离合器，即使刹车打滑，马达也不受外力影响。（宁波港务局轮驳公司技术设备科）
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