资深机务徐老轨分享实用好文：链传动侧开型货舱舱盖故障实例分析、处理与日常管理启发
袅袅凉风动，凄凄寒露零，寒露已过，冬季不远，海况开始不那么平静，每年此时，总会频繁收到一些有关舱盖无法打开、脱轨、舱盖滚轮轴承损坏等案例。
目前，远洋航线散货船舶货舱舱盖基本可以分为2种设计结构：5~6万吨级船舶舱盖多为4块2折叠式，由大型液压千斤顶利用杠杆原理将舱盖抬起折叠收纳于货舱前后端；7万吨级以上乃至32万吨级超大型散货船舶均采用侧开型（Side Rolling）舱盖，利用油马达驱动链条（或舱盖齿条）拉动舱盖，借助滚轮沿前后舱口围上的水平轨道左右移动，实现开关操作。
相对于折叠型，侧开型舱盖驱动机构较为简单，液压系统维护保养工作量小，备件消耗及修理成本都较为节省，而且操作简便。尽管如此，但是如果舱盖部件缺少正确及时的日常维护保养，各种故障就会逐步出现并累积恶化，最终导致操作困难直至无法正常开启关闭，继而引发安全事故和货损纠纷。
笔者所在某船配备链条传动侧开型舱盖，多年来一直长期处于故障状态，不但每次开关舱都非常困难，而且还先后出现过舱盖滚轮轮断裂、脱轨、舱盖滑出轨道支架等多种事故险情，给船员操作和安全带来极大的困扰。本次有机会再次亲历船舶故障现场，经研判整改，解决该船部分舱盖长期存在的故障顽疾，介绍其工作原理和故障解决过程，供同仁参考。
1链传动侧开型货舱舱盖
1.1舱盖的结构和参数
△图1箭头依次为
蝴蝶板 千斤顶 节流阀 牛油咀 导轨
△图2
油马达和传动链条
该船为2011年日本制造巴拿马型散货船，船舶总长223m、型宽36.5m、型深19.89m、设计吃水艏吃水12m，尾吃水13.9m，净吨位24691t，总吨位38382t，最大载重吨74951t。共7个货舱均配备链传动侧开型舱盖，设计技术来自日本IKNOW船舶重工，依据ICLL 1966 AND PROTOCOL 1988/2005 IACS CSR-B国际钢质海船建造规范，采用传统的箱式骨架焊接结构，No.1舱盖尺寸为13637m×15374m，舱盖和附属件总质量为45860kg，No.2~No.7舱盖尺寸为13637m×16874m，设计强度为34.3~46.47 kN/m2，其中No.4货舱为风暴压载舱（Sea Ballast），舱盖为直升机停机平台，结构有所加强，设计强度到达66.34 kN /m2 ，总质量为66 950 kg，其他舱盖质量均为58 410 kg。舱盖质量为保证结构强度，同时也为良好的水密（重压）创造条件，但是也使得后期操作故障成为必然。
每个货舱有2块舱盖，各舱盖前后共配有4个滚轮，前侧2个滚轮无轮缘，后侧2个滚轮有导向轮缘。采用液压马达驱动链轮拉动舱盖，借助液压马达正反转控制，舱盖滚轮沿轨道左右移动。前后舱口围各设置有4个液压千斤顶（见图1），液压油从活塞进入油缸，油缸做上下移动，活塞和基座保持不动。每块舱盖的外侧千斤顶油路设置有节流阀，用以控制顶升速度，每个千斤顶上部配备1个Jack Head（见图1 俗称蝴蝶板或桥臂），是滚轮的顶升和过桥机构，也是轨道的一部分。关舱时舱盖合拢后滚轮位于蝴蝶板轨道上，泄放千斤顶油压后，舱盖和滚轮一起落下，完成关舱，开舱时则先提供油压顶起千斤顶和蝴蝶板，将舱盖顶起至，蝴蝶板上部和舱口围轨道齐平，滚轮得以顺利移动通过，实现开舱操作。该侧开型舱盖的设计安全使用状态是船舶静态最大左右倾斜角度为3°，纵向倾斜角度为2°，超出此范围原则上不允许操作使用。
1.2舱盖液压控制系统工作原理
侧开型舱盖的驱动液压油压通常由来自锚机绞缆机液压系统提供动力油压，其液压控制系统工作原理见图3。
△图3 侧开型舱盖液压系统机能图
舱盖开关操作控制阀站主要由2个手动控制阀和流量调节阀及1个溢流阀组成。其中，千斤顶液压油控制阀为NDVG-06R-14型3位5通阀（附加单向止回功能），油马达驱动控制阀则为DG17S4-0133JA-25型3位4通阀（附加节流功能），中位保留1个通路。千斤顶控制阀和油马达控制油路具有互锁机能，即油马达驱动时，千斤顶控制阀必须处于顶起通路操作位置，油马达动力油压才可以经千斤顶控制阀通路接通高压供油油路，确保舱盖在移动过程中千斤顶必须处于顶升状态，蝴蝶板轨道与舱口围轨道结合平齐，才能保证滚轮顺利通过，简而言之，过桥蝴蝶板没有被顶起，结合处轨道没有对齐平顺，舱盖就无法移动。但是，只要千斤顶控制阀阀芯回中或至于千斤顶下落机能位置，随即油马达驱动油被切断，并联通回油管路泄压，链条松弛，舱盖可能会扣合失效，这一点设计缺憾，使得后述故障成为可能。
1.2.1开舱操作
千斤顶控制手柄向右拉动，阀芯右移，P与A、B口接通主油路，A口液压油进入千斤顶顶起蝴蝶板和滚轮，B口连接溢流阀，防止低温天气液压油压力过高导致油管破裂，同时为开舱油马达驱动动力油提供通路。千斤顶保持在顶起位置，蝴蝶板连接轨道，为滚轮移动通过创造条件。手柄继续保持在千斤顶顶起位置，把开关舱控制手柄向右拉动，控制阀阀芯右移，P与B口接通，T与A口接通，经千斤顶控制阀P—B油路的高压液压油到达开舱控制阀P—B口，进入油马达，A口—T回油，油马达驱动后拉动链条，使舱盖向两舷移动，至限位挡板处手柄回中，高压油路切断，油马达停止驱动，松开千斤顶控制手柄，阀芯回中，联通开关舱控制阀的高压油进油切断，随即接通回油管路泄压，完成开舱操作。
1.2.2关舱操作
承前述原理，将千斤顶控制阀至于顶起位置并保持，将舱盖开关控制阀手柄向左推，阀芯左移，P与A口接通，T与B口接通，油马达反向驱动链条，舱盖向中间移动，合拢后各滚轮正好移动至蝴蝶板上，继续保持操作手柄在关舱位置不要回中，再将千斤顶控制手柄向左推动，阀芯左移，T与A口接通，千斤顶内液压油接通回油管路，油压泄放，缸体在舱盖重压下和蝴蝶板一起落下，舱盖扣合落座至舱口围，再松开关舱操作手柄，阀芯回中，A口与B口联通，油马达驱动力矩消失，链条张力消除，完成关舱操作。
在每块舱盖靠外侧的前后2个千斤顶油路设置有节流阀，内侧千斤顶则没有节流阀，这样内侧千斤顶顶起和下降速度快相对较快，当关舱操作时2块舱盖的扣合部位先落下，借以保证2块舱盖结合部位的扣合装置先行接触并保持挤压均匀一起下落，确保胶条水密，外侧千斤顶后续缓慢逐渐落下。同理，在开舱操作时舱盖扣合部位先被顶起，使得水密胶条先脱离接触，避免过度挤压损伤，影响水密功能。千斤顶液压油总油管上设置可调节单向节流阀，可以调节舱盖回落速度，柔和缓慢可控。
厂家对于舱盖应急开关舱操作设置了2种方案：一是配备可移动式电动液压泵站，提供应急动力油压；二是配备2套机械式时棘轮收紧器，借助钢丝在舱盖前后位置同时拉动舱盖，完成开关舱操作。
2舱盖故障现象和原因分析及解决措施
2.1舱盖移动困难
（1）蝴蝶板轨道与舱盖轨道结合处间距较大，开关舱时，滚轮经过时蝴蝶板先接触端受压倾倒，滚轮下坠塌陷，蝴蝶板产生倾斜，形成一定角度的坡道，造成滚轮爬坡移动受阻。如果多个蝴蝶板均有塌陷现象，油马达驱动力矩不能使滚轮越过坡道，舱盖移动困难或根本无法继续移动。
（2）部分蝴蝶板轨道整体高出舱盖轨道，开关舱时舱盖滚轮卡阻越过困难或无法通过。如果坡度较小，通常可以利用舱盖移动的惯性强行越过，如果坡度较大，船员只能凭借安装葫芦拉动舱盖越过蝴蝶板。如果船舶摇晃或卸货时左右倾斜严重，完成开关舱操作则相当困难。
△图4 蝴蝶板顶部轨道 舱口围轨道
△图5 锈蚀变形的蝴蝶板
（3）千斤顶缸体在油压作用下上移，在舱盖重压下泄压下移，蝴蝶板随之作上下移动。蝴蝶板两翼有导向槽，沿导轨上下移动，两侧翼板起导向作用，正常情况下翼板和导轨之间只有较小的间隙配合，可以防止二者在前后和左右方向偏移，保证蝴蝶板上升后顶部轨道和舱口围轨道平齐对接，使得滚轮平顺通过。在两侧翼板上均安装有1个牛油咀提供牛油润滑翼板和导轨摩擦面，平滑移动，同时防止板材锈蚀，减缓磨损。但是却恰恰相反，这种设计使得翼板和导轨之间的锈蚀发展非常快。
船舶空载或略有倾斜时，蝴蝶板负重顶起时其翼板和导轨间局部承受较大的摩擦力，每次上升下降都会磨损出现新的金属面，海水雨水浸泡后就产生锈蚀。牛油咀加注牛油从翼板槽中部进入槽内，根本无法均布整个摩擦面，再加上缺少保养，锈蚀锈渣脱落后间隙进一步增大。设计图纸显示，翼板槽和导轨前后和左右间隙仅为0.8~1.2mm，而实际测量发现锈蚀的翼板和导轨之间左右间隙最大达到10mm，前后间隙最大为12mm，整个蝴蝶板在导轨上可以随意晃动，甚至有脱落的趋势。
（4）蝴蝶板顶部轨道和舱口围轨道锈蚀也是较严重的问题。图纸显示，这2段轨道的结合处仅仅1.0~1.5mm，而实际间隙最大已达25mm，滚轮越过时多次撞击，直角断面形成圆弧面，蝴蝶板左右晃动更大，滚轮越过越发困难。
（5）蝴蝶板两端限位凸肩锈蚀严重，也使得其顶部轨道高出舱口围轨道水平线，同样会使滚轮越过受阻。有在现场进一步试验测量，当蝴蝶板倾斜时，其顶部轨道最大坡度可以达到25°。同时蝴蝶板肩部设计高度为81mm，实际测量最大为91 mm，已经高出舱盖轨道近10mm，故而滚轮越过非常困难。
综上所述，设计缺憾、保养缺失及蝴蝶板和导轨材质锈蚀是舱盖移动故障的主要根源。相对而言，舱盖各滚轮滚柱轴承的润滑保养一般都有较好保持，轴承润滑状况正常，基本没有出现锈蚀卡阻现象。
蝴蝶板和导轨及轨道锈蚀严重，配合尺寸丧失，船上一般不会存有新配件，唯一的解决办法是焊接修理，恢复尺寸。需要制作1个H型专用工具，再安装1个小型千斤顶，在舱盖置于落座控制位时作动小千斤顶将蝴蝶板压下并取出。注意在压下蝴蝶板时，切不可以用大锤敲击蝴蝶板上部轨道，这样会导致轨道下塌变形，千斤顶缸体顶部也会变形损伤，一定要用小千斤顶将其缓慢压下。蝴蝶板翼槽如果锈蚀严重，可以切除再加焊合适厚度的扁铁，锈蚀不严重还可以保留使用的，可以采用堆焊方式再打磨恢复翼槽尺寸。
导轨锈蚀后，接触面矩形尺寸基本都磨损为圆弧形状，如果有合适尺寸的方钢，可以直接切除后再焊接方钢换新导轨。尝试堆焊后打磨恢复导轨的矩形截面，比较困难，不建议采用。舱口围轨道和蝴蝶板轨道间间隙的尺寸恢复，只能在蝴蝶板一侧加焊钢块，有蝴蝶板凸肩支撑，焊块可以承受滚轮重压不至于变形脱落。轨道变形端面需打磨恢复直角截面，钢块才可以贴合严实，焊接牢固。凸肩水平面加焊钢块，用以调节蝴蝶板轨道和舱口围轨道的水平线型一致。经以上恢复尺寸修理，实验时各蝴蝶板不再出现晃动倾倒，滚轮通过时平稳顺利。这种修理方式，耗材不会太多，工艺简单，船上很容易完成，经实际评估，从备料、拆卸、焊接、打磨到安装，大约3d可以完成1个货舱舱盖全部8个蝴蝶板部件的彻底修理。因船舶载货和船期影响，笔者在船共修理故障最严重的3个货舱舱盖蝴蝶板和轨道，均彻底解决了舱盖在越过蝴蝶板时移动困难的问题，
2.2舱盖关闭时扣合落座困难
关舱操作时，当舱盖受链条拉力正常合拢后再准备落下时，一旦松开（或下落推动）千斤顶顶升控制手柄，张紧的链条立即松弛，已经合拢的舱盖随即分开一定距离，再下落操作时，4块蝴蝶板在舱盖重压下全部发生向外侧倾倒，2块舱盖板随即向外移动，合拢部位进一步分开，无法正常扣合落下，关舱失败。
为解决此故障，各船船员通用的做法都是：在每块舱盖板的止动销（Stopper Pin）上焊接立柱，在舱盖已经合拢时，保持继续受力，使用花篮螺栓（Turnbuckle）套住立柱并锁紧（见图7），阻止其向外移动分开，再松开千斤顶控制手柄，舱盖在花篮螺栓的拉力下继续保持合拢，得以正常扣合并落座，完毕后再拆卸花篮螺栓。
这种临时简单的处理措施多年来一直沿用至今，以至于各批次接任船员都认为这是常规操作方法。由于舱盖质量较大（尤其是No.4舱盖），船舶摇晃或倾斜角度较大时，经常出现焊接的立柱和花篮螺栓横销被拉断的状况，故而立柱的尺寸一再加粗，并增加支撑板数量，有的还同时需要使用2个花篮螺栓。这种操作需要2人分别同时安装锁紧前后处的花篮螺栓，另1人控制操作手柄，3人相互配合才能完成操作。一旦出现立柱或螺栓断裂，就无法关舱，尤其是装卸货天气变化需紧急关舱时相当被动，往往会造成货损纠纷，导致投诉。
△图6 舱盖止动销轴上焊接的立柱
△图7 关舱时安装花篮螺栓
该系统液压控制阀控制机能设计不够合理，设计初衷只考虑到满足船舶在静水中完全平衡状态时开关舱操作，实际上这种状态是不可能存在的，营运船舶几乎在任何时刻均存在倾斜状态。从液压机能图可知，当操作关舱时，只要千斤顶控制手柄离开顶升位置，油马达驱动高压油立即被切断，并随即联通回油管路而泄压，已经合拢舱盖拉紧的链条瞬间松弛，当船舶稍有倾斜或左右摇晃时，舱盖会立即分开。链条磨损锈蚀造成过度松弛，一旦油马达泄压，张紧的链条在重力作用下很快下垂，也会加快舱盖移动分开，造成关舱失败。
如果开关舱控制三位四通阀改成中位油路锁闭类型，当舱盖合拢后，控制阀回中锁闭油切断马达进出口油路，油马达不动，张紧链条也不会松弛，即可以保持舱盖仍在合拢位置，即使船舶倾斜摇晃，也不会致使舱盖移动。鉴此思路分析，可以将开关舱控制手柄稍稍移动，理论上可以找到一个恰当位置使得阀芯和通道间彼此错开，实现油马达油路的部分锁闭，减缓油马达驱动力矩消失的速度，借机完成舱盖正常扣合落下，但是这种操作需要甲板部操作人员的耐心和细心，实际推广效果不佳。
另外，有船舶为便于更换油马达进出口软管，在软管前设置有截止阀，关舱操作时舱盖合拢后，控制手柄保持关舱位置，可以同时关闭该截止阀，使油马达驱动油压继续保持高压锁闭，链条张紧，舱盖合拢，再适时放下千斤顶，舱盖落座扣合，实践证明该方法可行，但是还是需要这些截止阀阀芯关闭完好无泄漏。再者，无驱动力矩时链条的张紧度对于舱盖的合拢和分开影响非常大，实践证实，链条适度张紧，可以较好的缓解油马达泄压时的舱盖自行分开的距离，在船舶倾斜角度不太大时，舱盖也可以顺利扣合落下。舱盖合拢时，故障蝴蝶板在舱盖重压下产生倾倒歪斜，舱盖本身就已经存在移动力矩，一旦链条拉力丧失，舱盖立即分离，这也是造成已经合拢的舱盖发生分离的主要原因之一。
2.3舱盖移动失控和脱轨
该船No.4货舱舱盖因早期已经存在滚轮越过蝴蝶板较为困难故障，某航次航行中开舱操作时，船员按原操作试图利用舱盖的动量惯性越过故障蝴蝶板，因船舶摇晃，舱盖移动速度太快，操作失误导致前后驱动链条先后因过度绷紧而断裂，舱盖移动失控造成相互撞击（见图8）。所幸船舶及时调整航向，紧急放下千斤顶控制阀，左侧一组滚轮随蝴蝶板落下，阻止舱盖移动，得以临时固定，避免了舱盖滑落入海的严重后果。
△图8 舱盖移动失控
该船在港卸货时，因船舶纵倾较大，夜间下雨关舱操作时，舱盖后端链条断裂，舱盖前端单边受力，导致右舷舱盖内侧滚轮脱离轨道（见图9），舱盖落下卡在轨道支架内，在舱盖脱轨下落时，因右后滚轮单独承受舱盖质量，滚轮轴旧伤撕裂至最终断裂（见图10），滚轮坠落甲板，砸出凹坑。
△图9 舱盖脱轨
△图10 滚轮轴断裂
舱盖脱轨主要是前后传动链条长度相差太大导致，舱盖偏移所致。日本和国内造船舶的侧开型舱盖较多采用最简易的油马达驱动链条传动方式，油马达驱动齿轮和各导向齿轮以及链条均暴露在外界，锈蚀严重，磨损后腐蚀间隙增大，导致传动链条松弛，舱盖移动时前后两侧受力不均，不能保证平行移动，使得舱盖后部滚轮轮毂（轮缘）与轨道剪切磨损严重，后期再度锈蚀，轮缘厚度逐步减小，最终丧失导向作用，一旦舱盖前后受力偏差增大，或开关舱操作过快，均会使滚轮脱轨。对于链条的保养，目前仍以涂油漆为主，但是连环之间的摩擦处依旧锈蚀严重，锈蚀不但使得链条长度增加，而且会使连环抗拉强度逐渐减弱，最终导致断裂险情。链条连接处安装花篮螺栓来调节链条长度，但是由于链条太长，自重较大，船员检查调节链条长度时，都习惯于凭经验主观感知，不依据理论知识，不借助任何测量工具，实际上很难到达满意的调节效果。
鉴于此，对于侧开型舱链条传动盖缺陷，不妨可以进行以下几项改进设计：
（1）将开关舱时不经过油马达驱动齿轮和导向齿轮的链条换成满足相同拉力强度的钢丝或圆钢棒，消除因锈蚀导致的长度改变；
（2）设置链条托起支架导槽，消除链条自重下坠拉伸；
（3）在链条导槽上增加保护盖，将链条涂抹牛油保养，减缓锈蚀；
（4）升高驱动油马达的安装高度，减少链条的下坠长度；
（5）改变油马达链轮驱动方式，设计成类似绞缆机收紧方式，全部使用钢丝替代链条传动；
（6）舱盖前端各滚轮也改换成带轮缘滚轮，舱盖偏向移动时可增加导向力度。
3结束语
船舶甲板机械设备缺少保养，锈蚀是各部件损坏的最直接原因。在拆卸修理蝴蝶板时，发现较多牛油孔均已经干涸堵塞，有的牛油咀已经断裂、丢失，翼板内槽锈蚀严重，有些翼板边缘已经锈蚀穿洞，内槽方形截面已经变差圆弧形，而且导轨的方形截面也已经磨损成圆柱状，有些甚至形成了刀锋状。翼板和导轨接触面锈蚀层的膨胀堵塞，牛油根本无法进入润滑面，上下移动时干摩擦使得锈渣脱落，每次磨损产生新的金属面后进一步加剧锈蚀，最终导致故障出现。
蝴蝶板位置较为隐蔽，主管人员如果不刻意维护，短期内很难发现缺陷，但是舱盖轨道和滚轮锈蚀严重，链条锈蚀，锈迹斑斑，一旦发现问题就已经为时已晚。甲板部主管人员还须多学习舱盖设备最基本的工作原理，才能知道哪些部件需要跟进保养和如何正确实施，如果出现舱盖开关操作困难，不能只急于应付完成操作任务，要及时去查找分析故障原因，以期彻底解决。舱盖轨道、滚轮、蝴蝶板等部件保持良好的周期性维护保养，加强检查，及时添加或更换润滑牛油，减缓配合部位的磨损和锈蚀，主动修复耗损部件，才能确保其正常操作使用。船舶管理人员要多学习，努力提高职业道德素养和业务技能，事无巨细，务实用心，认真维护设备的正常保养和使用，确保船舶安全营运，实现个人和船舶所有人利益的双赢。
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